虎莊河防潮節(jié)制閘工程改建及監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)探討

楊秋菊

(營(yíng)口市水利勘測(cè)建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 營(yíng)口 115000)

虎莊河防潮節(jié)制閘工程改建及監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)探討

楊秋菊

(營(yíng)口市水利勘測(cè)建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 營(yíng)口 115000)

文章闡述了虎莊河防潮節(jié)制閘工程的現(xiàn)狀和改建的必要性，確定重建后虎莊河防潮節(jié)制閘的工程規(guī)模，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)進(jìn)行合理布設(shè)及更換，并增設(shè)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，改建后的水閘將以防洪為主，兼顧排澇等任務(wù)。

防潮節(jié)制閘；現(xiàn)狀；防洪；監(jiān)控系統(tǒng)

1 虎莊河防潮節(jié)制閘存在的問(wèn)題

工程始建于1964年11月，水閘主體結(jié)構(gòu)按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，閘型選用涵洞式結(jié)構(gòu)，共10孔，閘孔尺寸2.5m×2.5m，運(yùn)行至今已50多年，上游10扇工作閘門(mén)在2008年已經(jīng)更換，基本可以運(yùn)行。下游10扇木拍門(mén)門(mén)葉因年久腐朽老化，轉(zhuǎn)動(dòng)軸嚴(yán)重銹蝕，不能正常啟閉，嚴(yán)重阻水，影響泄洪。拍門(mén)隔墩混凝土破損嚴(yán)重，粗骨料外露，鋼筋外露并銹蝕；管理房年久失修，破損嚴(yán)重，面積小。閘室無(wú)啟閉機(jī)房，使啟閉設(shè)備長(zhǎng)期暴露在風(fēng)雨中，加速了設(shè)備的老化。

虎莊河防潮閘的啟閉設(shè)備為手電兩用螺桿式啟閉機(jī)，個(gè)別啟閉機(jī)已斷裂，不能使用，對(duì)泄洪帶來(lái)隱患。配電設(shè)施及配電線路陳舊老化，電纜溝內(nèi)集水且局部已塌陷，不符合用電安全要求。

2 工程建設(shè)必要性

該閘地處虎莊河下游感潮河段，由于地勢(shì)低洼，又是入大遼河必經(jīng)之路，汛期經(jīng)常受洪水的侵襲，因此，歷史上經(jīng)常發(fā)生洪澇災(zāi)害。據(jù)建閘后有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料記載的就有4次較大的洪澇災(zāi)害。1971年8月8日海城下坎子大遼河堤防決口，大石橋市高坎和老邊區(qū)東北部受淹。1985年受九號(hào)臺(tái)風(fēng)襲擊，7月20日至8月18日，連續(xù)發(fā)生4次大暴雨，共降雨812.6mm，水田受災(zāi)面積0.6萬(wàn)hm2，減產(chǎn)2250萬(wàn)kg。1995年遭受了歷史罕見(jiàn)的大暴雨洪水襲擊，從7月14日至30日連續(xù)5次暴雨，由于外河潮位較高，致使大石橋市高坎和老邊區(qū)大部分農(nóng)田及城鄉(xiāng)排水困難，受淹面積0.47萬(wàn)hm2，糧食減產(chǎn)160萬(wàn)kg，造成了比較大的經(jīng)濟(jì)損失。1975年?duì)I口、海城發(fā)生7.8級(jí)強(qiáng)烈地震，底部基礎(chǔ)局部遭到破壞，破壞面積210m2，占總面積60%，海漫砌石翻砂破壞嚴(yán)重。

通過(guò)幾次洪澇災(zāi)害和強(qiáng)烈地震，加之多年運(yùn)行，該閘已產(chǎn)生了不同程度的損壞。經(jīng)水閘安全鑒定，該閘安全類別評(píng)定為四類閘，需要對(duì)其進(jìn)行拆除重建。

3 工程建設(shè)任務(wù)

