白水峪水電站大壩監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造

劉雙宏，張化國，徐清明

(湖北省谷城銀隆電業(yè)有限公司，湖北 谷城 441700)

白水峪水電站位于鄂西北漢江南岸主要支流南河的中游，地處湖北省谷城縣南河鎮(zhèn)東坪村，距谷城縣城55.2 km。大壩為混凝土重力壩，最大壩高63.5 m，壩頂軸線長218.0 m，壩頂高程204.50 m，壩頂寬25.5 m。工程于1994年7月6日開始動工興建，1997年3月初下閘蓄水，1999年8月3臺15 MW和1臺5 MW機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，工程于1999年底全部完工。

1 白水峪水電站大壩監(jiān)測系統(tǒng)改造前概述

白水峪水電站大壩監(jiān)測設(shè)施于1997年投入運(yùn)行，現(xiàn)有大壩變形監(jiān)測、滲流滲壓監(jiān)測、大壩應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、邊坡監(jiān)測、環(huán)境量監(jiān)測等監(jiān)測項目，共153個監(jiān)測點。其中大壩揚(yáng)壓力、壩基滲流、繞壩滲流、水庫上下游水位、大壩裂縫監(jiān)測項目在2007年前后實現(xiàn)了自動化監(jiān)測,共22個自動化監(jiān)測點，大壩其他監(jiān)測項目均為人工監(jiān)測。

2 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造方案

2.1 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 硬件

白水峪水電站大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)、通訊設(shè)備、監(jiān)測工作站構(gòu)成。

其中數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)由5個采集站組成，實現(xiàn)對各種傳感器實時數(shù)據(jù)采集、復(fù)驗、存儲和數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)采集裝置具有電源管理、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能[1]。

監(jiān)測工作站由工控機(jī)、服務(wù)器、外部設(shè)備以及電源逆變切換裝置構(gòu)成，可獨立完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集和測點管理功能，并具備同本系統(tǒng)以外的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行連接的接口(主要為大壩中心調(diào)取本系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)格式和接口)。系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

監(jiān)測工作站由一臺工控機(jī)(安裝相應(yīng)大壩安全監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件包)、一臺服務(wù)器(安裝數(shù)據(jù)庫管理和網(wǎng)絡(luò)通訊等軟件等)等構(gòu)成，可進(jìn)行獨立運(yùn)行或授權(quán)控制其他獨立的基本采集系統(tǒng)。

圖1 自動化改造組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括：采集軟件、通用數(shù)據(jù)庫軟件(SQL Server2008)、安全監(jiān)測自動化信息管理軟件。

1)采集軟件使用北京基康公司開發(fā)的BGKLoggerV4.3采集軟件，其主要功能是對監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的BGK-MICRO-MCU測控單元進(jìn)行在線菜單編程，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)實時顯示，警報警示與確認(rèn)、數(shù)據(jù)和圖形顯示、數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程控制與文件傳輸以及自動數(shù)據(jù)處理等。可以直接與安全監(jiān)測自動化信息管理軟件連接，并可連接通用商用數(shù)據(jù)及其他的圖形軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯、報表及其他圖形在線處理。采集軟件功能框圖如圖2所示。

2)安全監(jiān)測自動化信息管理軟件。ZSK2000安全監(jiān)測自動化信息管理軟件,由中國水利水電科學(xué)研究院采用c/s模式開發(fā)，基于windows環(huán)境下運(yùn)行,采用SQL Sever通用數(shù)據(jù)庫。監(jiān)測自動化信息管理軟件具有在線監(jiān)測、離線分析、圖表制作、測值預(yù)報、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫及其管理、系統(tǒng)管理及安全保密等功能?？蓪崿F(xiàn)《混凝土壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程》要求的各類監(jiān)測資料圖表的繪制與計算輸出，為大壩監(jiān)測資料整編的正規(guī)化和整編過程標(biāo)準(zhǔn)化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

圖2 采集軟件功能框圖

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理功能

1)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置選用的測量模塊能夠同時接入振弦式、差阻式、電位器及CCD等類型的傳感器，可滿足本工程所有類型儀器的在線實時測量要求。

2)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置能夠按照設(shè)定的時間和方式進(jìn)行自動數(shù)據(jù)采集，也可按照監(jiān)測工作站主機(jī)指令進(jìn)行選點、巡回及定時檢測。

3)數(shù)據(jù)采集裝置采集的電壓、電流、電阻、頻率等數(shù)據(jù)存入臨時測值庫，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集軟件可自動或按照指令從臨時測值庫讀取數(shù)據(jù)并存入測值數(shù)據(jù)庫。

