龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统的运行与维护

张燕霞

（黄河电力测试科技工程有限公司，青海西宁810016）

0 引言

龙羊峡水电站位于青海省共和县与贵德县之间的黄河干流上，是黄河上游段梯级开发的龙头电站。电站总装机容量为128万kW，正常蓄水位为2600 m，相应库容为247亿m3，为多年调节水库。电站以发电为主，兼顾防洪、灌溉、防凌等综合利用，也是西北电网中的主要调频、调峰电站。电站枢纽由混凝土重力拱坝、左右岸重力墩、左右岸副坝、泄水建筑物、水电站引水系统、坝后厂房、厂坝间副厂房、进厂交通洞和下游泄洪消能防护区组成。由于龙羊峡电站重要的地理位置，它的安全监测工作显得尤为重要。随着1999年底龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统的启用，实现了从纯人工观测向自动化与人工相结合监测方式的转变。自动化监测系统运行至今，取得了大量宝贵的监测资料。

1 自动化监测系统

龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统筹建于1998年，1999～2005年先后完成了正、倒垂线、左、右副坝引张线、静力水准、坝基扬压力、断层等监测项目的自动化系统设备安装、调试，并陆续投入运行。所涉及的监测项目有：垂线、扬压力、静力水准、内观、左、右副坝引张线、多点变位计、坝后裂缝、断层，共包含691个自动化监测点。

1.1 监测系统布置

龙羊峡水电站大坝自动化监测系统采用分布式数据采集系统，由各类传感器、现场测量控制单元及监控计算机等组成。垂线、静力水准、多点变位计、坝后裂缝计、断层位移计、右副坝引张线监测项目均采用南瑞大坝公司生产的电容式仪器；左副坝引张线监测项目采用木联能公司的CCD式仪器；坝基扬压力监测项目采用美国GENKON 4500型渗压计。传输方式为传感器用配套电缆连接至现场测量控制单元，现场测量控制单元以RS-485网线连接至前方交换机，前方交换机通过光缆释发器由专用光缆传送至后方工控机，数据采集软件分别采用南瑞公司和木联能公司的采集软件，系统管理软件均采用南瑞公司DSIM3.0。系统网络结构见图1。

1.2 监测系统组成

1.2.1 垂线监测

1999年底对位于拱冠、1/4拱圈、拱座及坝肩岩体等部位的水平位移垂线观测项目实施自动化监测。在坝基、坝体、坝肩内共布置了15条倒垂线和7条正垂线，对布设的42个测点全部实现自动化监测，分别布置于坝内廊道2443 m、2463 m、2497 m、2530 m、2550 m、2560 m、右副2570 m、2585 m和右副2605 m高程。2007年4月针对龙羊峡主坝2、3、5号正垂线线体过长和垂线孔过大、线体不稳引起的测值不稳和趋势性较差状况，进行了线体分段改造和缩小垂线孔径改造，分段点分别选在2560 m和2497 m高程，分段后线体长度分别为40 m、63 m和34 m。改造后从人工与自动化对比趋势图中可看出，测值稳定、规律性较好，观测精度提高。

图1 自动化系统网络结构图Fig.1 Network structure of the automatic system

1.2.2 沉陷观测

为监测坝体沉陷，布置了大坝廊道静力水准自动化监测系统。分别在2443 m高程廊道内共布设了25个静力水准测点，1套钢铝双金属标；在2463 m高程廊道内布设了30个静力水准测点，2套钢铝双金属标；在2530 m高程廊道内布设了22个静力水准测点，2002年对77个静力水准测点和3套钢铝双金属标实现了自动化监测。

1.2.3 引张线监测

左副坝引张线布设在左副坝4～19号坝段坝顶的下游侧，共设有16个测点；右副坝引张线布设在右副坝2605 m高程廊道内，共设有14个测点。左、右副坝引张线均为浮托式单向引张线，自动化监测于2002年实现。