虎莊河防潮節(jié)制閘在原址拆除重建，重建后的水閘將以防潮為主，兼顧排澇、灌溉與防洪等任務(wù)。

3.1 防洪

水閘建成后能夠防止潮水倒灌對(duì)洪水的擁堵，并通過(guò)泄洪區(qū)的治理和河道整治，消減了汛期山區(qū)洪峰，從而達(dá)到及時(shí)宣泄山區(qū)洪水，減輕了虎莊河兩岸防洪負(fù)擔(dān)和災(zāi)害；另外由于建閘后能夠有效地防止海水的倒灌，增加了內(nèi)水排除的機(jī)會(huì)，使原來(lái)鹽漬地逐漸脫鹽，防止了次生鹽漬化。

3.2 排澇

由于防止潮水的倒灌，增加內(nèi)水外排機(jī)會(huì)，保證節(jié)制閘控制范圍的雨水及時(shí)排出，減免內(nèi)澇災(zāi)害。

3.3 灌溉

水閘建成后，可以抬高內(nèi)河灌溉水位，供花英臺(tái)站提水。

4 金屬結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)

4.1 金屬結(jié)構(gòu)

原閘門(mén)為木制閘門(mén)，因運(yùn)行多年，閘門(mén)腐朽老化，多處漏水。原閘門(mén)啟閉機(jī)能夠滿足要求，但根據(jù)本次拆除重建后的要求，需要更換閘門(mén)及啟閉機(jī)。更換9扇平面鑄鐵雙向止水閘門(mén)、9臺(tái)手電兩用雙吊點(diǎn)螺桿式啟閉機(jī)、9扇節(jié)能型自力式閘門(mén)。

4.2 電路系統(tǒng)

虎莊河閘供電按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)。采用一回路專用直配電線路供電。電器設(shè)備與布置為變電所設(shè)高壓配電室、變壓器室、低壓配電室、柴油發(fā)電機(jī)和值班室，高壓配電室安裝三面高壓開(kāi)關(guān)柜，分別為進(jìn)線柜、高壓互感器柜、出線柜。

低壓配電設(shè)備布置在變電所內(nèi)，安裝6塊GCK型低壓配電柜，分別用于受電和饋電。配電電壓為380/220V，低壓配電線路均采用VV-1聚氯乙烯絕緣電力電纜，沿電纜溝或穿管暗埋敷設(shè)。

5 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括以下方面：①水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；②泵組LCU功能；③視頻監(jiān)視系統(tǒng)。

5.1 水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及各種傳感器測(cè)量技術(shù)，建立水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以各現(xiàn)地底層測(cè)量控制單元為核心，中級(jí)各座水閘控制管理中心為主導(dǎo)，把區(qū)域內(nèi)水閘信息管理連成一個(gè)整體，進(jìn)行統(tǒng)一的安全運(yùn)行監(jiān)視、自動(dòng)調(diào)控及運(yùn)行調(diào)度的系統(tǒng)。

水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要由下列部分組成：監(jiān)控工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、現(xiàn)地控制單元、液晶觸摸屏、傳感器等。

5.2 泵組LCU功能

水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為二級(jí)，即水閘級(jí)與現(xiàn)地級(jí)?？刂茩?quán)分“控制室、現(xiàn)、地”三級(jí)，可以進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換。系統(tǒng)的控制權(quán)限越接近設(shè)備，控制權(quán)限越高?？刂茩?quán)順序?yàn)椋含F(xiàn)地、控制室。控制系統(tǒng)中設(shè)置帶密碼的授權(quán)、核對(duì)程序。

水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用100M以太網(wǎng)，單星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，交換機(jī)采用工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)，并具備網(wǎng)管功能?，F(xiàn)地級(jí)由現(xiàn)地控制單元(LCU)、傳感器和相關(guān)設(shè)備組成，微機(jī)保護(hù)、直流系統(tǒng)、智能儀表等設(shè)備通過(guò)RS-485或CAN現(xiàn)場(chǎng)控制總線通過(guò)智能通訊管理機(jī)實(shí)現(xiàn)與LCU的數(shù)據(jù)交換，LCU與水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)鏈接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制和管理水閘級(jí)設(shè)于水閘控制室或者管理房?jī)?nèi)，通過(guò)水閘局域網(wǎng)將水閘實(shí)時(shí)運(yùn)行信息與數(shù)據(jù)(如運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)、水位曲線、流量等)上傳至現(xiàn)地管理中心。通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)地級(jí)建立通信，通過(guò)工作站的監(jiān)測(cè)監(jiān)控界面，顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)，同時(shí)下發(fā)控制命令，監(jiān)督現(xiàn)地監(jiān)控單元對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控命令的執(zhí)行。主控級(jí)控制中心不設(shè)UPS電源，電源采用直流系統(tǒng)經(jīng)逆變后供電。

