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深溪沟水电站工程安全监测自动化系统改造

文档作者：黄会宝１文豪１彭勃２文档来源：１．国电大渡河流域水电开发有限公司库坝管理中心２．中水东北勘测设计研究有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年12月17日
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２０１４ 年第１２ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ １２
水电与新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
总第１２６ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１２６
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．１２．０１６
收稿日期：２０１４ －０７ －３０ 作者简介：黄会宝，男，工程师，主要从事水电站水库大坝运行管理工作。
深溪沟水电站工程安全监测自动化系统改造
黄会宝１，文　豪１，彭　勃２
（１．国电大渡河流域水电开发有限公司库坝管理中心，四川乐山　６１４９００；
２．中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春１３００６１）
摘要：介绍深溪沟大坝原工程安全监测自动化系统在运行过程中存在的主要问题，并进行了分析，提出了改造方案。对
系统中采集系统网络结构进行了优化，增设了防雷电设备及人工接口装置，更换了新型的ＭＣＵ 测控装置，有效地解决了
原系统运行速度慢、无人工比测模块等问题。
关键词：安全监测；双环自愈；自动化；远程集控；改造
中图分类号：ＴＰ２７：ＴＰ２７４　　　文献标志码：Ｂ　　　文章编号：１６７１ －３３５４（２０１４）１２ －００５０ －０４
Renovation of Automatic Safety Monitoring System in
Shenxigou Hydropower Station
ＨＵＡＮＧ Ｈｕｉｂａｏ１ ， ＷＥＮ Ｈａｏ１ ， ＰＥＮＧ Ｂｏ２
（１．Ｄａｍ ａｎｄ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｇｕｏｄｉａｎ Ｄａｄｕ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ ．， Ｌｔｄ．， Ｌｅｓｈａｎ ６１４９００， Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ ．， Ｌｔｄ．， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００６１， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｓｈｅｎｘｉｇｏｕ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ
Ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ａ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ ．Ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｈｕｍａｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｒｅ ａｄｄｅｄ ．Ｔｈｅ ＭＣＵ ｔｒａｃｋｉｎｇ
ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｂｙ ｎｅｗ ｍｏｄｅｌ ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ， ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｌｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ
ｌａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｍａｎｕａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｏｄｕｌｅ ａｒｅ ｓｏｌｖｅｄ ． Key words： ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ； ｄｏｕｂｌｅ-ｌｏｏｐ ｓｅｌｆ-ｈｅａｌｉｎｇ； ａｕｔｏｍａｔｉｃ； ｒｅｍｏｔｅ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ
　　深溪沟水电站为大渡河干流规划的第十八级电
站，是一座以发电为主的枢纽工程。该工程由左岸泄
洪闸、排污闸、右岸河床式发电厂房、右岸泄洪冲沙洞
等建筑物组成，最大坝高１０６ ｍ，水库正常蓄水位为
