米山水库大坝渗压自动化系统监测与改造

万宏臣，朱永琪，宫淑华（.威海市文登区米山水库管理局，山东 文登 6444；.威海市水利局，山东 威海 6400）

米山水库大坝渗压自动化系统监测与改造

万宏臣1，朱永琪2，宫淑华1
（1.威海市文登区米山水库管理局，山东 文登 264424；2.威海市水利局，山东 威海 264200）

【摘要】通过对米山水库大坝原渗压观测自动化系统数据采集软件、采集终端、传输线缆等方面的检测分析，找出存在的问题，提出更换渗压计、数据采集终端设备、数据采集及分析软件等措施，使该水库大坝渗压观测及分析成果满足规范要求。

【关键词】米山水库；大坝观测；自动化系统；技术改造

米山水库位于威海市文登区母猪河中游，水库控制流域面积440km2，总库容2.80亿m3，死库容0.07亿m3，兴利库容1.38亿m3，是一座以防洪、灌溉、城市及工业供水为主，兼顾水力发电和水产养殖等综合功能的大（2）型水库。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水洞和水力发电站组成。

1965年在坝体埋设了测压管观测设备，1967年对大坝进行保安全加高时测压管观测设备全部报废，1980年在坝体又重新埋设了18根测压管。2008年水库进行了除险加固工程后又重新埋设了测压管，位置0+170、0+290、0+530、0+730、0+900共5排，其中0+290、0+530、0+730每排4根，0+170、0+900每排3根，分别设在上游坝肩、坝顶、下游马道上和坝坡与贴坡排水体交界处。2012年安装了一套大坝渗压观测自动化系统。

1　　原系统监测分析

米山水库大坝渗压观测系统设有5个断面，共18个测压管。其中，0+170和0+900断面各含3个测压管，其余断面各含4个测压管。测压管中渗压计均为振弦式产品 （型号为BGK4500AL和BGK4500S）。每个断面通过JXD-MCU数据测控终端控制箱将渗压计的信号进行转换后，通过RS485总线将数据汇聚到0+170坝面，并在此通过多模光纤将数据传送到中控室电脑，由中控室BGKlogger软件进行数据采集和管理。从2012— 2013年上半年的运行情况看，系统运行不稳定，设备还经常遭受到雷击损坏，自动监测数据与人工观测数据差值达到30～50cm，误差较大，无法满足大坝安全监测技术要求。2014-11，米山水库管理局聘请了工程技术人员，对大坝渗压观测自动化系统进行了全面检测分析，发现该系统存在许多问题。

由于检测时中控室电脑已经无法采集现场数据，判断是通讯光缆出现故障，故将中控室的电脑搬到0+170断面，现场取电，并把RS485总线直接与电脑连接，绕开了光缆通讯线路，数据得以采集。电脑只采集到0+170和0+530两个断面的数据，且断面0+170和断面0+530的1号渗压计读数不稳定。进一步的检测发现0+290和0+900断面的数据采集终端控制箱中的电源或数据接线存在问题；0+730断面的数据采集终端中电源电路部分存在元件损坏情况，无法给设备正常供电；0+170-2和0+170-3两个测压管中无水。这样只测到0+530-2、0+530-3、0+530-4号测压管中的水位数据，这几个数据与人工测量数据差值在30～50cm之间，误差较大。

2　　存在的问题

2.1采集软件存在的问题

浏览电脑采集的原始数据，发现部分测压管数据不全，数据时有时无，表明数据采集系统不稳定；采集软件中振弦式渗压计的初始参数设定值（0读数）是该软件计算测压管内水深的基准参考，非常关键，但在检测中发现，部分渗压计的初始参数设定值与合格证上的初始参数存在较大差异；采集软件没有数据分析与整编功能。

2.2线缆存在的问题

1）低压供电电缆。现场给数据采集终端控制箱供电所用的部分低压供电电缆，与投标文件中的要求不符，线径偏小，不满足设计要求。

2）数据通信电缆。设计要求RS485数据通信电缆型号为jvvp-2×2×0.5，但是现场部分断面所用电缆非该型号，不满足设计要求。

3）渗压计电缆。现场渗压计电缆接头部分浸在水中，所用热缩管未使用含胶型热缩管，打开热缩管后发现接头处有进水现象，表明接头密封防水性能较差，有渗水或短路的隐患，并可能对渗压计造成损坏。

4）布线施工。部分低压供电电缆和通信电缆相隔太近，缺乏屏蔽隔离措施，也未接地，且没有按照设计要求采取防雷措施。

2.3数据采集终端

断面0+170和断面0+530的1号渗压计用手持读数仪能够稳定读数，但BGKlogger软件采集时，读数不稳定，说明这两个断面的数据采集终端设备的稳定性有待进一步确认；数据采集终端控制箱密封不严，防潮措施不可靠，部分元器件已经受潮发霉；该系统未按照投标文件要求安装电源电缆、信号电缆避雷设备。

