閻王鼻子水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)維修改造工程分析

李 巍

（朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽 122000）

閻王鼻子水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)維修改造工程分析

李 巍

（朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽 122000）

閻王鼻子水庫位于朝陽市肖家店村，在大凌河干流中游，壩址距朝陽市25km，壩址以上流域面積9482km2，占全流域的41%。水庫為年調(diào)節(jié)水庫，水量利用系數(shù)為0.24。文章以朝陽市閻王鼻子水庫為例，分析了水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)維修改造工程，從系統(tǒng)的配置、原理及功能入手，論述了系統(tǒng)內(nèi)容，并強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)安裝與調(diào)試的過程及注意事項。

水庫；水情；自動測報；系統(tǒng)配置；目標(biāo)；原則；功能

1 概 述

閻王鼻子水庫位于朝陽市肖家店村，在大凌河干流中游，壩址距朝陽市25km，壩址以上流域面積9482km2，占全流域的41%。水庫為年調(diào)節(jié)水庫，水量利用系數(shù)為0.24。壩址區(qū)地震基本烈度為7°。水庫是以滿足朝陽市近期工業(yè)和生活用水及朝陽市郊區(qū)部分的農(nóng)業(yè)方面的灌溉用水。

水庫總庫容為2.17億m3，工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，次要建筑級別為3級。按100a一遇洪水設(shè)計，1000a一遇洪水校核。

2 水庫水情自動測報系統(tǒng)

2.1 水情自動測報系統(tǒng)目標(biāo)及原則

1）目標(biāo)。

閻王鼻子水庫的水情測報系統(tǒng)是對該流域內(nèi)的雨情、水情的自動化采集和傳輸?shù)膶崟r系統(tǒng)，提供洪水預(yù)報及調(diào)度所需的數(shù)據(jù)。

2）原則。

為保證遙測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性，考慮分層結(jié)構(gòu)設(shè)置原則、系統(tǒng)可配置性原則、兼顧多網(wǎng)合一原則、自動檢測與人工觀測合一原則以及近期與長遠(yuǎn)建設(shè)相統(tǒng)一的原則［1－2］。

2.2 自動測報系統(tǒng)方案內(nèi)容

水情系統(tǒng)共設(shè)置25個遙測站，其中4個水位、21個雨量站，同時設(shè)3個中續(xù)和1個中心站。

3 系統(tǒng)配置、原理及主要功能

3.1 自動化系統(tǒng)配置

自動化系統(tǒng)配置包括傳感器部分、數(shù)據(jù)采集單元部分和檢測中心站部分。

3.1.1 傳感器部分

大壩現(xiàn)場本次安裝傳感器38套，具體是：揚(yáng)壓力計20套；量水堰儀2套；靜力水準(zhǔn)儀10套；基巖位移計3支；水位計1支；雨量計1套；氣溫計1套。

3.1.2 數(shù)據(jù)采集單元部分（DAU）

水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)共安裝7臺DAU2000數(shù)據(jù)采集單元，12個NDA系統(tǒng)智能采集模塊，分別是：3個振弦式采集模塊NDA1403，3個差阻式采集模塊 NDA1104，3個電容式采集模塊NDA1303，2個數(shù)字量信號采集模塊NDA1705，1個環(huán)境采集模塊NDA1700。接入自動化測點(diǎn)82個。具體配置見表1。

3.1.3 檢測中心站部分

閻王鼻子水庫大壩安全檢測自動化系統(tǒng)檢測中心站布置在大壩左岸2樓防汛中心內(nèi)，現(xiàn)場設(shè)備有：NDA3100信號轉(zhuǎn)換器1臺；采集計算機(jī)研畢工控機(jī)1套，大壩安全信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件（DSIMSV4.0版）1套。

表1 閻王鼻子工程DAU布置及配置表

4 現(xiàn)場安裝、調(diào)試

4.1 測量方向及單位約定

依據(jù)《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》之要求測量單位及方向的約定為：

1）水平位移：上下游向，Y，mm；壩體向下游位移為正。

2）垂直位移：mm，沉降為正。

3）揚(yáng)壓力：m，以以測壓管內(nèi)水位高程計。

4）氣溫計：℃，以測量時的氣溫高程計。

5）雨量計：mm。

6）滲流量：1／s。

4.2 傳感器、DAU連接方法

揚(yáng)壓力計、量水堰儀用4芯屏蔽電纜延長后接入相應(yīng)的DAU中；原內(nèi)視儀器延長電纜后接入相應(yīng)的DAU中，各傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊的接線方法詳見產(chǎn)品說明書。

