乌鲁瓦提大坝自动化监测系统软件的检定研究

于秋月

(新疆乌鲁瓦提水利枢纽工程建设管理局，新疆 和田　848000)



乌鲁瓦提大坝自动化监测系统软件的检定研究

于秋月

(新疆乌鲁瓦提水利枢纽工程建设管理局，新疆 和田848000)

【摘要】随着大坝自动化安全监测系统的不断成熟完善，安全监测系统运行管理中会遇到各种问题，及时、有效地排除故障是大坝监测的主要任务之一。本文结合乌鲁瓦提水利枢纽大坝安全监测系统在运行过程中遇到的问题，对监测仪器率定及监测数据处理进行总结和分析，意在为大坝自动化安全监测系统运行管理积累经验。

【关键词】安全监测；系统检定；常见问题；仪器率定；故障分析

1工程概况

乌鲁瓦提水利枢纽工程是和田河支流喀拉喀什河中游的控制性工程，是座具有灌溉、防洪、发电、保护生态等综合效益的大(2)型水利枢纽工程。大坝为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高133m，主坝长365m，副坝高67m、长96m。工程布设了较为齐全的大坝内部监测仪器，主要监测项目有大坝内部应力监测、坝体沉降监测、坝体水平位移监测、大坝温度监测、混凝土面板应力应变监测、钢筋应力监测、周边缝及板间缝监测、坝体渗流监测等，埋设差阻式仪器、弦式仪器、电容式仪器、压阻式仪器共计244支，采用DSIMS 1.0应用软件。

自1998—2000年，随着工程的施工，工程监测仪器陆续完成布设，于2002年3—10月完成设备的自动化调试并投入使用。2010年10月—2011年10月完成自动化设备系统的升级改造。改造前对坝体所有监测仪器进行了检定，根据检定结果对具备更换条件的损坏传感器、模块、线路进行了更换，对大坝监测软件进行了DSIMS 4.0版升级。

2监测系统综合检定

大坝自动化监测系统在运行使用过程中应建立年度仪器检定机制和故障排除制度，即按年度对大坝自动化监测系统软件、传输、采集、传感器等系统节点进行综合检定，从而确保长系列监测数据的真实性、有效性、可用性；通过故障检定排除制度确保监测数据的连续性和准确性。

2.1对系统软件的检定

大坝监测系统应与外网实行有效的物理隔离，采用专用的存储介质，实行严格的授权管理制度。针对乌鲁瓦提水利枢纽工程特点制定监测自动化系统运行管理规程，每月校正1次系统时钟，每3个月对主要自动化监测设施进行1次巡视检查，汛前、汛后及地震等特殊时期进行全面检查。

当监测数据中发现某类仪器测值同时出现规律性极强的异常变化或者测值错误时，应首先对监测系统软件的仪器参数进行抽样考证，主要通过参数设置、计算公式、定义代码等与测值结果相关联的节点查找异常原因，可采用备份机对大坝系统进行检测，若监测正常则需根据数据处理要求对主机备份还原。

2.2对传输系统的检定

由于光缆传输具有传输量大、信号衰减小、抗干扰、频带宽、质量轻等突出优势，在大坝监测数据传输中得到广泛应用。当监测系统反映个别或部分监测仪器出现监测中断时，应对同模块、同片区的仪器进行测量判定，根据初步判定结果采用抽检排除法对疑似故障点的光端机、尾纤、光纤等进行检测查找故障点，根据故障点的情况进行修复。

2.3对采集系统的检定

数据采集模块基于远程数据采集模块平台的通信模块，将通信芯片、存储芯片等集成在一块电路板上，通过内置TCP/IP通信协议进行远程数据采集收发。模块常见故障有电源故障、模块电路板损毁、端口损坏、接口连接错误、IP协议不匹配等，一般采用电源检测(输入输出电压检测)、同型模块互检、端口互检、接口转换、现场调试等方法进行检定，通过上述措施基本可以解决模块故障。

3传感器常见问题及影响

3.1芯线氧化

电缆芯线内铜丝在长期潮湿的环境下容易氧化导致电阻值增加，如果铜丝表面没有镀锡，情况更为严重，最后甚至锈断，造成传感器测值异常甚至是中断。芯线氧化和电路接触不良在测值上的直接反映为电缆芯线的阻值增加，如：各芯线值增量不一，它对电阻比观测值的影响较大。

3.2接触电阻变差

电缆在连接过程中出现的焊接不牢、毛刺处理不过关、热缩管缩量过多或不足、防水胶带缠绕不足、层间搭接不严等现象以及观测设施维护不善都会直接造成接触电阻变差，如：传感器接头与电缆连接不良、电缆接头等接触不良等。

3.3传感器及电缆受潮使绝缘度降低

在乌鲁瓦提大坝监测仪器检定过程中仪器失效的绝大部分原因是电缆受潮使绝缘降低。电缆受潮在现场检测中普遍存在，不少仪器对地绝缘电阻值下降至1000 kΩ以下。电缆受潮相当于各芯线之间、芯线和接地之间并联了一个电阻。情况严重时，可导致测值不稳，瞬时变化。

4检定方法及指标

有关仪器的鉴定标准目前并没有明确规定，因此是根据相关经验和参考规范(SDJ 336—89)附件中质量控制的条款，并结合此次自动化系统建设的要求而进行的。

4.1查阅资料

查阅原有仪器安装埋设资料和运行情况，对仪器的位置、原始参数和原工况情况等进行考证，通过绘制运行期间过程线，针对过程线出现异常的时段进行查验，采用类比的方法与相邻同型传感器进行类比分析，初步确定需现场重点检定的传感器。对通过数据判断已损坏的传感器，必须进行现场确定。

