自动化系统在长洲大坝监测中的应用

摘 要：本文主要介绍了长洲水利枢纽大坝安全自动化监测系统的应用及运行情况，并对运行过程存在问题进行了总结，提出了大坝安全监测自动化系统运行的建议。

关键词：长洲水利枢纽;安全监测;自动化系统;应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.055

1 引言

为保证水工建筑物的安全运行，长洲水利枢纽建立了大坝安全监测自动化系统。监测系统实现自动化提高了观测精度和工作效率，降低了劳动强度。但要重视自动化系统运行过程中的稳定性，对系统的运行情况不断总结，对存在的问题及时解决，勤于维护保证系统处于良好的工作状态，以便更好地为大坝安全服务。

2 工程概况

长洲水利枢纽位于西江水系干流浔江下游河段广西捂州市上游12km处，枢纽横跨三江、两岛，是一座以发电为主，兼有航运、灌溉等综合利用效益的大型水利枢纽。工程的主要建筑物包括：船闸、泄水闸、重力坝、左右岸接头坝、土石坝、河床式厂房、开关站及鱼道等。为了掌握水工建筑物在施工及运行期的工作性态，枢纽布置了完整的安全监测系统。

3 大坝监测系统简介

长洲水利枢纽作为大（1）型水利枢纽，以技术手段对工程实际运行性态的监测显得特别重要。为此，设计单位为该工程布置了一套庞大的监测系统。本工程监测项目多、传感器类型多、测点数量多，自动化监测系统的应用给监测资料的完整性和连续性提供了较好的保障。

4 自动化监测系统介绍

长洲水利枢纽安全监测项目纳入自动化监测系统主要项目有渗流监测、接缝监测、应力应变及温度、环境量监测等，共955支仪器。内、中、外江和船闸观测廊道内6条激光准直系统，98个测点。大坝自动化监测系统由硬件和软件组成，目前系统运行正常。

5 自动化监测系统的应用

（1）激光准直系统的应用。内江、中江、外江和船闸内各安装了一套自动化激光真空系统，此系统主要是根据光学原理来对大坝的各个监测部位的上下游方向、左右岸方向、沉降方向和倾斜角度的变形进行自动化测量。

激光测量系统中设备供电由专用的配电箱提供，数据传输是通过RS485总线形式进行传输，传感器测量出的图像信号通过同轴电缆进行信号传输，所有信号最终汇总到各个廊道口的光端机处，通过光纤将信号发送至中控室主控机。

（2）自动化监测系统的构成及配置。1）系统的构成。长洲自动化监测系统采用分层分布式的网络结构，包括测站层的现场网络和监测工作站层的计算机网络。测站层由各测点传感器和数据采集单元等组成;监测工作站层由监测服务器、网络交换机、工控机、光端机、台式电脑、UPS电源设备等组成。测站层内通过两芯双绞屏蔽线连接，测站层与工控机之间通过光纤电缆连接，以RS-485接口方式进行通讯，同时监测服务器、工控机和台式电脑通过网络交换机组成局域网。2）系统配置。计算机和所有MCU测控单元之间的通讯采用RS-485方式，在软硬件和人工的干预下完成日常观测数据的采集、系统自检及硬件故障报警等工作。

长洲水利枢纽于2012年6月完成大坝安全监测信息管理系统建设并正式投入运行，该软件能对监测数据进行管理，可灵活进行数据插入、删除、修改、查询和导出等操作;在原始测值改变的同时，能自动检验数据的有效性，并自动计算相关效应量;查询结果可快速导出到Excel文件以及文本文件;可以制作各类大坝安全监测常用曲线图形，如效应量的过程线、相关线、分布图等。系统具有较强的人机交互性能，通过互联网定期直接向国家能源局大坝中心报送大坝安全信息。

（3）监测自动化系统运行过程中存在的问题。1）在外江船闸排水廊道的监测设备因运行环境湿度大，使部分设备电子原件失灵，给设备正常运行造成不同程度的影响，特别在春夏交替季节尤甚。2）长洲水利枢纽所处地理位置为夏季雷雨、雷电高发区域，又因埋入坝体内部的传感器绝缘性能降低，在自动化系统运行过程中，有个别观测站MCU数据采集模块因感应雷产生时会沿信号线进入，导致电路板损坏的现象發生。3）激光变形监测系统在运行过程中存在某些测点出现一定的跳变现象，规律性较差，主要原因为真空管道接头密封性较差，真空度未达到要求，目前进行了初步处理，数据稳定性有所改善，后期运行过程中还应注意其稳定性的变化。

6 对自动化监测系统运行的思考

（1）建议对湿度大、易出现结露状况部位的仪器加大巡检力度和采取有效的防潮措施，力求减小对仪器的影响。 （2）对部分设备在夏季雷雨高发期易出现的雷击的问题，有必要在系统中增加专用防雷、避雷设备，以便更好的保护监测设备，提高系统的安全性和可靠性。（3）激光准直自动化系统作为新兴的监测手段，激光系统设备在监测中发挥了其时效性强，监测变量多的优点。但是应重视其系统的稳定性，勤于保养维护，保证其处于良好的工作状态。（4）实现自动化监测的目的，就是提高观测精度，提高工作效率，降低劳动强度，逐步取代人工观测。通过人工与自动化监测对比，检查系统运行是否稳定，测值是否准确，将来可逐渐减少人工观测测次。（5）自动化监测系统工程是一项技术含量较高的技术工作，要不断提高运行管理人员的技术能力和素质，以确保监测系统的正常运转。（6）对系统设备运行使用的环境应进行改善和更新，提高其运行稳定性，降低故障率，确保监测数据的连续性和精确度。

7 结束语

运行过程中，自动化监测系统管理维护是必不可少的环节，这需要对大坝安全自动化监测工作有正确的认识和相应的维护手段。只有自动化监测系统管理维护人员的自身专业水平不断提高，才能及时、有效、准确地获取第一手的监测资料，发挥安全监测系统的耳目作用，使系统更好地为长洲大坝安全服务。

参考文献：

[1] 吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

作者简介：曹建伟（1985-），男，学士，工程师，主要从事水电及光伏工程建设管理、大坝监测及水工维护管理工作。