DAU與DAU之間、DAU與機(jī)房之間采用2芯雙絞屏蔽電纜及2芯電源線相連接。廊道與壩頂個測站之間采用2芯電源線及2芯雙絞屏蔽電纜連接［3－4］。

4.3 檢測儀器的技術(shù)指標(biāo)

NVP－2型揚(yáng)壓力計、NVWG－200型量水堰儀的安裝方法詳見其廠家說明書。

4.4 自動化系統(tǒng)的安裝、調(diào)試

自動化系統(tǒng)的安裝和調(diào)試包括：數(shù)據(jù)采集單元安裝、揚(yáng)壓力計及管口附件的安裝調(diào)試、量水堰儀安裝調(diào)試、靜力水準(zhǔn)儀的安裝、雨量計、氣溫計的安裝、電纜、光纜的布設(shè)施工、機(jī)房設(shè)備安裝和系統(tǒng)防雷接地。

4.4.1 數(shù)據(jù)采集單元安裝

依據(jù)現(xiàn)場實際條件，先安裝保護(hù)箱，保護(hù)箱用膨脹螺栓固定，安裝時應(yīng)保持保護(hù)箱水平，保護(hù)箱上邊緣離防浪墻頂部300mm左右。如果同一測站有幾個保護(hù)箱，應(yīng)保證所有保護(hù)箱的上邊緣在同一水平線上。

安裝完保護(hù)箱后再在保護(hù)箱內(nèi)將數(shù)據(jù)采集單元（DAU）固定在防浪墻上，為保證儀器接入數(shù)據(jù)采集單元方便及運(yùn)行檢查、維護(hù)方便，數(shù)據(jù)采集單元的上邊緣應(yīng)盡量貼近保護(hù)箱上邊緣，每個保護(hù)箱內(nèi)最多裝2個數(shù)據(jù)采集單元箱，2個數(shù)據(jù)采集單元的上邊緣應(yīng)保持在同一水平線上［5］。

DAU2000的電源線和通訊線應(yīng)分別從箱體的右上方引線孔引入，在電源線編號2的導(dǎo)電芯線中，紅線接標(biāo)有“L”的端子，藍(lán)色／黑色接 “N”的端子；通信線的接線端子設(shè)置在接線端子排的最左側(cè)，雙絞線屏蔽通信線的2芯線中，紅線接 “A”的端子，藍(lán)色／黑色芯線接 “B”的接線（一般在中間一排），屏蔽層接入箱體中標(biāo)有“G”的接線端子（一般在最下一排）；電源線和通信線接入箱體后應(yīng)做標(biāo)示，即應(yīng)標(biāo)明導(dǎo)線由何處來，或往何處去［6］。

4.4.2 揚(yáng)壓力計及管口附件的安裝調(diào)試

閻王鼻子工程安裝為揚(yáng)壓力計，按無壓及有壓兩種狀況配備管口附件，無壓、有壓管管口裝置由南瑞公司專門制作，形狀、尺寸一致。安裝方法如下：

1）根據(jù)設(shè)計材料，確定滲壓計的接長電纜并做好固定。

2）電纜頭部標(biāo)記應(yīng)該清晰、不易壞。

3安裝根據(jù)滲壓計孔口情況加工好連接法蘭等孔口附件，對于常年有壓的測點(diǎn)，可根據(jù)設(shè)計的要求將滲壓計安裝在測壓管管口或測壓管內(nèi)。對于無壓或時有壓時無壓的測點(diǎn)，滲壓計安裝在測壓管最低水位以下約1m處。

4）安裝過程中，安裝人員要仔細(xì)復(fù)核測壓管的變化情況，確保安裝正確無誤。

5）管口的附件與測壓管的結(jié)合處要處理得當(dāng)，不能漏水?？刹捎煤附踊蚬ソz套扣加生料帶連接。

6）揚(yáng)壓力管需安裝壓力表，根據(jù)了解情況，現(xiàn)場測壓管已有壓力表接口，安裝時先用生料帶封口，然后將壓力表旋上即可。

7）進(jìn)行一段時間的自動化與人工對比觀測。必須保證人工觀測設(shè)備的精度，所用的壓力表或測繩必須經(jīng)過檢驗。如自動化與人工測值差別較大時，應(yīng)查找原因并予以改正［7］。

4.4.3 量水堰儀安裝調(diào)試

量水堰安裝相對簡單，本工程采取壁掛安裝方式，現(xiàn)場共安裝8臺量水堰儀，剩余2臺由于現(xiàn)場不具備安裝條件，根據(jù)監(jiān)理、業(yè)主要求暫未安裝。

