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1、D G 型分布式监测系统在1 6 座大坝上的应用 储海宁 总工/ 教 授级高J 李旦江 所长/ 教授级高工 徐国龙 副总工厂 高工 ( 南京水利水文自 动化研究所大坝分所) 中国南京 摘要I本文介绍了 迄今为止，中国 大坝监测自 动 化方面唯一获得国家级科技进步奖的D G 型分布 式大 坝妥全监测系 统的发展过程，系 统特点，以 及在葛 洲坝、碧口、李家 峡、三峡、 陈 村、 百丈 祭、潘家口、 金山、香布革、飞来峡、江娅、白 石等 1 6 座大坝上的应用经验。 龟 主题词 D G 型，分布式，大坝，监测系统 1 第一套D G 型分布式系统的研制 九十年代初期， 我国大坝安全监测自 动化由 1
2、 - 2座坝的试点，逐步推开，虽然己 经有了二 十几座 大 坝实现了部分监测项目 的自 动化， 但是实际效果非常令人不满意 . 。人们普遍希望 有一套实用化的 自 动化系统能够为大坝安全提供 连续可靠的监测数据，真正 取代人工监测，成为大坝运行管理的得力手 段 在这种要求促 进下 我们开始研制一套全新的自 动化监测系统， 经过研究论证，确定了 研制 1) G型 分布式大坝监测系统的功能需求， 技术指标和技术方案， 进行了 加工和装配调试工作。 第一套系统于1 9 9 4 年 1 0 月在葛洲坝水利枢纽二江泄水闸安装运行， 这套系统具有如下特点: ( 1 ) 解决了 垂线、引张线位移的准确可靠的
3、测量问 题。 经过调研和反复比 较， 垂线和引线张位移是用步进电 机式仪器测量的，位移测值不需要从模拟量 换算，非常直观可 靠，而且仪器 上有两个与坝体相连的基准杆，一个保持资料的连续性:另一个作为自 校的基准， 用以确认测值是准确可靠的。 这两个优点是任何一种感应式仪器都没有的。感应式仪 器只能 在安装或维修后重新率定，用人 工测量连接资料。感应式仪器也无法用一个同时测量的 “ 基准长度”来 证实变形测值的 准确性， 只能事后用人工测值或其他 监测项目 的数据趋势来估猜，而不能 精确、 定量地 自校。 ( 2 ) 解决了差阻式仪器的长 期精确测量问题。 差阻式仪器有很多优越性，但有一个致命的
4、弱点，即易于受到电缆芯线电阻和电缆芯线电阻变差 影响的问 题。 根据丹江口、乌江渡、葛洲坝等十几座大坝已 埋仪器鉴定的经验认为引起仪器失 效或观测 误差增大的原因有绝缘电阻降低和芯线电阻偏增等问题。因此，要保证长达十几年的观测精度不变，必 须解决电缆芯线电阻偏增问题。系 统采取了五芯/ 四芯测法解决了这一问题，而且可以同时给出差阻式 仪器八个参数测值，可洪对差明 式仪器 芯线电阻、仪器电阻进行跟踪检查，以判断监测数 据的可 靠性。 ( 3 ) 解决了 低故障率高可靠性问题。 有一些遥测仪器和自动化系统安装以后故障不断，甚至厂方人员一走，系统即不能运行。运行单 位不但不能减员增效，还要常备一套人
5、工观测班组保证正常监测。 D G型分布式系统完全解决了 运行人员的后顾之忧，因为它的设计、研制和运行都是以低故降为目 标而工作的。首先，采取了 “ 分布式”结构，使系统故障风险分散，万一有一部分测控装置丧失功能， . - 5 0 4- 习晓钾 旷 也不至于造成系统瘫痪 在系统中采用了 并联结构， 冗余设计、防潮防雷等多种技犬措施，以 及采取器件老化啼选，雾室 试验等提高可靠性的施工工艺和质量保证措施，最终达到前所夫有的可指性指标 在整个研制过程中，山于科技人员的努力和创新，攻克了 一 人又一个技术难关， 最终获得了 五项 国家专利， 使中国大坝监测自 动化技术获得突破 性进展 经过一年半的试运