現(xiàn)地控制級(jí)是系統(tǒng)最后一級(jí)也是最優(yōu)先的一級(jí)控制，它向下接收各類傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入輸出信息，采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)；向上接收上級(jí)控制主機(jī)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控命令，并上傳現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息，實(shí)施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制。

5.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各水閘多個(gè)重要的場(chǎng)地、工程、設(shè)備視頻監(jiān)視，并與監(jiān)控系統(tǒng)密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程設(shè)備監(jiān)視、大范圍現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)視和重要場(chǎng)所安全監(jiān)視，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為水閘現(xiàn)場(chǎng)控制室、信息中心提供視頻信息。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過(guò)水閘計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)VPN技術(shù)分割數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。視頻通信服務(wù)器設(shè)在水閘控制室內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)視點(diǎn)連接到視頻解碼器，通過(guò)交換機(jī)連接到視頻服務(wù)器。在水閘控制室及調(diào)度中心內(nèi)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)視點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制。

圖像監(jiān)視系統(tǒng)采用全數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備，包括攝像機(jī)前端設(shè)備(攝像機(jī)、拾音器、視頻服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、云臺(tái)、解碼器、安裝支架)，傳輸設(shè)備(通訊網(wǎng)絡(luò))和監(jiān)控中心設(shè)備(視頻服務(wù)器兼硬盤(pán)錄像功能、視頻分配、矩陣切換、控制鍵盤(pán))等。

現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)通過(guò)攝像機(jī)鏡頭利用小孔成像原理，將現(xiàn)場(chǎng)景像成像在攝像機(jī)CCD感光靶面上，通過(guò)一系列的光電轉(zhuǎn)換，形成標(biāo)準(zhǔn)的視頻電信號(hào)，從攝像機(jī)的VIDEO端口輸出。攝像機(jī)圖像信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器，視頻服務(wù)器把處理過(guò)的圖像送往監(jiān)視器顯示。

云臺(tái)、鏡頭控制信號(hào)通過(guò)視頻服務(wù)器發(fā)出，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，然后由云臺(tái)解碼器譯碼后，再控制云臺(tái)、鏡頭。圖像系統(tǒng)通過(guò)上述的控制和顯示過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控室控制中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)的控制和圖像監(jiān)視。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)供電采用現(xiàn)場(chǎng)就近供電方式，設(shè)備安裝支架上安裝避雷針，對(duì)直擊雷進(jìn)行吸收；設(shè)備供電電源采用避雷設(shè)備，防止電纜上的浪涌雷擊。

6 結(jié) 語(yǔ)

改建后水閘通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)各水閘設(shè)備的現(xiàn)地和遠(yuǎn)程操作，運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)遙控及輸配水自動(dòng)化。系統(tǒng)建成后可對(duì)水閘進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，有效地提高系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和自動(dòng)化水平，完成對(duì)設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，消除設(shè)備運(yùn)行隱患，確保設(shè)備的完好率和可用率，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]聶艷華，黃國(guó)兵，崔旭.南水北調(diào)中線應(yīng)急調(diào)度節(jié)制閘預(yù)警水位研究[J].人民長(zhǎng)江，2015(04)：67-69，81.

[2]尚毅梓，吳保生，崔興華，等.長(zhǎng)距離輸水渠道節(jié)制閘調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制特性研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009(01)：95-101.

1007-7596(2017)10-0078-02

TV66

B

2017-09-24

楊秋菊(1984-)，女，遼寧營(yíng)口人，工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)工作。