斯登沃代水电站大坝监测系统升级研究

斯登沃代水电站大坝监测系统升级研究

王亚彬

（云南东南亚经济技术投资实业有限公司，云南，昆明6500000）

摘要：斯登沃代水电站大坝是电站的重点水工建筑物，其大坝监测系统运行情况直接关系到大坝的工作状态和安全运行。在分析现有安全监测系统的基础上，提出了一系列改进优化措施，包括人工监测系统升级改造为安全自动化监测系统等，同时介绍了在升级改造过程中遇到的问题及解决方案，可为类似工程安全监测系统的升级提供借鉴。

关键词 : 升级改造; 安全监测自动化系统;斯登沃代水电站大坝; 监测系统。

1 工程概况：

斯登沃代一级水电站以发电为主，水库正常蓄水位 515.00m，死水位 510.00m，设计洪水位 515.19m，校核洪水位 517.34m，水库总库容 1.76 亿 m³，一级坝坝顶全长 340.0m，坝顶高程519.50m，混凝土坝大坝高57.50m，土工膜心墙堆石坝大坝高 37.50m。 左、右岸土工膜心墙堆石坝分别长60.5m和80.0m，坝顶宽7.5m， 大坝高37.5m。

斯登沃代二级水电站大坝位于一级水电站下游6.0km，为引水式电站，水库正常蓄水位 475.00m，水库总库容 1758 万 m3，为日调节型水库。顶全长364.00m，坝顶高程 479.50m，大坝高48.50m。

2 大坝监测系统基本情况

根据相关规程规范要求，为了掌握和了解“斯登沃代水电站”大坝的工作性质，在一二级大坝内部及大坝外部布置了一系列监测设备。大坝监测系统设计遵循安全监测为主，重要区域多手段监测、自动化监测及人工监测相结合的原则。

2.1 主要监测项目设置

斯登沃代水电站一、二级站大坝监测项目有：大坝水平位移、垂直位移监测；大坝坝后渗流监测、坝基扬压力、渗漏量监测；厂房混凝土应力应变及厂房后边坡变形监测等。其中，大坝水平位移采用引张线及视准线人工观测；垂直位移采用精密水准及静力水准人工观测；大坝渗流监测分混凝土坝段坝基渗流、堆石坝坝后渗流监测，在混凝土坝与堆石坝接缝处设置渗压计，在坝基设置量水堰；厂房内部监测设置测缝计、钢筋计、混凝土应力应变计；其中一级坝左岸堆石坝下游设两个人工测量量水堰，二级站厂房后边坡变形设置内部垂直位移及水平位移。

目前斯登沃代水电站二级坝所有内外观仪器以人工观测为主的监测模式，尚未接入自动化系统。一级坝所有内观已接入自动化监测系统，一二级大坝外观测量及二级站厂房后边坡位移测量均为人工测量。

2.2 监测系统基本情况

二级坝大坝安全监测系统由水利部南京水利水文自动化研究所实施，系统由 布置在灌浆廊道和观测廊道的6个MCU箱，以及供电电缆、供电电源和各个自动化 监测点的监测仪器组成。系统没有设中心管理站，也没有配备自动化监测的硬件 和软件，各MCU箱相互独立未建立通讯联系，由人工定期从MCU箱中测量采集监测数据。

斯登沃代水电站二级坝大坝监测系统的6个MCU箱中，有3种不同型号的数据采集模块，分别是振弦式仪器数据采集模块V16M、步进光电式仪器数据采集模块S4M、标准信号数据采集模块E16M三种型号。

3 大坝安全监测系统升级技改目标

对于电站大坝安全监测系统的自动化监测升级，要达成的目标是：除使用全站仪、水准仪、测斜仪、量水堰监测的项目外，其他所有人工监测项目均要实现自动化监测，所有自动化监测项目的数据均传输到电站运维营地中控室实现24小时自动化监测。

具体而言，就是在电站运维营地水情室设大坝安全监测中控室，将原有布置在一级坝中控室的一级坝自动化监测系统的服务器、监控主机等设备移到营地中控室，将二级坝、二级厂房原有人工监测系统升级为自动化监测系统，再通过光电转换器和光纤，将一级坝、二级坝、二级厂房的大坝安全监测系统全部接入营地中控室，在营地中控室实现大坝安全监测系统的自动化监测和数据存储处理。