4)安全監(jiān)測自動化信息管理系統(tǒng)從測值數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和分類管理，并存入SQL Server2008數(shù)據(jù)庫[2]。

5)安全監(jiān)測自動化信息管理系統(tǒng)能對監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動檢驗，判斷監(jiān)測量是否正確，測值是否超限，并自動報警。

2.2.2 數(shù)據(jù)整編、分析功能[3]

1)可采用Excel表或文本格式的文件將歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、人工監(jiān)測數(shù)據(jù)或系統(tǒng)故障時人工補(bǔ)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入安全監(jiān)測自動化信息管理系統(tǒng)，也可人工錄入。

2)大壩安全管理人員可通過人機(jī)交互方式對監(jiān)測數(shù)據(jù)、大壩安全信息文檔等進(jìn)行快速查詢、檢索、編輯及導(dǎo)出。

3)系統(tǒng)可對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗和計算，對結(jié)果進(jìn)行初步分析,對異常值進(jìn)行判識及預(yù)警。

4)能用過程線、分布圖、相關(guān)圖等對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化處理，圖形要素可編輯，圖形可打印或輸出。

5)具有對監(jiān)測物理量特征值統(tǒng)計功能，具備對監(jiān)測資料進(jìn)行定量分析所需的主要計算、檢驗、評價功能。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊

系統(tǒng)的通訊采用以太網(wǎng)和光纖組成星形網(wǎng)絡(luò)方式將數(shù)據(jù)采集站的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測工作站，通訊接線如圖1所示。

2.4 系統(tǒng)供電

系統(tǒng)采用交流220 V和直流220 V雙路電源供電，交流220 V為主用電源，直流220 V為備用電源，主、備用電源通過正弦波逆變電源裝置實現(xiàn)快速切換，保證監(jiān)測系統(tǒng)供電可靠。

2.5 系統(tǒng)防雷接地

1)系統(tǒng)中每臺測控裝置內(nèi)部及電源進(jìn)線配置過壓保護(hù)器。

2)現(xiàn)地各測控單元、機(jī)箱均作接地處理，就近接入電站的接地網(wǎng)，接地電阻小于4 Ω。

3)鍍鋅線纜保護(hù)鋼管均進(jìn)行可靠接地。

2.6 系統(tǒng)管理[4-5]

1)系統(tǒng)安全管理。系統(tǒng)實行兩級授權(quán)管理，即管理員、操作員兩種權(quán)限。各級操作人員使用不同的安全管理口令登錄系統(tǒng)。

2)系統(tǒng)文件管理。系統(tǒng)文件管理功能可在系統(tǒng)安裝調(diào)試或者系統(tǒng)維護(hù)完成后進(jìn)行備份，也可定期對系統(tǒng)文件進(jìn)行備份，備份信息用于后期系統(tǒng)維護(hù)時恢復(fù)系統(tǒng)。

3)數(shù)據(jù)庫管理。數(shù)據(jù)庫管理功能可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行備份、還原以及遠(yuǎn)程復(fù)制。可以將任意時間段的數(shù)據(jù)手動備份出來，也可定時自動備份，備份用于后期恢復(fù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)軟盤傳遞等。

2.7 系統(tǒng)電纜防護(hù)

系統(tǒng)所有電纜在有電纜橋架和電纜溝的部位集中通過電纜橋架和電纜溝敷設(shè)，其余部位全部穿保護(hù)管對電纜進(jìn)行保護(hù)，廊道內(nèi)保護(hù)管材質(zhì)為PVC管，壩面通訊電纜采用鍍鋅鋼管保護(hù)，壩面電源和光纖采用PVC管防護(hù)。

2.8 系統(tǒng)人工比測

白水峪水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)涉及多種類型傳感器，可依據(jù)傳感器類型的不同使用振弦式讀數(shù)儀、數(shù)字電橋測量儀、萬用表進(jìn)行人工比測，具體方法如下：

差阻式傳感器采用數(shù)字電橋測量電阻比和電阻值；振弦式傳感器采用專用(基康BGK-408)振弦式讀數(shù)儀測量頻率值和溫度值；差動變壓器式采用萬用表測量電壓值；CCD式傳感器采用萬用表測量電流值。

人工測量的數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)差值超過限差時，對傳感器及數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行檢查。

3 結(jié) 語

白水峪水電站大壩監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造于2018年11月完成，實現(xiàn)了124個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)在線采集入庫、離線分析、數(shù)據(jù)預(yù)警等功能。經(jīng)過為期一年的試運(yùn)行，大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。人工比測偏差、有效數(shù)據(jù)缺失率和平均無故障工作時間等技術(shù)指標(biāo)符合《大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范》(DL/T5211-2005)要求。