6、行，葛 洲坝系统于 1 9 9 6 年 ，月 进行了 鉴定， 这是中国第一套经过部 级鉴定的 分 布式监测系统。 水利部和电力部的专家们 给予 高 度评价 鉴定意见认为这是一套总体水平达到国际先进 水平的系统而且 “ 在变形观测仪器的研制山，采用双照准装置， 使变形测量技术有所突破; 在差动电阻 式仪器的分布式自 动化测量方面，其性能优于同 类国外先进系 统 ” 一 2 ; 因为这套系统在试运行期间及鉴定考核中 表现 t 一 分优越，其体现可靠性，精确性的各项技术指标 均优于原定指标。鉴 定以 后即 投入了完全取代人工监测的正常运行, 3 1 ,至今已稳定运行近5 年，从未 中断。1 9 9
7、6年 9月葛洲坝枢纽发生了严重雷击，一些自 动化系统包 括进G 系统均爱到损害不能运行， 但D G 型分布式系统未受到影响，可见其防雷能; j z强 D G型分布式系统鉴定后，得到更多水电水利管理部门的了 w.推广应用很快。取得了 显著的经济 效益和社会效益，受到了 水利部和国家科委的表a ll , 荣获 ! 9 9 了 生水 利部 科技进步二等奖，1 9 9 5 年国家 科技进步三等奖。是迄今为止，在中国唯一获得国 家级科技进步奖的大 坝监测自 动化 系统 . . 1.11匕.匕.r几几卜口.卜.匕.匕. 2 D G 型分布式大坝监测系统的发展 D G型分布式大坝监测系统的出 现，完全改变了
8、中国国内大坝监测自 动化的局面，因为这套系 统具 有与国外先进系统相同 或更优的性能，但价洛、 维修，技长 服务之习 外没备优 越得多，。范 在可 靠性、 精 确性，兼容性等等性能方 面远远优于中国国内的 其他自 幼化系统 王1 9 9 3气9月以 来的五 盆山，己 建 成或即 将建成的D G 型分布式大坝监测系统己 有1 6 个。见表1 - i _ 为什么 D G型分布式监测系 统如此受到用户的信赖，最主要的原因是系 统研制人员以 满足运行管理 实际需要为用户建成实用化系统为目标。在这五 F 中都是限 据工程的实际需要进一步发展了系统，使系 统更加完善和先进。五年来的技术进展有如下方面 (
9、功测控装置从专用型改成通用型，能接入中国I内各种坝型所有的遥测传感器还发展了寒冷地区使 用和施工期使用的测控装置。 测控装置是分布式监测系统的关键设备，由 它组成数 据采集网络， 将分散的监测f 感器 接入系统， 实现数据的自 动采集。用于葛 洲坝的D G - 9 4 型系 统的测控装rK是专甲 型的，即每种测控装置只接同一类 型的传感器。 这对于葛洲坝二江泄水闸是合适的，因为同一类型的传感器位置比 较集巾。但是，同一测 控装置中能接入不同类型的传感器，对一般工程更为合适，不仅设汁、施工、维护方f-Ill 而且可以优化 组合， 使自 动化工程费 用有所降低。这样从碧口系 统开始采 用 l IC
10、 C - 3 0 i 3 0 A型 通用型测控装置.门 丁 接包 括差阻式， 钢弦式，电 感式、电 容式， 差动变压器 式， 步 进式 电注式， 滑动电R Ff 式、 浮子式、 水 位计) 、 翻斗式( 雨量计) 等十类传感器及其他变换成标准信号的传感器，可以说中国国内大坝监测顶? 1 所用的 各类遥测传感器都可以 接入。为了 给十三陵抽水蓄能电站3 - 位于冬季 寒冷地区的用户使月，知咫 了一砷 可在- 3 0 - - 7 0 的环境下工作的N C U - 3 0 B : A B 型测控装置，这种装置采明了能承受吏高更低温的龙器件 保证在低温环境下各种功能和性能不变。又发展了 一 种庄施工明