儀器安裝前先根據(jù)現(xiàn)場情況對現(xiàn)場情況選擇合適的安裝地點(diǎn)，一般取堰板上游1～1.5m位置，選擇墻壁較為平整的地方，根據(jù)安裝附件尺寸打4個膨脹螺絲孔。安裝孔打好后即安裝儀器。

4.4.4 靜力水準(zhǔn)儀的安裝

先將安裝附件按說明書要求在相應(yīng)測點(diǎn)處預(yù)埋并調(diào)水平和同一高程，然后安裝儀器，用連通管連接密封，敷設(shè)電纜到DAU2000數(shù)據(jù)采集單元（內(nèi)置NDA1705智能數(shù)據(jù)采集模塊）中，并做好電纜標(biāo)記，最后加入適當(dāng)容量的SG溶液，取初始測量值。

4.4.5 雨量計、氣溫計的安裝

雨量計按照廠家說明書進(jìn)行安裝，位置選擇在左岸1號壩段氣溫計附近，底座安裝采用混凝土澆筑預(yù)埋安裝附近方式，等混凝土凝固后在預(yù)埋安裝附近上安裝雨量計，進(jìn)行調(diào)平、接線、調(diào)試。溫度計安裝在百葉箱內(nèi)，與原位置相近，選擇在空曠的1壩段位置安裝。

4.4.6 電纜、光纜的布設(shè)施工

電纜是傳送信號的載體，聯(lián)接好電纜是儀器觀測及自動化系統(tǒng)中的重要一環(huán)。現(xiàn)場共完成了2000m左右揚(yáng)壓力傳感器4芯電纜的布設(shè)、600m靜力水準(zhǔn)儀4芯屏蔽電纜。700m電源電纜，700m信號線的總線電纜的布設(shè)。

測站的數(shù)據(jù)采集單元DAU與DAU之間、測站與測站之間用2芯電源線、RS－485屏蔽雙絞線連接。傳感器（滲壓計、量水堰）用4芯屏蔽專用電纜連接。廊道部位的傳感器電纜、總線用PVC線槽保護(hù)布設(shè)。戶外的氣溫計、雨量計采用鋼管保護(hù)。

4.4.7 機(jī)房設(shè)備安裝

大壩監(jiān)測管理中心計算機(jī)設(shè)置于廠房的中控室內(nèi)，設(shè)有專用的供電電源。共安裝研畢工控機(jī)1臺，NDA3100信號轉(zhuǎn)換器1套；大壩安全信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件（DSIMSV4.0版）1套。信號轉(zhuǎn)換器NDA3100與研畢采集計算機(jī)通過串口COM1進(jìn)行通訊，波特率1200。

4.4.8 系統(tǒng)防雷接地

1）雨量計、氣溫計電纜用鍍鋅鋼管保護(hù)后與大壩接地網(wǎng)焊接。

2）從機(jī)房到DAU1測站及DAU1到DAU2測站的電源＝信號線電源本次進(jìn)行了更換；機(jī)房到DAU1測站電源＝信號線用鍍鋅鋼管保護(hù)后與大壩接地網(wǎng)焊接；DAU1到DAU2測站的電源、信號線仍走原來的引張線電纜保護(hù)鋼管。

5 結(jié) 語

通過上面各個方面的檢查，整個系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)采集等運(yùn)行沒有問題，并且經(jīng)過1年多的運(yùn)行，整個系統(tǒng)運(yùn)行良好。

［1］章四龍.中國洪水預(yù)報系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)研究［J］.水文，2002，22（01）：32－34.

［2］崔玉蘭，郭治清.全國水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)評價［J］.水文，2002，22（01）：58－60.

［3］周惠成，梁國華，王本德，殷峻暹.水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)通用化模板設(shè)計與開發(fā)［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2002，13（01）：42－48.

［4］張培業(yè)，王建成.小坑水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)［J］.人民珠江，2004（04）：64.

［5］彭濤.十三陵蓄能電站上水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)運(yùn)行情況［J］.大壩與安全，2005（01）：35－37.

［6］劉福林，魏鐵軍.清河水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)防雷抗干擾的措施［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2008，14（12）：974－975.

［7］李輝，張向紅.紅山水庫大壩自動化檢測系統(tǒng)［J］.內(nèi)蒙古水利，2009（03）：23－24.

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1007－7596（2014）08－0119－03

2014－03－24

李巍（1982－），女，滿族，遼寧朝陽人，工程師，從事水利水電工程管理工作。