６６０．００ ｍ，总库容３ ２００ 万ｍ３ ，具有日调节能力，电站
安装４ 台单机容量为１６５ ＭＷ 的轴流转桨式水轮发电
机组，总装机容量６６０ ＭＷ，多年平均年发电量３２．３５
亿ｋＷ· ｈ。该工程于２００６ 年４ 月开工建设，２００７ 年
１１ 月截流，２０１０ 年６ 月下闸蓄水首台机组投产发电，
２０１２ 年１０ 月通过工程竣工安全鉴定。
根据深溪沟水电站工程所处地形、水文地质条件、
建设规模、地震设防烈度及其枢纽建筑物布置和运行
特点，对工程合理布设可靠的监测系统。工程建设期，
由武汉理工大学负责建设完成了深溪沟水电站工程安
全监测自动化系统（以下简称：原系统）。系统由监测
仪器、数据采集装置、通讯设备、监测计算机及外部设
备、数据采集软件、信号及控制线路、通信及电源线路
等组成，设ｌ 个监测管理中心站和５ 个监测站，使用多
台ＲＳ －４８５ 光电转换器简单并联组网，实施自动化监
测。本文对原系统存在的问题进行了分析，进出了改
造方案。
１　原系统存在的问题及改造的必要性
１）原系统故障率频发，无法满足坝工管理要求。
原系统建成后，因测量控制单元故障、电路板锈蚀、无
防雷电设备、通讯光缆多处断裂等问题，系统故障频
发，所有监测内容均以人工观测为主，工作量大、观测
周期长、数据后期处理繁琐，尤其在特殊工况下（如洪
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黄会宝，等：深溪沟水电站工程安全监测自动化系统改造２０１４ 年１２ 月
水、暴雨、地震等） 加密观测更是人工无法及时完
成的。
２）原系统无远程监控功能，信息无法异地备份。
原系统基于本地局域网实现工程区内的自动化监测，
无法实现管理人员异地自动化控制，与集中、高效的运
行管理要求不相适应。每次实时采集数据均需要到电
站现场操控服务器才能完成。同时，原系统采集服务
器均布置在工程现场，无监测数据异地备份功能，一旦
发生故障或突发灾害，数据极易造成丢失。
３）原系统采用简单并联的采集网络设置，采集效
率低。原系统中央控制方式下采集监测数据等命令发
出后，系统自动进行逐点逐个依次测量，通讯干扰大，
测点数据等信息反馈和响应十分缓慢，采集效率低下。
４）原系统缺失必要的监测项目，无法满足规范要
求。原系统建设阶段未接入工程常用的环境量监测指
标，例如：雨量、温湿度、风速风向等，且大坝渗漏量这
一关键数据未实现自动化监测，无法满足枟混凝土坝
安全监测规范枠的技术要求。
５）原系统采集控制软件落后，人机交互界面复
杂。原系统配置的软件缺乏监测仪器的参数指标等信
息，可用信息量不足，各项目均未设置警戒报警值，异
常测值无直接提醒功能，工程区多数监测仪器或设备
尚未接入系统，系统未开发相应的模块。
因此，建立一套功能齐全、稳定可靠、使用方便的
工程安全监测自动化系统，是满足水电站工程安全监
测，保证大坝正常运行的迫切需要。
２　安全监测自动化系统改造方案
2．1　改造的基本原则
监测自动化系统设计应以工程安全监测为目的，
充分利用现代先进的通讯技术、计算机技术、自动化技
术和软、硬件技术，遵循“实用、可靠、先进、经济”的基
本原则。
１）先进性的原则。通过高性能的计算机网络环
境，采用先进的数据库管理软件、开发软件、图形处理
软件及数据处理方法来实现系统功能［１］ 。
２）稳定性的原则。要求系统在恶劣的环境下能
够长期稳定地运行，具有完善的数据备份功能，能够方
便地对重要的数据进行备份和恢复［２］ ；实现监测自动
化时，还应设置人工监测手段，以便定期比测，并保证
当自动化系统发生故障时，能测得人工监测数据，以保
证资料的连续性。
３）安全性的原则。要求系统具有完善的安全保
密、安全控制和安全管理功能，防止非法用户对数据进
行操作［１］ ，同时对监测系统的操作权限及信息修改权
限进行分层级设置。
2．2　改造的主要内容
１）优化通讯组网方案。针对原系统采集网络通
讯干扰大、稳定性差、运行速度慢等特点，采用双环自
愈网络结构（见图１），在监测站增设ＲＳ －４８５ 集线器，
实现了每台数据采集装置（ＭＣＵ）之间信号的隔离。
监控服务器发出命令后，各监测点仪器同时触发，提高
系统运行速度和数据采集效率，保证了通讯的可靠性
和安全性。
２）完善的系统监测项目。根据枟混凝土坝安全监
测规范枠（ＤＬ／Ｔ ５１７８ －２００３）和枟大坝安全监测自动化
技术规范枠（ＤＬ／Ｔ ５２１１ －２００５）要求，在原有监测仪器
设备的基础上，增补了简易气象站及大坝总渗流量监
测仪器，其中简易气象站监测项目包括温度、湿度、风
速、风向、雨量等；大坝总渗流量采用量水堰进行观测，
安装了量水堰计进行自动化监测数据的采集，实现了
工程监测项目的全覆盖。
３）增设安全防护和人工比测装置。针对原ＭＣＵ
无防雷电装置，易受雷击破坏的现状，在每个监测站增
设１ 台稳压电源、１ 套电源防雷器、１ 套通讯防雷器和
１ 套防雷接地体，降低了雷电对设施造成故障的频次。
配备了人工比测装置。原系统因各ＭＣＵ 无人工
比测接口，每次进行人工比测需将各仪器芯线取下进
行观测，十分不便且效率低下。为此专门配置各ＭＣＵ
监测模块的人工比测装置，方便进行人工与自动监测
数据的比对分析，确保系统采集数据真实可信。
４）开发了大坝安全监测自动化软件。针对原系