11、也可以使用的1 4 C C - 3 0 C , C 八 型 测控装置 它有双重机箱保护，且数据存储量可达 上 N B ( 2 ) 增强自动化功能，进一步提高系统可靠性，为无人值守创造条件。 : 防 型分布式系 统叮 用两种方式实现自 动化数 据采集:即集中 控制方式，山中央 控制机房的计算机 发出命令， 进行巡测或选测: 还有燕 动控制方式， 所有测 控装置按设 定时间自 动巡测，自 动向 中央 控制 计算机汇报数据 陈村水电 厂提出如汛期洪水很大，造成电 源中断， 但这时更加需要监测。我们认为这种情况完全 可能发生， 还可能 发生电 源线、 通讯总线因故 损坏， 中央 控制计算机发生故障等情
12、况。 为了 不中断监测， 需要增加测控装置的 “ 特殊自 控” 功能，同时在测控装置内设置备用电 源，这样在上述情况发生时测控 装置仍然自 动按设定时间 进行巡测，自 动存储数据。 测控装置具备存储6 4 K B数 据的能力， 可以保存20 个测次的 所有监 测数据，如一天测之 次，可 供存入拍 天的自 动监测数据。对测控装置的 备用电 源也进 行过试验。断电后运行加次，蓄电池电压还未降到极限电压以下。 表2 一 IO G 型分布式大坝监测系统应用情况 动 . 序号系 统 名 称 监测项。 测点敌运 行 倩 况备注 j 葛洲坝二汪泄水 系统 弓 张 线 垂 线 内 “ 仪 器 2 0 0 工
13、， 9 4年 1 0月投运，1 9 9 6年 3 月鉴定，连续稳定运行近 5 年 获水利部1 997年科技 进步二等奖，1 的日年 国家科技进步三等奖 2 碧口大坝监测系统亡 土 坝 一 一 引线线、垂残，内观仪路、 测压管、扬压力、缝块渗流 策 不 井 、 t 者 边 双 7 2 ， 6 年二 月 一 期投运 96年12 月二期投运，连续稳定运行 3年 1 9 9 了 年1 2月9日验收 3 李家峡变形监测系统1 拱 坝) 垂线 派 线仪 1 9 9 6年 日 月投运. 止常运行 采用便椒式 仪表侧 量，孤L 恃通电后安装 4 百 丈 祭 大 坝 监 侧 系 统注一 坝 ) 引 线 张 、
14、垂 线 、 汤 玉 力 、 量 水 二 4 5 J g97年 m 月投运，正常运 ， 于 拟于 王 9 9 9年 9 一 又 0月 验收 j 三峡施工期测控 装置 一 一 一 一 室内考机已 通过，1 9 99 年 手 月安装 用笔记不电脑采集 6 陈 村 大 坝 监 测 系 统 : 拱 坝 ) 垂 线、内观咬器、水 泣、 气 一 曰 山巴 1 1 3 19 9 8 年5 月 投运，正常运行拟于 1 9 的 年 ， 一 10 月 验收 金山大坝监测系统 重 力、 引线张，季戊、扬压刀 3 二 旧 9 8 年工 月已女装投运正常运行 日 黑河大 坝监 测系 统内 观 仪 器 、 独 式 仪 器
15、一 1 2 D 1 弱8 年1 月已交货 9 东张大坝监测系统( 重力 坝) 弓 1 线线 、奉线 ，内观仪器、 扬压力、绳渗流、量水堰 、 水位、雨量、气沮，水温 7 4 19骼 年3月己部分安装投运水利部中加合作项 目，己实施 工 O 水府庙大坝监侧系统r 砌 石坝) 引线线、乖线、内观仪器、 翁力水准、扬压尔 量水堰、 水位、南莹、飞温、水温 1 0 2 已于 1 9 9 8年 1 ! 月安装水利部中加 合作项 目，己实施 l l 鲁布革大坝监测系统又 上 坝) 测压管、浇坝渗流，量水堰、 内部仪器、栅后水位、内部 位移丈 一 期几程) 1 谧 6 19 98年7 月己安装运行已实施，正常运行 1 2 潘家口大 坝监测系统( 重 力坝 引张线.垂线、内观仪器、 磨勺 水准扬玉力、量水堰、 臾水井、边坡倾斜、水泣、 雨呈、气 滥、水 沿地震 6 5 5 199 8年加方系统 1月开始安 装 6月 投运。中方系统 1 9 99 年石月女装 水利部中加合作项 目.已实施 1 3 飞 来峡大坝监 测系统L 贡 力坝、 二 坝) 引张线.L几 浅、内观仪器、 挣匀水 准、才 后 压力、旦水堰、 长 位、之 呀 辰 : 号 3 7 1 9 9 8年1 0月己安装己实 施， 正
