摘要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字通訊技術(shù)的推廣應(yīng)用,為監(jiān)測自動(dòng)化提供了保障。目前,全國電力系統(tǒng)的大壩監(jiān)測自動(dòng)化已全面展開,并朝網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)用化方向發(fā)展。本文作者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)客觀評(píng)價(jià)了水電站大壩監(jiān)測自動(dòng)化的現(xiàn)狀,提出了監(jiān)測自動(dòng)化的發(fā)展方向。 

　　關(guān)鍵詞：大壩監(jiān)測；自動(dòng)化；現(xiàn)狀 

　　中圖分類號(hào)：TV74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 　　 

　　一 監(jiān)測自動(dòng)化工程質(zhì)量控制的核心 

　　1、預(yù)防為主是現(xiàn)代質(zhì)量管理的核心與靈魂,對(duì)于大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化工程而言,由于大壩失事后果的災(zāi)難性和許多儀器埋設(shè)后的不可更改性決定了預(yù)防為主的必要性。預(yù)防為主主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面:①開發(fā)過程。應(yīng)采用質(zhì)量工程學(xué)的方法使產(chǎn)品設(shè)計(jì)最優(yōu)化,即低成本(包括經(jīng)濟(jì)投入、時(shí)間投入、人才投入等)和高質(zhì)量(包括可靠性、易維護(hù)性、安全性等);②制造過程。采用統(tǒng)計(jì)過程控制等方法確保對(duì)生產(chǎn)過程的全過程監(jiān)控,利用每一個(gè)環(huán)節(jié)的統(tǒng)計(jì)分析信息反饋指導(dǎo)并改進(jìn)下一個(gè)周期的工作;③現(xiàn)場安裝調(diào)試過程。大壩安全監(jiān)測的現(xiàn)場安裝調(diào)試非常重要。如果儀器安裝位置不對(duì),初始值不正確等都會(huì)導(dǎo)致測值分析困難。現(xiàn)場安裝調(diào)試應(yīng)按過程控制、充分進(jìn)行前期準(zhǔn)備、隨時(shí)進(jìn)行分析、按要求操作、全面記錄施工過程(包括填表、繪圖、文字記錄等)。 

　　2、過程管理。ISO9000族標(biāo)準(zhǔn)是建立在“所有工作都是通過過程來完成的”這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上。針對(duì)大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化工程而言,由于涉及設(shè)計(jì)、研制、考機(jī)、包裝運(yùn)輸、土建、安裝調(diào)試、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)。任意一個(gè)環(huán)節(jié)的失敗都將使自動(dòng)化系統(tǒng)工程質(zhì)量達(dá)不到預(yù) 

　　期效果。因此,對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行控制,要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工和檢測,不合格者絕不能進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。 

　　二 水電站大壩監(jiān)測自動(dòng)化現(xiàn)狀 

　　1、 重要檢測項(xiàng)目之大壩變形 

　　 大壩變形是水電站大壩的重要監(jiān)測項(xiàng)目。又可分為水平位移和垂直位移2個(gè)子項(xiàng)。大多數(shù)大壩設(shè)有壩頂水平、垂直位移觀測,通常每個(gè)壩段設(shè)1對(duì)測點(diǎn)。混凝土壩基礎(chǔ)廊道的位移觀測通常只有高壩或特別重要的壩才設(shè)置,一般的中低壩在更改中大都已取消。近幾年對(duì)典型壩段的水平位移觀測較為重視,一般沿壩高布置3個(gè)以上測點(diǎn)。 

　　2、 重要檢測項(xiàng)目之滲流 

　　 大壩滲流也是水電站大壩的重要監(jiān)測項(xiàng)目之一。又可分為滲透壓力和滲流量2個(gè)子項(xiàng)�；炷翂蔚挠^測設(shè)施設(shè)在基礎(chǔ)廊道,揚(yáng)壓力每個(gè)壩段1個(gè)測點(diǎn);滲流量測點(diǎn)根據(jù)排水溝集水情況確定,一般能測出分區(qū)流量和總量。土石壩的滲流量都在壩趾滲水匯集處觀測,滲壓測點(diǎn)則根據(jù)具體壩型布置在壩體浸潤線下面或趾板后等部位。此外,大壩的左右兩岸山坡還設(shè)置地下水位觀測項(xiàng)目,以便監(jiān)測繞壩滲流情況。 

