大坳大坝渗压系统故障分析及排除

2020-12-13梁春太

电子元器件与信息技术 2020年9期

梁春太

（广州市流溪河灌区管理中心，广东广州 510900）

0 引言

工作正常的大坝渗压系统出现扬压力数据超标，需要认真细致查找原因，如数据准确，应通过适当工程措施合理释放扬压力，确保工程恢复正常运行状态。水利工程运行过程中，出现不少大坝由于扬压力增大而导致下游护坦出现损毁案例，因此重视其渗压系统运行状况是非常必要的。

1 大坳拦河坝渗压系统故障问题与解决方案之一

1.1 故障问题

大坳拦河坝地处空旷地带，而且水工建筑物形状凸出，受雷击概率高。2020年渡汛期间，该大坝渗压系统遭受雷击，致使上位机无数据显示故障，且后台数据无法正常更新。为了查明原因，首先利用笔记本电脑到现场连接主板检测信号，经过检测信号正常；其次检查光纤是否断线，结果良好；再次检查是否出现光端机故障，换上新光端机，按照采集数据源顺序安装接线，信号灯未正常闪烁（信号通畅时6个指示灯均闪烁），证明信号依然不通；有时因电源适配器残旧，过流不足也会使信号不能传输，再更换新电源适配器，发现故障依旧；最后检查发现232转485有源转换头指示灯不亮，更换该适配器后指示灯正常，但上位机仍无读数，故障未解决[1]。

1.2 解决方案

结合上述故障问题，重启系统并检查端口是否对应，发现无法找到信号采集端口。根据图纸资料，系统原端口号为com7，更换一个无源转接头后，重新对系统进行设置，找到新硬件端口号为com5，把渗压系统端口号com7改为com5，重启后光端机指示灯闪烁，数据采集正常，上位机数据正常，后台数据开始更新。在梳理线路重新连接系统过程中，上位机数据又出现无数据，查找信号端口已经变成com6，修改后故障完全消除。为确认检查思路，再次连接信号输入串口，此时发现端子号再次改变，每连接一次，端子号就变化一次。

结合过往经验，采用常规的排查手法，证明此次渗压系统故障的分析思路正确的，最终排查结果是232转485转接头损坏与端口设置出现问题。前面多个步骤均未能解决故障，应该首先检查端口设置问题。在往后检查类似状况时，第一步检查端口情况，实现检查过程简化，可以避免在中控室到数据采集点长距离来回检查[2]。

2 大坳拦河坝渗压系统故障问题与解决方案之二

2.1 故障问题

拦河坝渗压系统在建成蓄水后，由于其库水压作用，直接导致坝体、坝基与坝肩出现了渗流现象，这对大坝安全带来极大威胁，应通过各种技术措施予以避免。结合我国水利部门相关资料统计，目前类似于大坳拦河坝渗压系统的渗流故障问题非常之多，引发渗流事故案例也为数不少，其中从2010～2020年就有渗流事故多达419宗，占水毁事故总数量的41.2%。

2.2 解决方案

结合上述大坳拦河坝相关问题分析，其大坝渗流问题的复杂性主要体现在两点上：第一，由于当年施工工艺及技术限制，渗流场介质存在严重的不均匀性，截止到目前，学术界针对渗流的机理问题依然争论不休。在针对混凝土坝与土石坝两种坝型类型看来，其中认为混凝土坝的渗流水流主要从岩石内部裂隙网络、混凝土接触面位置渗流，而土石坝的渗流水流属于散粒体固体介质的渗流。第二，大坳拦河坝渗流的外界影响因素是比较复杂的，在实际运行过程中，需要特别注意大坝上游水位的动态变化，对大坝渗流中的非稳定性因素进行分析，了解其三维水流运动过程。目前的问题显然是在对渗流稳定性的有效调节控制上，我们曾对C3点扬压力数据进行过分析，但计算结果与实际情况可能存在较大出入，需要会同研究单位进行比较深入的分析[3]。