3　　问题分析

3.1测值误差分析

渗压计的测量精度为其量程的0.1%，按现场使用渗压计的最大量程35m计算，其测量总误差范围是±35mm；人工测量水位所用仪器也存在一定误差，误差范围为±0.5～2mm。在不考虑人为因素造成测量误差的情况下，累计误差范围可控制在±40mm内，经过修正后误差还会更小。但是本次以及早期的人工测量值与电脑内存储的自动测量数据值之间差值较大，在30～50cm之间。经分析可能由下列因素引起。

1）渗压计的初始参数值设置错误。例如渗压计初始模数值每相差100F，则最终得到的水位差值最多可达100cm左右。在本系统的监测中发现，部分渗压计的实际初始参数设定值与合格证上的初始参数存在较大差异，说明安装调试时，渗压计的初始参数值设置有误。

2）人工测量采用的是测绳，精度不够。人工测量过程中没有严格按照规范要求，每次要平行测读2次，读数误差较大。

3）渗压计电缆施工不符合要求。部分接头密封防水性能较差，传感器进水后也会导致渗压计测量出现误差，甚至毁坏。

3.2设备故障分析

1）光缆故障。根据光缆故障检测仪分析，从大坝现场到中控室的通信光缆存在断点故障，挖开故障断点检查发现，该处光缆有折痕，分析可能是不规范施工造成的。

2）采集终端元件损坏。0+730断面数据采集终端中的元件损坏，造成数据采集终端运行不正常，经分析，可能与未安装防雷设备而遭受雷击有关。

3）供电故障。0+290和0+900断面的数据采集终端控制箱中的电源不正常，采集的数据不稳定，可能由于未按照设计要求选用供电电缆，造成供电不稳定。

4　　技术改造措施

米山水库管理局为解决上述问题，确定在原自动监测系统的基础上实施技术改造。保留线管、部分电源和通信电缆、中控室电脑和光端设备，并对通信光缆断点进行维修。更换渗压计、数据采集终端设备、数据采集及分析软件以及不符合要求的线缆，增加电源及信号电缆防雷设施，并采用动态电源控制方案，对监测系统电源进行管理，增加库水位自动和人工输入功能。

4.1数据采集传输

渗压计采用带485信号输出功能的某款智能液位变送器，渗压计电缆为空心通气电缆，在测压管管口将空心通气电缆通过具有防雷、密封、防潮功能的转接盒与坝上通信电缆连接，然后将各测压管的通信线缆汇集到本断面的终端采集箱。全部5个断面的终端采集箱用485通信电缆连接至0+170断面，再通过光端机、光缆、485-232转换器等与中控室电脑连接。电脑通过数据采集分析软件，完成测压管数据的采集、分析、电源控制与报表输出等功能。

4.2动态电源控制

大坝渗压观测自动化系统每次采集数据所需供电时间较短，如果现场监测设备始终处于供电状态，不仅会缩短传感器使用寿命，而且遭雷电干扰损坏的可能性也显著提高。因此，本次技术改造方案中，采用动态电源控制方式，对设备实施按需供电，即在采集数据时自动接通电源，电源稳定运行1～3min后，再采集传输数据，不采集数据时断开电源，可大幅度延长设备使用寿命。

4.3防雷措施

为保障米山水库大坝渗压观测自动化系统安全可靠运行,本次系统改造时重点加强了防雷保护措施。所有电缆金属线管和屏蔽层以及测压管壁都做等电位连接，组成接地网；所有电源电缆的进出线都安装电源避雷装置；所有信号电缆的进出线都安装信号避雷装置；对中控室设备接地和室外接地体重新进行了检查和埋设；对从配电室出线到中控室进线的低压供电线路都安装了电源避雷器。

4.4数据采集软件

本次技术改造采用的数据采集分析系统软件，能够对水库大坝传感器的实时数据进行自动采集、传输、存储，并对这些数据进行处理、显示、分析，实现对水库大坝的实时动态观测，主要包括实时监控、数据录入、综合查询、综合报表、图形图像、最大值分析查询、数据维护、综合设置等功能模块。

5　结语

米山水库大坝渗压自动化观测系统技术改造工程于2013-12-22完成安装调试并投入试运行。经过近一年的试运行表明，系统运行稳定，采集到的数据与人工测量数据误差在2cm内，达到了大坝安全监测规范要求。2014-10，米山水库国家级水利工程管理单位绩效考核验收时，一致认为该系统运行稳定、功能齐全，渗压观测及分析成果满足规范要求，整体提升了水库工程管理的现代化水平。

（责任编辑郑继胜）

【中图分类号】TV698.1

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-04-0030-03

收稿日期：2015-02-22

作者简介：万宏臣（1976—），男，工程师