丰满大坝重建施工期老坝漏水自动化设备改造及运行测试

李作光，范永思，于承跃，刘宝睿，刘桂红

（丰满发电厂，吉林省吉林市 132108）

1 概述

丰满大坝漏水自动化始建于2004年，坝基、坝体漏水观测采用LS-4测量装置，采集器为哈尔滨今星微电子科技有限公司的单站控制器；现坝基、坝体、接缝漏水共计安装110个测点箱；系统运行近8年，漏水CAN采集控制器已接近使用寿命。设备老化严重，现已处于瘫痪状态，严重影响汛期大坝的正常观测。2014年5月15日～11月10日结合丰满大坝重建工程对老坝漏水自动化系统进行了改造和运行测试工作。

2 自动化系统的基本构成

单孔漏水自动化监测系统的组成主要有以下几个部分：上位计算机、控制端、控制系统、采集控制端、采集器。

2.1 上位计算机

上位计算机位于观测班机房内，操作系统为Windows 2008 server 中文版，并安装了Office 2013，Visual Basic 6.0，Active Report 1.2。

软件采用Microsoft Visual basic 6.0 编写。设备参数和观测数据使用SQL server 格式进行存处。

2.2 控制端

控制端是控制系统与上位计算机进行通信的接口，接口是计算机串口即使用RS-232与CAN总线进行通信。

2.2.1 控制系统

控制系统是由交流电源、二芯屏蔽的CAN总线、中继器、气压采集器、终端电阻以及采集器的参数设定等。

2.2.2 采集控制端

采集控制端即采集控制器，它由两部分组成：一是CAN总线通讯部分，负责数据的传输；二是采集控制部分，负责采集器的采集控制以及数据的转换。

2.2.3 采集器（传感器）

采集器是哈尔滨今星微电子科技有限公司生产的DKLS-Ⅲ型漏水箱作为传感器。

3 系统的运行情况测试

3.1 测值准确性测试

3.1.1 仪器原理

采用哈尔滨今星微电子科技有限公司生产的DKLS-Ⅲ型渗漏量测量箱进行自动化监测，该系统采用模拟人工观测的方法，具有精度高、耐潮湿、测量范围宽等特点。

3.1.2 测试方法

对渗漏量测量箱进行了准确性测试。测试方法如下：对各测点漏水量进行人工观测，同时进行自动化测读，对两者进行对比分析。

3.1.3 评价标准

式中：X自——自动化系统实测值；

X人——人工测值；

σ自——自动化系统测量精度；

σ人——人工观测精度。

自动化测量时，考虑测量设备的技术性能指标，自动化测量精度取0.1L/min，人工测量精度取0.1L/min。因此自动化测值与人工测值之差的绝对值应满足:

确定本次仪器鉴定的标准如下：

3.1.4 测试成果

表1 渗漏量自动、人工测值比测表 L/min

2014年11月9日进行了人工测值和自动化测值的比测工作，由于是低水位时期，部分排水孔无渗漏量，本次只对有渗漏量的观测孔进行人工测值和自动测值的比测。人工观测采用精密量杯，日常用普通大刻度量杯，故比测时人工观测精度高于日常测量时的人工观测精度。人工与自动观测对比结果见表1，由表1可看出：坝体接缝F23-24号孔渗漏量自动与人工测值比测等级评价为合格，观测精度一般。其余观测孔的等级评价精度都为优秀，观测精度较高。坝体接缝F23-24号孔自动观测精度一般的原因分析认为是，该孔渗漏量和流速都较大，致使自动漏水箱的上位反馈接点受漏水涌浪的影响较大，建议在自动化漏水箱的入口处加缓冲装置以降低流速。

3.2 测值精度测试

对渗漏量自动化系统进行重复测试。参照国内大坝监测设备的评价部门在经验基础上制定的标准，制定的评价标准如下：

2014年11月9日进行了渗漏量自动化系统重复测试，重复观测20次（n=20），测试结果见表2。由于是低水位时期，部分排水孔无渗漏量，本次只对有渗漏量的观测孔进行自动系统重复测试。从表2可见，各测点的重复测试结果均为优秀，测量相对误差最小值为0.50%、最大值为2.00%均小于5%，说明该系统的测量精度较高。

3.3 测值过程线测试分析

表2 渗漏量自动化测值精度测试表 L/min

图1 12、14坝段坝基漏水量与库水位过程线

选取改造前后的坝基漏水自动化测值绘制坝基漏水与库水位过程线进行分析，见图1～图3。

由图1～图3可看出，①改造前后观测数据衔接比较好。②2014年10月22日之前的坝基漏水量过程线随着库水位的变化而变化，即库水位升高，坝基漏水量测值增大。库水位下降，坝基漏水量测值减小。③ 2014年10月22日之后的坝基漏水量过程线明显有下降的趋势。2014年12月23日全坝坝基单孔总渗漏量测值相对10月22日减小11.10 L/ min，减小最大的是37坝段2.64 L/min，其次是39坝段减小1.80 L/min。这是由于位于老坝下游的新坝进行基础开挖所致，是规律性的变化。改造后的漏水量自动化系统能够很好地观测出新坝基础开挖对老坝坝基漏水量的影响情况。

图2 23、38坝段坝基漏水量与库水位过程线

图3 46坝段坝基漏水量、坝基全坝漏水量与库水位过程线

3.4 系统观测一次耗时间测试

选择漏水所有测点（共计130个），每测点观测1测回，进行观测，重发出观测命令开始计时，到最后一个测点测完成，共耗时40 min。

3.5 系统通信情况测试

重复发观测命令观测20次，系统通信及观测数据正常。

4 结束语

本次改造工程在丰满发电厂和哈尔滨今星微电子科技有限公司的共同努力下，圆满完成了任务。通过对改造后漏水自动化系统的测试，从中可看出改造后的系统满足大坝观测的要求。各项指标均达到了技术协议的要求。改造后的漏水量自动化系统能够很好地观测出新坝基础开挖对老坝坝基漏水的影响情况。该项工程必将在丰满大坝重建工程中发挥巨大作用。