同时还将两个人工测量量水堰升级改为自动化监测的量水堰，并将自动监测信号接入营地中控室，从而实现这两个量水堰渗流量自动化监测。

4 系统总体架构和功能

系统实现了安全监测信息采集、数据查询、信息管理、资料分析的一体化、自动化。系统组成架构如图1所示，在严格遵循行业各项标准规范体系的条件下，通过对信息安全体系、运维保障体系和人员组织体系的建设，组织并构建工程安全监测信息管理五层架构体系。

图1、系统组成构架图

4.1  监测数据实时采集

系统对接入的各类传感器监测数据，可按指定方式自动采集，包括中央控制方式及自动控制方式，即可通过监测管理中心的监测服务器或具有一定权限的监测工作站下发的命令进行选测、巡测等，还可通过预先设定的参数（如采集时间、采集频次等），由现场数据测量控制装置（MCU）自动定时测量，满足“无人值班”的要求。所采集的数据可暂存在测量控制装置中或根据监测中心的命令将所测数据传输到监测中心并进行相关处理、计算、检验、转入数据库等操作；另外在数据管理软件中有人工输入接口；各测值具有越限报警功能。

4.2系统自检与人工接口

系统自检：能对监测系统设备、各功能模块、电源、通信状态等进行自检，便于系统测试及系统维护；能在监测服务器上显示故障部位及类型，便于及时提供维修。

4.3 数据自动入库与整编

利用后台数据入库与整编功能实现监测采集数据定期自动入库、成果计算、数据预处理与整编等工作。包括自动和人工两种工作模式，其中自动模式可以指定任意时间周期，定时将采集数据进行处理存入综合数据库；人工模式是指在特殊情况下，通过人机交互方式，对指定的仪器设备数据实时入库与整编。

4.4 综合信息管理

监测信息管理系统包含的数据信息量大、种类繁多，系统提供特定功能模块实现工程的基本信息（工程名称、简介、典型断面信息等）、仪器信息（仪器类型、生产厂家、详细信息、计算公式、仪器参数等）、测点信息（监测项目、测点详细信息、测点空间信息等）、监测数据信息以及图表信息等综合信息的管理。能够对任意具体信息进行添加、编辑、删除和输出管理，提供信息批量化管理接口，支持对海量信息进行筛选、排序、检索、复制等操作。

4.5 历史信息检索与查询

支持安全监测历史数据的检索与查询，系统提供按仪器类型、监测项目，选定仪器进行数据查询。在历史数据的查询过程中，能够指定任意起止日期，选择数据源（原始库、整编库）和数据类型（正常值、异常值）对选定仪器、测点的历史数据进行信息查询。

4.6 图形可视化

系统提供图表可视化功能，包括过程线报表等。通过图与表相结合的方式直观展示监测信息历史变化趋势，微观监测物理量变化等，能够以多种方式、多种角度了解和掌握监测信息的当前状态和变化趋势，深刻理解数据所表征的监测内涵和现实意义。

4.7 自动报警功能

对现场各种异常情况、报警事件进行分析、归类，指出其发生的时间、报警内容，判断发生故障的原因、故障地点，能以相应的屏幕文字、字体颜色发出报警信号，并生成报警事件总汇表，根据设计工程师或运行人员确定的各测点的限值，发出不同级别的报警功能，以便及时对系统进行维护。

结语：本次技改将原有一级坝自动化监测系统硬件及软件系统迁至电站营地办公楼水情控制室，并将二级坝及二级站厂房内观监测系统通过光纤转化接入电站营地办公楼水情控制室大坝自动化监测系统中，实现了统一管理、维护方便。本次监测系统升级改造后，将原有二级坝及二级站厂房人工监测系统升级为自动化监测系统，并对原有部分监测点异常进行了维护处理，实现了二级坝内观及二级站厂房内观监测由原有一个月人工测量一次内观数据升级为一天自动监测一次，监测数据更加准确、连续、可靠，与人工监测相比，提高了监测精度和效率。

参考文献：

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