统软件开发存在的问题，开发了具有系统自动检查、自
动巡测和选测功能为一体的软件平台，系统数据采集
支持现场控制方式和远程控制方式，可根据用户需求
提供５ 种自动控制方式实现自动观测的触发、采集和
存储，系统拥有实时完成观测数据的整编计算及在线
检测、自动触发复测等保证观测数据准确性、时效性
功能［３］ 。
2．3　改造后的技术指标
１）通讯控制方式：ＲＳ４８５ 通讯总线。
２）网络通讯速率： ＞２ ４００ ｂｐｓ（ＲＳ４８５）。
３）传输距离：８０ ｋｍ（采用光纤通讯）。
４）测量方式：可实时、定时、单检、巡检、选测或任
设测点群。
５）监测准确度：满足规范ＤＬ／Ｔ５１７８ －２００３ 规定
要求。
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水电与新能源２０１４ 年第１２ 期
图1　自动化采集网络结构拓扑图
　　６）定时间隔：分钟间隔触发、小时间隔触发、天触
发、星期触发、月触发，可选。
７）采样时间：差阻式≤０．１ ｓ／点；振弦式≤０．５ ｓ／点。
８）工作温度： －２０℃ ～＋６０℃。
９）工作湿度：≤８５％。
１０）平均无故障时间：≥６ ３００ ｈ。
１１）系统防雷电感应：５００ ～１ ５００ Ｗ。
2．4　改造的主要特点
１）改单一并联为双环自愈网络模式，建立了基于
ＴＣＰ／ＩＰ 为基础的以太网络，进一步优化采集网络组网
架构，实现大坝安全监测自动化系统的异地远程操控
和观测数据的异地存储备份。
２）针对原系统的ＭＣＵ 存在的问题，研制了通讯
协议转换器，可以有效的利用原系统完好的采集装置，
实现设备的有效利用，节约改造成本。
３）增设了自动化设备的防雷电装置。在每个监
测站均增设１ 套电源防雷器、１ 套通讯防雷器及１ 套
防雷接地体，提高系统防雷电感应能力，防止设备因雷
电造成损坏。
４）独立配置了读数仪人工接口模块，能够使用读
数仪采集监测数据。通过按动模块上的通道切换键即
可实现通道转换，便于对接入ＭＣＵ 的监测仪器进行人
工测量。亦可方便对观测数据进行人工比测。
５）实现内观监测自动化与外部变形监测自动化
的统一管控。为提高数据采集效率，将内观仪器自动
化系统与原建成的坝顶真空激光准直测坝变形系统有
机整合，形成工程不同监测项目的安全监测自动化系
统集中管控，实现异地远程控制和管理。
３　系统改造后的运行状况
3．1　运行状况检测
针对大坝布设的监测仪器，使用信号发生器及直
流电阻箱检测振弦式传感器信号测量及差动电阻式传
感器信号测量。用信号发生器将幅度为０．５ ～１０ ｍＶ
的输出信号接入采集装置进行测量，调节频率在４００
～５ ０００ Ｈｚ，在被测物理量不变的条件下连续进行１５
次测量， 计算最大测量误差， 测量频率差不大于
０．２ Ｈｚ，结果表明测值稳定性好。用两只０．０１ 级直流
电阻箱按五芯方式接到采集装置，使电阻值分别在
０．０１ ～６０．０１ Ω 范围内变化，电阻比在０．０８００ ～
１．２０００ 之间变化，在被测物理量不变的条件下连续进
行１５ 次测量，测量电阻值之差不大于０．０２ Ω，电阻比
不大于０．００２，结果表明测值稳定性好。另外对ＤＡＵ
的单点测量、选点测量、定时采集、数据存储、参数设置
及自诊断等功能进行测试，测试结果正常，满足规范要求。
3．2　测值对比分析
系统建成投入试运行期间，选取典型测点对其人
工测值与自动化系统采集数据进行对比分析，人工与
自动化监测测值吻合度高（见图２），表明自动化监测
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黄会宝，等：深溪沟水电站工程安全监测自动化系统改造２０１４ 年１２ 月
图2　人工及自动观测模数过程线对比
数据可靠。
3．3　稳定性分析
通过系统投运后运行实践，各采集控制系统运行
稳定，采集命令发布后信息反馈迅速，软件功能齐全、
界面简洁、升级维护方便、自动化程度高，提高了工作
效率，节约了人力资源成本。
参考文献：
［１］施永新．湖南镇大坝安全监测系统自动化改造［Ｃ］．杭州：
２０１２ 年中国水力发电工程学会大坝安全监测专委会年会
暨学术交流会论文集， ２０１２
［２］宁德兴， 褚彩菊， 郭俊， 等．漫湾水电站大坝安全监测自
动化系统更新改造［Ｊ］．大坝与安全， ２０１２（２）： ３０ －３４
［３］王科峰， 金正浩．尼尔基水利枢纽工程安全监测技术［Ｍ］．
北京： 中国水利水电出版社， ２０１０
本　刊　快　讯
１２ 月２３ 日，于东湖之滨、珞珈山麓的武汉大学召开了枟水电与新能源枠期刊编委会换届及第
七届编委会第一次会议。主办单位宣布了第七届编委会及期刊编辑部的组成人员名单。新编委
会委员来自三十多家单位，云集各方专家学者，学术层次高，涵盖学科面宽。
会议听取了上届编委会及编辑部的工作汇报。编委们充分肯定了近年来期刊的跨越式发展，
取得长足的进步，刊物的科技含量、刊物质量及对社会的影响力均有大幅提升。编委们就今后刊
物的进一步改革创新，出谋划策、尽献良方。
新的编委会成立及编辑部调整扩容，必将为刊物带来新的活力，使刊物更好地服务于全国水
电建设和新能源开发，为水电与新能源工作者交流技术经验和沟通信息提供平台，促进我国水电
与新能源的研究与开发。
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