具体来讲，对渗流压力观测一起中的观测目的、土体透水性、渗流场特征与埋设条件进行分析，可选用测压管或者振弦式孔隙水压力计，将渗透系数控制在10-4cm/s以上，然后对渗压力变幅大、监测防渗体裂隙进行观察分析，可考虑采用测压管，将其渗透系数控制在10-4cm/s左右，对其量程与测点压力问题进行分析，解决大坳拦河坝系统渗流故障问题。在故障解决方面需要做好两点，都围绕渗压监测测值相关问题展开分析：其一是测值的可靠性检验问题，结合测压管水位用仪器展开测量，分析其测量准确性，结合人工测深钟这一比测方式进行检验，主要配合渗压计、埋设仪器等等检查测试可靠性教研结果，分析仪器可能存在问题，进而分析系统渗流问题；其二可随时更换、修复测点，结合新建土石坝采用渗压计布置渗流测点，采用国产振弦仪器修复工程竣工与蓄水运行机制，优化其安全监测功能。例如可考虑采用测压管直接进行测压分析，确保监测系统整体运行完整性[4]。

3 大坳拦河坝渗压系统故障问题与解决方案之三

3.1 故障问题

针对大坳拦河坝的渗压系统仪器灵敏度故障问题进行分析，其仪器灵敏度定义如下：S=输入量变化/输出量变化。

结合单位输出量变化与输入量变化量进行分析，如果输出量越小，就证明仪器灵敏度越高，这里主要针对振弦式与差阻式仪器灵敏度进行分析。根据实践操作发现，比较高端的弦式仪器全量程输出量在4000*103Hz2上下，其灵敏度为0.025% F.S，相比于差阻式仪器精度高出至少5倍，这也说明了在大坳拦河坝渗压系统中如果采用差阻式仪器容易出现系统灵敏度欠佳及校准误差问题。

3.2 解决方案

目前，国内可配套的振弦式仪器精度控制在≤2.5% F.S左右，其仅仅能够在线性度指标进行分析，了解振弦式仪器制定规范标准，确定其真实精度，确保测量精度长期稳定，排除一切可能影响渗压计选型指标问题，例如灵敏度、量程、精度等等，这些都是保障仪器长期稳定运行的最主要指标。结合实践证明，还需要对传感器中的感应部件（钢弦）张力进行分析，了解其在初始张力不变的状况下长期受力状态进行分析，了解钢弦固定端滑移状况与仪器长期稳定性技术应用状况。

以导致渗压系统发生渗流问题的钢弦徐变问题为例，分析计算其徐变量并控制在1.5% F.S左右，利用振弦式渗压计进行长期稳定性对传感器几年内的测值精度误差进行比对，同时对高阻值水工超时环境问题进行分析，这些都是容易导致仪器渗压故障出现甚至系统报废的主要原因。总体来讲，在渗压监测仪器选型过程中，需要对仪器埋设问题进行分析，了解其长期稳定性问题，充分考虑渗压系统中的各种主要指标，了解直接影响仪器使用寿命与可靠性的问题。同时积极运用差阻式渗压计具，并保持其监测水平长期保持稳定，满足仪器埋设测量基本条件[5]。

4 大坳拦河坝渗压系统的整体技术改造建议

4.1 升级数据采集传输模块

首先对渗压计中的485信号输出功能进行改造，选用到智能化液位变送器，配合渗压电缆作为空心通气电缆，建立测压管关口的空心通气电缆，确保其具有良好的防潮与防雷功能。在测压管通信线缆汇集过程中分析断面，专门安装断面终端采集箱，这里可运用到485通信电缆连接断面，再配合光缆、光端机以及232-485转换器，配合计算机端数据采集分析软件对渗压系统中的测压管数据进行采集与分析，优化电源控制与报表输出功能。