水电站大坝自动化监测的发展与展望

水电站大坝自动化监测的发展与展望
成晓婧  

摘要：结合水电站大坝实际应用情况，客观评价了水电站大坝自动化监测的发展状况，并提出了有关自动化监测的发展方向，在21世纪展望了水电自动化发展的美好前景与期望。
关键词：大坝自动化 检测 发展和展望
Abstract：dam practical application, an objective evaluation of the dam to monitor the development of automation and automated monitoring of the proposed development in the 21st century vision of the good prospects for the development of hydropower automation and expectations.
Keywords：automated；detection of dam；development and outlook
1大坝监测自动化发展状况
1.1自动化监测项目
1.1.1变形
大坝变形是水电站大坝关键监测项目，有水平位移和垂直位移两子项，大部分大坝设有坝顶水平、垂直位移观测。混凝土坝一般在每个坝段设置测点。近几年，对典型坝段水平位移较为注重，一般沿坝高布置三个以上测点。
1.1.2渗流
大坝渗流也是水电站大坝关键监测项目，有渗透压力和渗流量两子项。混凝土坝均在基础廊道设置扬压力观测孔，每坝段一个测点；渗流量测点依照排水沟集水状况确定，一般能测出分区和总渗流量。
1.1.3应力应变等内观监测
大坝应力应变等内观监测是水电站大坝通常性监测项目，只有一些关键测点才进入自动化监测，不少中低坝内观监测都已封存或停测。
1.2自动化监测设备
1.2.1常用传感器
水平位移
目前，在混凝土坝运用较广的水平位移自动化监测设施是垂线、引张线。常用垂线、引张线坐标仪有电容式和步进电机式两种，前者测读速度快，但对环境需求高，且线体太长时中间极易偏离；后者测读速度慢，但对环境需要不高，长期稳固性较好。
垂直位移
混凝土坝垂直位移大部分采取静力水准系统实行自动化监测，观测水平位移真空激光准直体系也能同时监测垂直位移。运用较多静力水准仪有差动变压器式、电容式和CCD式，其它类型如弦式、步进电机式等只在个别工程中运用。
扬压力和地下水位
当前，运用最多是国外生产弦式渗压计。小量程时可采取通气式弦式渗压计，但在潮湿氛围中，难以确保通气管干燥，所以，有些工程采取增设气压计等办法对测值实行修正。压阻式渗压计在一些水电站也有所运用，它采用变送器后输出标准电流或电压信号，精度也较高，但其长期稳固性有待提升。
渗流量
当前运用较多是微压传感器，但因水压过小，受大气干扰过大，难以达成精度需要。用浮子式或超声波等小量程高精水位计观测堰上水头可获得较好成效，但超声波水位计费用较高。容积法适用在流量小于1L/S状况，也可采取类似雨量计仪器或电磁式流量计实行监测，但易受析出物影响，运用效果不佳。
应力、应变
近几年，在一些大型水电工程中，采取进口或组装弦式仪器逐步增加，它的精度和稳固性较高，输出信号不易受干扰，以便长距离传输。此外，随光纤传感器国产化和价格下降，也有一些工程采取分布式光纤监测温度和裂缝，采取光纤光栅传感器监测坝体结构应力、应变等。
智能传感器
智能传感器是近几年在工业测控领域中运用较多的带有微处理器的新型传感器，当前，在一些水电工程中也运用，如天荒坪山体水位采取自带数据转换和数字无线传输功能渗压计，其特征是测点布置方便合理，可节约大量电缆敷设工作量，实际运用效果良好。
1.2.2量测控制设备
量测控制设备(MCU)是监测自动化系统核心设备。在实际运用时，只需依照传感器类型选用对应模块就能采用组合。MCU内都设有数据存储芯片，以便在外部通信中断时保存所采集数据。MCU内均设置蓄电池和电源管理装置，当外部供电中断时会自动切换给系统供电，平时自行从外部电源充电。MCU内也均设有防雷击装置，预防雷电通过传感器连接线和数据通讯电缆引进MCU。个别厂家生产MCU还设有人工比测接口，观测人员可直接用水工比例电桥等读数仪表实行人工测读，以便实行对比观测。MCU和外界数据通信协议从基本上均是RS-485，标准节点数是32个，通信速率和距离成反比，1000m以内为9600bps。MCU和外界数据通信方式最常见是双绞线，传输距离较远时采取光纤，个别受地理条件限制不便敷设电缆采用无线通信，近年也有采取短信通讯。当前，随光纤通信成本下降，已有很多工程采取光纤。
1.3软件
大坝监测自动化系统软件一般涵盖采集软件和监测信息管理软件两部分。当前，大多数监测软件均在中文操作系统上运用，但有些国外系统运用软件定要在英文操作系统上才能正常运用。为方便操作，采集软件界面通常都比较直观，测点位置、大坝剖面图等在窗口上一目了然，观测人员能方便点击测点实行采集等操作。此外，系统基本特点参数、测点属性、计算公式等均储存在此数据库中，有些系统甚至把和MCU通信指令也储存在此数据库上。近几年，国家电力监管委员会大坝监察中心在全面调研水电站大坝监测自动化改造实施和运行状况及充分掌握行业需求根本上，有针对性开发出全新大坝监测信息和水工监测管理软件，并在十多座大型水电工程中使用且反映良好，随大坝运行信息管理工作推动，将会在更多工程中使用。
2展望
当前，我国水电站建设形势大好。随电力结构调整，西部开发力度将加强，西电东送战略逐渐实行，其南线工程中的洪家渡、引子渡及乌江渡扩机等已相继开工；十五规划主要项目有云南小湾(420万kW)、青海公伯峡(330万kW)、新疆吉林台一级(46万kW)等电站；2001年开工有龙滩、公伯峡、浙江桐柏抽水蓄能电站和贵州三板溪电站等，预计达到1000万KW。此外，溪洛渡、向家坝、糯札渡、积石峡、瀑布沟、独松、构皮滩、恶滩、锦屏、虎跳峡、白宏鸟滩等水电站前期工作亦将开始。到2005年，我国水电总装机容量将达到1000TW。到2011年，我国水电开始建设一百周年，据统计百年来我国共建设大型水电站100座。前50年我国只建成了2座大型水电站，到改革开放后的2007年大型水电投产达到7座，2008-2009年每年更是高达到12座，到今年进行大型投产有一座。经过几十多年努力，我国水电厂自动化技术已接近世界先进水准，在国际招标中已有一定竞争力。但同时应清醒认识到差距存在，这体现在设计思想、软件组织、工艺水准等各个层面。所以，我们要善于找出、消除差距，掌握有关技术发展趋势，并及时运用在实践中，让我国水电厂自动化技术真正处在世界领先行列。
3结语
电力系统对水电站大坝工作非常关键，已有近60%水电站大坝部分或全部实现监测自动化，在水电厂生产中发挥主要功能。尽管大坝监测自动化取得很大成绩，但仍存有不少问题，系统可靠性、稳定性、有效性、针对性等有待进一步加强，监测人员业务水准有待进一步提升。随全社会科技加快进步，预计将有大量自动化监测新技术和新产品推广运用，水电站大坝监测自动化必将在实用化根本上向智能化发展，电力系统水电站大坝运行信息管理水准也会上一个新台阶。
参考文献：
[1]于春泽.李家峡水电站计算机监控系统改造[D].西安理工大学，2007年
[2]陈向荣，李海文，张晶晶.长湖水电厂监控系统更新改造特点[J].水电自动化与大坝监测，2007年04期