　　3、 大壩應(yīng)力應(yīng)變等內(nèi)觀項(xiàng)目是水電站大壩的一般性觀測項(xiàng)目,只有一些重要測點(diǎn)才納入自動(dòng)化監(jiān)測,很多中低壩都已停測或封存這類觀測項(xiàng)目。 

　　二自動(dòng)化觀測設(shè)備 

　　1、常用傳感器(1)引張線。目前水平位移自動(dòng)化觀測中,最常見的設(shè)施是引張線。引張線讀數(shù)儀常用的有電容式和步進(jìn)電機(jī)式2種,前者測讀速度快,但對(duì)環(huán)境要求高,且線體太長時(shí)中間極易偏離;后者測讀速度慢,但對(duì)環(huán)境的要求不高,長期穩(wěn)定性較好。真空激光裝置近幾年發(fā)展較快,已在十幾個(gè)工程得到應(yīng)用,效果較好,但其造價(jià)較高,運(yùn)行維護(hù)不便。近幾年CCD式引張線式垂線坐標(biāo)儀也在一些大型工程中得到應(yīng)用,但應(yīng)用時(shí)間較短。 

　　(2)遙測垂線坐標(biāo)儀。撓度用正、倒垂線組觀測。垂線的讀數(shù)儀器是遙測垂線坐標(biāo)儀,其工作原理和特點(diǎn)與引張線儀一樣。常用的是電容式和步進(jìn)電機(jī)式2種,采用CCD式新型坐標(biāo)儀的工程正在逐漸增加,個(gè)別大壩采用了國外的電感式坐標(biāo)儀。 

　　(3)靜力水準(zhǔn)儀。垂直位移大都用靜力水準(zhǔn)觀測,觀測水平位移的真空激光裝置也能同時(shí)觀測垂直位移。應(yīng)用較多的靜力水準(zhǔn)儀有差動(dòng)變壓器式和電容式2種,其它類型如弦式、步進(jìn)電機(jī)式等只在個(gè)別電廠得到應(yīng)用。 

　　(4)弦式滲壓計(jì)。通常用滲壓計(jì)觀測滲透壓力和地下水位。應(yīng)用最廣的是國外生產(chǎn)的弦式滲壓計(jì),其特點(diǎn)是耐久性和穩(wěn)定性都較好,但測值受大氣壓變化影響,小量程時(shí),精度較難保證,應(yīng)增設(shè)氣壓計(jì)等措施對(duì)測值進(jìn)行修正。壓阻式滲壓計(jì)在一些水電站也有應(yīng)用實(shí)例,它通過變送器后輸出的是標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào),精度也較高,但其長期穩(wěn)定性不夠高。 

　　(5)滲流量儀。滲流量一般都用量水堰觀測,通過測讀堰上游水面高度,用三角堰或矩形堰流量公式換算出實(shí)際的滲流量。目前應(yīng)用較多的是進(jìn)口弦式微壓傳感器和電容浮子式水位計(jì)。由于對(duì)水面高度量測精度的要求極高,很多工程沒有達(dá)到精度要求,總的來說效果不是十分理想。 

　　(6)應(yīng)力、應(yīng)變傳感器。應(yīng)用最廣的應(yīng)力、應(yīng)變傳感器是差動(dòng)電阻式儀器,它的特點(diǎn)是價(jià)格低廉,精度可以滿足要求,長期穩(wěn)定性較好,但外接電纜不宜太長。近幾年在一些大型大電工程中采用進(jìn)口或組裝的弦式儀器的逐漸增多,它的精度和穩(wěn)定性較高,信號(hào)不易受干擾,便于長距離傳輸。 

