飛來峽溢流壩引張線設備改造探討

廣東省飛來峽水利樞紐管理處 廣東清遠 511825

摘要：本文介紹飛來峽大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)溢流壩引張線運行現(xiàn)狀、存在問題，提出改造目的和技術措施，詳細介紹改造內容，為以后類似引張線的改造提供參考。

關鍵詞：安全監(jiān)測；引張線；改造。

1.概述

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)是監(jiān)測大壩狀態(tài)、保障大壩正常運行的重要手段之一。飛來峽大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)于1998年底安裝并投入運行，至今已運行15年多，其中溢流壩段布設1條引張線測線，共4個測控裝置、測點16個測點。由于引張線安置在露天環(huán)境、運行時間長、測控設備和傳感器均出現(xiàn)不同程度的老化、絕緣度降低、接觸不良、部件老化情況。而新一代測控設備、傳感器、軟件的出現(xiàn)，舊設備面臨淘汰，缺乏廠家備件和維護保養(yǎng)工作的支持，該類監(jiān)測設備將出現(xiàn)無法正常運行的局面，鑒于上述原因，需對溢流壩段引張線監(jiān)測設備進行技術改造。

2.溢流壩段引張線監(jiān)測設備運行現(xiàn)狀

溢流壩段引張線監(jiān)測設備主要包括測控模塊、傳感器、電源和通訊線路等，經(jīng)常出現(xiàn)監(jiān)測設備故障和測值異常，監(jiān)測系統(tǒng)電源和通訊線路短路，當前監(jiān)測設備運行情況如下：

2.1測控模塊存在的問題

溢流壩段布設有4塊NAD1330電容式測控模塊，于1999年投入運行至今已有15年多，模塊內部模板和芯片都有老化的跡象，多次出現(xiàn)通訊成功但無測值的情況。大部分模塊都出現(xiàn)故障返廠維修，維修次數(shù)增加，導致其內部芯片運行不穩(wěn)定測值出現(xiàn)異常。大部分模塊內部電子元器件老化，尤其是遭受過雷擊的測控模塊，模塊內部電路板出現(xiàn)芯片焊接點氧化脫落現(xiàn)象，模塊外部接線口接觸不良；隨著時間的推移，測控模塊故障率會繼續(xù)增加。

2.2引張線存在問題

溢流壩引張線設于壩頂，共16個測點（EX4-1-EX4-16），用于監(jiān)測溢流壩水平位移。引張線使用的是RY-20電容式傳感器。長時間的運行中，主要出現(xiàn)以下幾種情況，影響引張線正常穩(wěn)定運行。

一是引張線傳感器連接鋼絲的銅線老化容易氧化而斷損，近2年已發(fā)生6起銅線斷損故障；

二是傳感器固定極板的黏膠老化脫落，引起測值異常，傳感器連接極板和銅絲線路表層老化絕緣度降低，導致測值異常和無測值現(xiàn)象；

三是引張線鋼絲掛重錘處保護設計不合理，掛錘處位于電纜溝內常年潮濕，特別是掛錘處伴有積水。嚴重影響到鋼絲的使用壽命；

四是引張線保護管安裝在電纜溝內，且支架為角鐵材料，常年在潮濕環(huán)境下銹蝕嚴重。

2.3維護和備品備件保障困難

我們每年汛前進行大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)年度檢修，進行常規(guī)保養(yǎng)和一般維護，并配置了一批備品備件。但監(jiān)測設備老化出現(xiàn)的故障，涉及到監(jiān)測設備電子元器件、傳感器內部故障處理、極板更換等情況則需要將監(jiān)測設備運往廠家處理。我們使用的15年前的大壩安全監(jiān)測設備，隨著監(jiān)測技術和設備的發(fā)展，已經(jīng)面臨淘汰，原廠家已經(jīng)不生產(chǎn)相應的設備，故障設備也很難買到備件，廠家建議舊設備進行改造。

在沒有新的備品備件供應的情況下，只能通過監(jiān)測設備改造消除上述監(jiān)測設備存在的問題，達到治標又治本的效果。

3. 改造目標及措施

飛來峽大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在建設時，集成了當時監(jiān)測技術較為先進的三家廠家。將三家的監(jiān)測儀器、測控設備、采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件組合而成，但監(jiān)測系統(tǒng)在長期的運行后，逐漸暴露出系統(tǒng)兼容性、防雷效果差、測控設備故障率高等缺點。

對需改造的設備進行研究和探討，結合當前監(jiān)測系統(tǒng)各類設備的實際運行情況和監(jiān)測技術發(fā)展趨勢，對比、分析和經(jīng)濟性考慮后，確定相關改造的系統(tǒng)設備。這次改造的擬采用高度集成、穩(wěn)定性強、抗雷擊性能好、便于保障維護、技術成熟、可靠性強、經(jīng)濟性合理的硬件和軟件來替代目前存在問題的設備，關鍵在于適合飛來峽樞紐當?shù)丨h(huán)境的監(jiān)測設備，以提高系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定性。確保通過改造至少正常運行10年以上。