4.2常用检定仪表

常用检定仪表见下表。

常用检定仪表

4.3差阻式传感器检定方法

差阻式仪器检测内容为实测电阻、电阻比、芯线电阻、正反测电阻比、电缆芯线电阻、绝缘电阻和读数仪变差9个数据。在五芯制电缆中，采用电阻比控制误差、电阻值控制误差、芯线电阻值控制误差、传感器对地绝缘电阻和传感器电阻比是否在测量范围内判断传感器检定结果。

4.3.1检定指标:连续5次测值跳动情况

a.电阻比测值Z≤2×10-4，合格。

b.电阻比测值Z>2×10-4，不合格。

c.电阻值R≤0.04Ω，合格。

d.电阻值R>0.04Ω，不合格。

4.3.2绝缘度

a.R≥1000kΩ，优秀。

b.R≥100kΩ，合格。

c.R<100kΩ，不合格。

4.3.3过程线平顺度

a. 变化合理，过程线极其平顺，无误差。

b. 变化合理，过程线大体平顺，仅有小的跳动；有系统误差，但非传感器本身的问题。

c. 变化大体合理，过程线跳动频繁，有粗差或系统误差。

d. 有系统误差和粗差，测值不可靠，可以作为分析和引用的依据。

4.4振弦式传感器检定

钢弦式传感器主要检测钢弦频率、绝缘电阻、读数测值稳定性、过程线4个指标，判断传感器检定结果。

4.4.1振弦式传感器测值稳定性

a.频率测值变幅F≤2Hz，稳定。

b.频率测值变幅F>2Hz，不稳定。

4.4.2绝缘检定

绝缘检定与差阻仪器检定相同。

4.4.3过程线平顺度

a.变化合理，过程线极其平顺，无误差。

b.变化合理，过程线大体平顺，仅有小的跳动；有系统误差，但非传感器本身的问题。

c.变化大体合理，过程线跳动频繁，有粗差或系统误差。

d.有系统误差和粗差，测值不可靠，可以作为分析和引用的依据。

4.5综合评定

a. Ⅰ类。工作正常，测值稳定可靠，可以作为分析和引用的依据。各单项检定指标均应达到优秀标准(见图1)。

b. Ⅱ类。工作正常，测值基本稳定可靠，也可作为分析的依据。各单项检定指标均应达到合格标准(见图2)。

图1　Ⅰ类仪器过程线

c. Ⅲ类。测值稳定性较差，有时有异常，仅能作为分析时参考。有一项检定指标格(见图3)。

图2　Ⅱ类仪器过程线

d. Ⅳ类。测不出或虽勉强可测但数据已不可信。有两项检定指标不合格。

图3　Ⅲ类仪器过程线

5检定结果

依托大坝监控系统升级改造机会，对大坝埋设的监测仪器进行了全面检定，其中Ⅰ类仪器131支、Ⅱ类仪器50支、Ⅲ类仪器21支、Ⅳ类仪器22支，分别对于Ⅰ类和Ⅱ类仪器(共181支)进行了接入监测；Ⅲ类仪器接入集线箱暂不接入自动化采集模块，Ⅳ类仪器不接入采集箱及自动化采集模块。

6结语

采用监测仪器的不稳定成因分析、检测指标确定、测值检测、过程线评定等多种方法综合评判传感器的工作性态，给今后的大坝安全监测工作带来了一些启示和建议：

a.大坝安全监测是直接了解和掌握坝体工作性态的有效手段，传感器的日常检定是保证监测顺利实施的有效途径。

b.工程经过三年的监测运行，接入仪器运行稳定可靠。说明其监测系统的检定方法能满足实际运行需要，且简便易于掌握和操作。

c.为保证监测仪器的正常运行，监测人员应遵循日常检测与数据分析相结合、人工比测数据与自动化监测数据相印证、日常监测资料整理与年终资料分析相结合。

d.工程施工期间《大坝安全监测仪器报废标准》(SL 621—2013)还未颁布实施，相关传感器也只是暂停监测，未作报废评定，给年终监测资料的分析带来一定干扰。

参考文献

[1]赵志仁.三门峡大坝的观测与分析[M].天津：天津科学技术出版社,1993.

[2]SDJ 336—89混凝土大坝安全监测技术规范[S].北京：水利水电出版社，1989.

[3]赵志仁.大坝安全监测的原理与应用[M].天津：天津科学技术出版社，1992.

[4]DL/T 5211—2005大坝安全监测自动化技术规范[S].北京：中国电力出版社，2005.

Research on the verification of Wuluwati dam automatic monitoring

system software

YU Qiuyue

(XinjiangWuluwatiWater-controlProjectConstructionBureau,Hotan848000,China)

Abstract:Safety monitoring system operation and management will encounter various problems with the continuous maturation and perfection of dam automatic safety monitoring system. Timely and effective removal of malfunctions is one of the main missions in dam monitoring. In the paper, problems of Wuluwati Water-control Project dam automatic monitoring system software during operation are combined for summarizing and analyzing monitoring instrument calibration and monitoring data treatment aiming at accumulating experience for operation and management of dam automatic monitoring system.

Key words:safety monitoring; system verification; common problems; instrument calibration; malfunctions analysis

中图分类号：TV698.1

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2015)11-0029-04