水电站大坝安全监测自动化的现状及发展

文/巨辉霞 宋学涛，青海黄河上游水电开发有限责任公司大坝管理中心；南京河海南自水电自动化有限公司

水电站大坝安全监测自动化的现状及发展

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水电站大坝的安全监测是关乎大坝安全管理的重要工作内容之一，也是评价大坝安全状况的基本数据资料。对于水电站大坝安全监测的自动化的实施，是确保监测数据能够准确、快速的获得，并提供给相关单位用于决策的重要参考。

水电站；安全监测；自动化；水利工程

做好水电站大坝安全监测有非常重要的意义。它决定水电站大坝建设是否具有经济效益，如果水电站大坝建设出现安全问题，其经济效益就会降低；它决定水电站大坝建设是否具备社会效应，水电站大坝如果出现安全问题，波及的范围将非常广泛，其安全事故会带来人民生命财产安全的问题；它决定水电站大坝建设是否具备环保效率，建设水电站大坝的前提是不能破坏当地的环境，需让水电站建设具备环保效应。

1 水电站大坝安全监测自动化的现状

1.1 大坝监测内容的现状

目前我国除了巨型水电工程能实现全程安全监测以外，其它的工作只能在部分环节开展自动化安全监测。当前我国水电站大坝安全监测的重点如下：

1.1.1 变形监测。变形主要分为水平变形和垂直变形两种。以观测大坝的某一段为例，通常监测单位会在坝顶与坝后坡设转传感器，监测垂直变形；在内部设置传感器，监测水平变形和沉降变形。

1.1.2 渗流监测。渗流监测的重点为监测渗透压力和渗流量这两个参数。以监测一段大坝的渗流参数为例，监测单位通常每隔一个坝段便设置一个传感器，传感器能采集排水沟积水数据，中央控制系统可根据这类数据分析大坝渗流的情况。

1.1.3 应力监测。目前我国只有巨型的水电站才监测应力参数，中小型水电站已不再通过监测这类参数了解水电站大坝安全的情况。

1.2 大坝监测设备的现状

我国的水电站大坝应用自动化的设备进行安全监测，其中最主要的几项设备如下：

1.2.1 传感器。目前我国已经在水电站大坝安全监测中应用了智能传感器，这种传感器把数据收集和信息技术处理相接合，采集的数据可成为中央集成系统数据分析的依据。现在传感器可采集的数据范围为水平位移、垂直位移、扬压力和地下水位、渗流量、应力和应变等数据。

1.2.2 量测控制设备。它又被称为 MCU，负责水电站大坝安全监测设备的工作流程，比如它可控制传感器、通信设备、存储设备、电源设备、辅助设备工作等设备的作业，使每个监测环节紧密联系，形成程序化的作业。MUC内设数据存储芯片、自带电源及蓄电设备、自设防雷装置。它兼容多种通信协议，能用无线和有线的方法传输数据；自设人工比测模块接口，可外接读数设备。

1.2.3 其它外接设备。其它外接设备包括打印、绘图设备、UPS设备等，它们能拓展水电站大坝安全监测系统的功能、优化监测系统的运行。

1.3 大坝监测系统的现状

1.3.1 硬件设备。水电站的中央处理器应用最先进的计算机主机，服务器的运行速度快，它能实现中央集成控制、分析海量数据、完成数据管理的功能。

1.3.2 软件系统。中央处理器的运作目前使用WINDOWS系列软件，该软件为一种系统平台标准。水电站大坝安全监测控制软件使用MCU自带的软件，数据管理系统应用OFFICE套装系列软件中的EXCEL软件，它与WINDOWS系统同为微软公司开发的软件，两种软件能相互兼容，这种数据库软件也是目前被应用得最广泛的软件。

1.3.3 通讯系统。水电站的安全监测系统对数据传输的稳定性要求较高，为了提高通讯质量，目前大坝应用光纤设备作通讯设备，通讯方式以有线数据传输为主，无线数据传输为辅，通讯协议应用IP/TCP协议，网络构成方式为稳定性较强的局域网络。

2 水电站大坝安全监测自动化的发展

2.1 监测范围

目前，我国水电站大坝安全监测范围的问题为局限性的问题，即水电站大坝安全监测需要哪些数据，就监测哪些数据；出于成本的考量，可以放弃一些不重要的数据监测，仅监测重要的数据。这种安全监测方法会漏掉一些监测的细节，可能会埋下安全监测的隐患。未来，人们提出水电站大坝的建设要与监测紧密结合，这是指大坝在建设的时候，就要考虑到全程监测的问题，把安全监测纳入水电站大坝建设的体系。如果能实现这一构想，未来的水电站大坝就能采用以下的方法开展安全监测：全程化的安全监测，即突破目前局部监测的现状，实现全程监测；重点化的安全监测，即对部分重点位置采取精细化的监测措施；动态化的监测，即应用数据监测优化大坝建设，让安全监测数据为大坝建设提供科学依据。

2.2 监测设备

监测系统的硬件设施未来会向以下几个方面发展：标准化的方式发展，监测设备需要大量的电气自动化产品，虽然在微软公司的提议下，目前电气自动化产品的接口已经标准化，但是电气设备的型号、性能、参数等指标还未实现全部统一化，未来，监测系统的硬件设施会向统一化的方向发展。数字化的方向发展，水电站大坝安全监测系统如果要全面实现集成化的监控，就必须应用数字化的设备。智能化的方向发展，未来监测设备能实现智能判断、智能控制，减少人力资源的干预。

2.3 监测系统

目前人们提出了集成化、智能化、精细化监测系统的构想。以集成化来说，未来水电站大坝的中央处理系统能够集成所有设备的运作，实现监测作业的横向联系；集成数据采集、分析、存储的全面监测管理，实现数据通讯的纵向监测。未来，水电站大坝安全监测系统的作业几乎不再需要人力资源的干预。

3 结束语

水电站的安全是对整个电力系统的安全保障，因此水电站的安全工作必须受到足够的重视，目前已有近60%的水电站逐步全面的实现了大坝安全监测自动化的发展需求，并对水电站的正常运行有一定的影响。尽管目前我国的安全监测自动化水平已经取得了一定的成绩，但是仍存在着一些问题，同时水电站的操作人员的业务水平也应当适当的提高。当然，随着技术的不断发展和个性，自动化监测技术必然会随着时代化的发展而得到进一步的提升，并会向智能化的应用发展更进一步，以促进整个水电站安全监管水平的提升，从而帮助水电站大坝的安全运行。

[1]张文飞.浅述水电站大坝安全监测现状及其自动化动态[J].广东科技，2013（10）.

[2]杨新利.浅谈自动化技术在水库大坝安全管理中的应用[J].陕西水利，2013（1）.