1.2.4 多点变位计监测

多点变位计共布设有5组，20个测点；2463 m高程廊道1组，2497 m高程廊道1组，2530 m高程廊道3组，于2002年实现自动化监测。

1.2.5 坝基扬压力监测

坝基共布设扬压力观测孔438个，分别布置在2443 m、2463 m、2497 m、2530 m高程廊道内，其中228个扬压力测压孔于2002年安装了美国Gen⁃Kon 4500型渗压计，实现了自动化监测。

1.2.6 内部仪器监测

大坝各层基础廊道共埋设各种内部观测仪器808支，其中有一部分仪器是D类仪器，属测值不稳定类。共有292支内部观测仪器接入自动化监测系统，主要集中在2463 m、2497 m、2530 m高程的5号、9号、13号坝段，于2002年实现自动化监测。

1.2.7 坝后裂缝监测

在坝后下游墙2560 m、2530 m高程共布设5个裂缝监测点，于2004年实现自动化监测。

1.2.8 断层仪监测

在地质断层F73部位、F72部位、F74部位共布设6个断层监测点，于2005年全部实现自动化监测。

2 运行现状

龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统自1999年底相继投运以来，取得了大量宝贵的监测数据，对了解龙羊峡大坝的工作性态、保证大坝的安全运行起到了很好的作用。至今，龙羊峡大坝安全监测系统中最早投入运行的自动化设备已有11年，最晚投运的也有6年之久。在近期自动化设备运行情况调查分析中发现：观测设施已部分陈旧、老化；早期的设备元件存在结构上的缺陷；系统运行逐渐出现不稳定的现象；在环境和其它因素影响下，某些传感器自动化观测的准确度下降等。目前自动化监测系统存在的主要问题如下。

2.1 网络及系统问题

系统没有接地，运行稳定性差；部分总线与电站高压电缆平行布置，没有采取屏蔽措施，干扰性较大，影响系统的稳定运行；系统硬件设施陈旧、老化、配置较低，如前方工控机为P-486机型，没有光驱及USB接口，已无法满足工作要求，后方服务器运行时间较长，现运行缓慢，历年数据不断增多导致硬盘剩余存储空间不足。系统管理软件（DSIMS 3.0版本）陈旧，部分功能不能满足目前监测需求。

2.2 环境问题

垂线监测系统因环境湿度大，部分仪器测值出现突跳，尤其以每年7～9月最为明显；现场电缆绝缘降低。建议7～9月对湿度大、易出现结露状况部位的仪器加大巡检力度和采取有效的防潮措施，力求减小对仪器的影响。

部分静力水准测值有突跳现象，尤以每年7～9月为明显。廊道通风形成的气流影响测值的准确性，如2463 m高程11甲廊道门在仪器测量期间若没及时关闭，同一条测线上的静力水准测点测值就会明显反映出受廊道通风形成的气流影响，这一点在现场通风试验中已得到证实。

个别扬压力孔在环境和其它因素的影响下，仪器老化、测值准确度下降、电缆绝缘降低。

鉴于龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统存在的上述问题已影响到系统作用的发挥，根据运行情况、监测对象物理量指标人工与自动化资料比对分析、工程实际需要，已初步确定于2010年11月～2011年6月对已实现自动化监测的垂线、扬压力、静力水准、内观、多点变位计及网络系统等6个项目进行改造。根据多年来自动化仪器设备在龙羊峡水电站现场的运行状况和维护管理经验，在面临的改造中，选择监测仪器方面应本着“技术成熟、性能可靠、操作简便”的原则，选择具有先进性、经济性和长期稳定性，能反映现代大坝安全监测技术和水平的监测仪器设备，这一点对坝内廊道环境较为复杂的龙羊峡水电站是非常重要的。

3 自动化监测系统的管理维护

龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统于2007年纳入黄河水电公司大坝安全信息管理分系统，实现多坝统一管理模式，并向电监会大坝中心实现网络直报信息。龙羊峡水电站现场监测站负责大坝安全信息采集、录入、存储管理，并向黄河水电公司大坝安全信息管理中心上传监测资料，再由信息管理中心将相关重要监测数据上传到电监会大坝中心。为保证龙羊峡水电站大坝自动化监测系统的正常运行和监测资料及时上传相关部门，加强自动化监测系统的维护工作非常重要。