　　2、量測控制設(shè)備量測控制設(shè)備的英文縮寫為MCU,是監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)的核心設(shè)備。MCU的主要功能有:傳感器信號(hào)采集,測點(diǎn)切換, A/D轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)存儲(chǔ),電源管理和時(shí)鐘等。 

　　MCU與外界的數(shù)據(jù)通信協(xié)議基本上都是RS-485, 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè),通信速率與距離成反比, 1000m以內(nèi)為9600bps。MCU與外界的數(shù)據(jù)通信方式最常見的是雙絞線,傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)也有采用光纖的,個(gè)別受地理?xiàng)l件限制不便敷設(shè)電纜的地方也有采用無線通信,近年也有采用短信通訊的。目前隨著光纖通信成本的下降,用光纖代替雙絞線已變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 

　　3、中央控制設(shè)備 

　　 以往的中央控制設(shè)備主要指監(jiān)控主機(jī)、管理主機(jī)、不間斷電源及其它一些打印繪圖設(shè)備�，F(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及,已被一個(gè)包括專用服務(wù)器和若干臺(tái)客戶機(jī)組成的小型觀測局域網(wǎng)所替代。監(jiān)控主機(jī)由于要求24h連續(xù)運(yùn)行,早期一般都選用工控機(jī)。隨著微機(jī)的普及,現(xiàn)在普通微機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性已大大提高,且價(jià)格明顯低于工控機(jī),因此很多工程都選用品牌微機(jī)作為監(jiān)控主機(jī)。當(dāng)然,還有一個(gè)因素是由于監(jiān)測和信息管理網(wǎng)絡(luò)化后,一般都有一個(gè)專用服務(wù)器儲(chǔ)存監(jiān)測數(shù)據(jù)和水工的有關(guān)電子化檔案,監(jiān)控主機(jī)的作用其實(shí)已減弱為單純的采集數(shù)據(jù),即使采集機(jī)損壞也不致于造成數(shù)據(jù)丟失。 

　　4、軟件 

　　 軟件一般包括采集軟件及監(jiān)測信息管理軟件2部分。采集軟件通常都具有測點(diǎn)管理、選點(diǎn)測量、選MCU測量、自報(bào)式測量等功能,還有對(duì)測值是否超限的簡單評(píng)判功能。為便于操作,采集軟件界面一般都比較直觀,測點(diǎn)位置、大壩剖面圖等在窗口上一目了然,觀測人員能方便地點(diǎn)擊測點(diǎn)進(jìn)行采集等操作。自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)大多儲(chǔ)存在桌面數(shù)據(jù)庫上(如Access、SQLAnywhere等)。此外,系統(tǒng)的的基本特征參數(shù)、測點(diǎn)的屬性、計(jì)算公式等也都儲(chǔ)存在該 

　　數(shù)據(jù)庫上,有些系統(tǒng)甚至把與MCU通信的指令也儲(chǔ)存在該數(shù)據(jù)庫上。國家電力公司大壩安全監(jiān)察中心近幾年在全面調(diào)研水電廠監(jiān)測自動(dòng)化改造情況、充分了解行業(yè)需求的基礎(chǔ)上,開發(fā)出了全新的大壩監(jiān)測信息與水工安全管理軟件,已經(jīng)在幾個(gè)大型水電廠得到應(yīng)用,成效顯著。 

　　總結(jié)：我國大壩監(jiān)測自動(dòng)化發(fā)展雖然成績可見。但仍存在不少問題,系數(shù)的可靠性、穩(wěn)定性、有效性、針對(duì)性有待進(jìn)一步加強(qiáng),監(jiān)測人員的業(yè)務(wù)水平有待進(jìn)一步提高。隨著全社會(huì)科技進(jìn)步的加快,預(yù)計(jì)將涌現(xiàn)出大量自動(dòng)化監(jiān)測新技術(shù)和新產(chǎn)品,水電站大壩監(jiān)測自動(dòng)化將在實(shí)用化的基礎(chǔ)上向智能化發(fā)展。 

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