3.1提高系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性

MCU-1M型測控裝置是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡的節(jié)點裝置，它由密封機箱、智能數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊、人工比測模塊和防雷模塊等組成，具有上鎖功能，內有溫控加熱除濕裝置，用于系統(tǒng)中各種類型監(jiān)測儀器（傳感器）的數(shù)據(jù)測量、存儲和傳輸。其主要特點如下：

（1）防雷性能提高。針對模塊設備受雷擊的特點，專門重新設計了防雷電路，設置了防雷功能模塊，選用抗雷擊性能高的專用電子元器件，采取抗雷擊的運行模式，使設備的防雷效果得到提高。

（2）功能強大。每個智能數(shù)據(jù)采集模塊均自帶CPU，形成一個MCU多CPU的并行運行模式，能對接入的各類儀器實現(xiàn)三種運行方式的測量。提供強大軟件功能支持，各種功能可提供由用戶按需設置。

（3）可靠性高。所有測控裝置內置備用的蓄電池電源，在系統(tǒng)供電完全中斷的情況下仍能正常自動工作一周。當監(jiān)控主機或通訊總線發(fā)生故障時可用便攜式計算機直接控制測控裝置進行巡測、選測或讀取數(shù)據(jù)。具有測量控制、電源管理、掉電保護、定時自動測量、防雷抗干擾、人工比測接口、自檢、自診斷等功能。

（4）兼容性好。MCU-1M型測控裝置可接入各類監(jiān)測儀器（傳感 器），即步進式、差阻式、振弦式、電感式、電容式、差動變壓器式、可變電阻式、浮子式以及輸出標準信號（電壓、電流、頻率）的傳感器，基本上兼容了我國混凝土壩、土石壩和巖土工程所用的各類國內外監(jiān)測儀器。

（5）維護方便。MCU-1M型測控裝置采用RS—485數(shù)據(jù)總線或其他通訊方式將各測控裝置連成總線拓撲，便于擴展和分期實施，具有自檢自校功能，同時顯示故障信息，便于維護和修復。運行人員只要針對故障信息更換備用模塊或零配件即可恢復運行。

3.2 具體改造內容

針對多年系統(tǒng)故障特征和運行經(jīng)驗，參考先期改造監(jiān)測設備運行情況，從以下四個系統(tǒng)或設備進行改造完善：

（1）對溢流壩段南瑞系統(tǒng)電源系統(tǒng)進行改造；

（2）對溢流壩段南瑞系統(tǒng)通訊系統(tǒng)進行改造；

（3）對溢流壩段南瑞系統(tǒng)測控裝置進行改造；

（4）對溢流壩段南瑞系統(tǒng)傳感器進行改造。

4.設備改造

4.1電源系統(tǒng)改造

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)主要采用220V50Hz交流電給監(jiān)控計算機和測控裝置供電。原監(jiān)測系統(tǒng)的電源線路是采用普通電源線路進行供電。電源系統(tǒng)改造步驟如下：斷開并取消原供電線路（測控模塊現(xiàn)場和大壩安全監(jiān)測室配電箱）；改造后的MCU電源能滿足新增監(jiān)測設備的供電要求，采用水文所MCU測箱引出電源采用RVVP-22型鎧裝電纜接入原DAU測箱供電，能節(jié)省布線費用；

采用RVVP-22型鎧裝電纜作為MCU測箱和原DAU測箱間的電源電纜，替代原來的普通電源電纜。鎧裝電源電纜具有很好的屏蔽作用，能降低感應雷電壓的強度。

4.2通訊系統(tǒng)改造

原南瑞監(jiān)測設備采用普通信號電纜進行信號傳輸，線路老化嚴重，2009年出現(xiàn)過信號電纜短路情況。通訊線路改造步驟如下：斷開原通訊線路（測控模塊和大壩安全監(jiān)測室），從附近MCU改造過的測箱引出光纖進行通訊，在每個改造的DAU測控模塊安裝光端機，通過改造的MCU測箱光纖傳輸?shù)酱髩伟踩O(jiān)測系統(tǒng)。

4.3 測控模塊更換

將原DAU測箱內的NAD1330測控模塊更換，按所在部位監(jiān)測使用的傳感器確定新模塊的監(jiān)測類型更換模塊，待每個改造測箱電源系統(tǒng)安裝好，傳感器連接線相連接后實施，引張線原測量模塊改造更換為4塊標準信號采集模塊。

4.4傳感器改造

按照監(jiān)控類型確定所使用的傳感器類型，本次改造主要針對引張線電容式傳感器更換為新型RY-40型電容式單向引張線儀并配合安裝在儀器測點箱內的信號轉換器將信號轉換為標準信號接入，共計16臺，并對引張線的線體進行更換。

4.4.1儀器觀測原理

RY-40型電容式單向引張線儀用于測量單向水平位移。該儀器基本原理是采用電容感應式原理。測量單元采用比率測量技術，測出測點相對于引張線的變化，引張線的原理示意圖如圖2-11所示。

在引張線的不銹鋼絲上安裝遙測RY-40型電容式引張線儀的中間極，