3.1 网络及系统供电稳定性维护

目前，系统供电电源为前方坝顶机房办公用电，与前方坝顶计算机、交换机等共用，负荷较大。为避免出现故障造成系统全部停电、数据丢失，将重新布设现场供电系统，数据采集单元单独提供一条稳定的220 V电源，确保电路上无其它设备影响，系统接地接入电站统一接地网；更换485传输总线以提高自动化监测数据的传输安全性，为自动化监测系统正常运行提供可靠保障。

3.2 系统采集软、硬件维护

对现有的DSIM3.0系统管理软件进行升级，并将南瑞采集系统和木联能采集系统进行整合，提高工作效率；对老化、设备陈旧的前方工控机、现场便携式采集机及后方服务器进行更换，提升自动化监测系统的采集效率，提高自动化监测数据的安全性。

3.3 仪器设备巡查和维护

系统管理维护人员每月对自动化监测项目的仪器设备进行1～2次现场巡视和检查。检查仪器设备周边环境是否存在异常、检查仪器设备是否完好无损，及时做好清洁、防潮工作（如在夏季，要保持仪器干燥不结露），以保证现场自动化仪器设备的正常运转，从而取得相关的自动化监测数据，全面掌握监测系统的运行情况。同时，每年进行一次专业维护，使自动化监测系统发挥最大的作用。

3.4 及时分析数据

大坝自动化监测系统具有测量及时、便于分析、可靠性高、可备份等特点。对自动化监测数据要进行及时查看和简要初步分析。目前，龙羊峡水电站大坝实现人工、自动化对比观测的项目有：垂线观测、扬压力观测、引张线观测、内观观测。系统管理维护人员每月应对以上4项观测项目进行1～2次人工、自动化观测数据的对比分析，及时排除异常。在不能确定异常数据是由何种原因引发的情况下，要及时向信息管理中心、公司安生部等相关部门上报，同时就现场故障状况与厂家专业技术人员取得沟通，以便在最短的时间内获取最专业、最正确的解决方案来指导现场工作、排除故障，以保证自动化监测数据的稳定性和可靠性。

3.5 建立台账

建立健全自动化设备技术台账，对现有的自动化仪器设备进行原始信息、基础资料、重要附件的登记和填写，并建立自动化仪器设备管理责任制和使用维护规程，制定设备维修计划及备品备件计划；同时建立维护台账，对定期进行的巡视检查、维护保养、设备缺陷或故障发生及故障的排除方法等做好相关的详细记录，必要时应附有略图、素描、照片或录像带，以便及时掌握自动化仪器设备的运行工况。

3.6 做好人员培训

在班组内部认真组织和做好监测系统运行人员的培训工作，做到培训工作有制度、有计划、有目标、有措施、有效果。积极采取有效的、多渠道、多形式的技术培训，如自动化设备现场模拟安装、现场设备故障排除、后方软件操作、监测资料的对比分析等等。通过现场模拟设备安装演练、技术比武等方法，不断提高班组自动化管理维护人员的技术业务素质，把自动化监测系统工作向科学化、规范化、标准化管理目标推进。

4 结语

龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统经过较长时间运行，取得了大量宝贵的资料。在其运行过程中，对监测系统进行管理维护是必不可少的环节，这需要对大坝安全自动化监测工作有正确的认识和相应的维护手段，只有在更加完善的管理体系下且自动化监测系统管理维护人员的自身专业水平不断提高，才能及时、有效、准确地获取第一手的监测资料，使系统更好地为龙羊峡大坝安全服务。■

[1]SDJ 336-89,混凝土大坝安全监测技术规范[S].水利电力出版社,1989.

[2]DL/T5211-2005,大坝安全监测自动化技术规范[S].中国电力出版社,2005.

[3]龙羊峡大坝自动化观测系统运行情况[R].黄河电力测试科技工程有限公司,2009.