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1、丹江口大坝 自动监测系统简介、青岛扬压力自动监测系统1985首次将青岛海洋仪器研究所研制的 震弦式渗压传感器引入到丹江口大坝的测压 管观测中，共引进了138支，安装在丹江口 大坝基础廊道内的测压管中，由于当时技术 和工艺上的局限性，传感器在安装后一段时 间出现了传感器密封不严，内部渗水、弦丝 锈蚀等质量问题，后又专门改进了十二支传 感器，但是也没有从根本上改变传感器耐久 性的问题。并且当时的数据采集系统为单板 机结构，运行一段时间后，系统即被淘汰。、引进Sens-Log自动监测系统 系统安装情况丹江口于1989年率先在全国水电系统 中引进法国Telemac公司的全套大坝安全 监控系统的设备和技
2、术，对27、31二个重 点坝段实施在线监控。该系统为我国首次 引进。水利部水管司、南京自动化研究所、 丹江口水利枢纽管理局三家共同考察国外 的设备情况后，认为法国监测仪器具有当 时较先进水平，监控模型软件亦有国内研 究参考的作用，结合有限的外汇额，决定 引进法国大坝监测系统。 1995年又引进了加拿大Roctest公司的Sens- log监测设备，将该公司的分布式测控装置取代 Telemac公司的落后的摸拟传输测控装置，保留 Telemac公司的全部传感器。Sens-log系统于1995年12月投入运行，1996 年6月该系统通过汉江集团验收。该系统共6种类型的仪器，53套传感器，计69 个测
3、点，传感器分为感应式和振弦式两大类型。 其中感应式传感器包括：垂线坐标仪10台、基岩 多点变位计6套、水管式倾斜仪2套、量水堰1台。 振弦式传感器包括：水位计2支、扬压力计11支、 气压计1支、温度计8支。引进传感器一览表见表 一。表一 引进传感器一览表仪器类型仪器 型式仪器 数量传感器 数量量程最小 读数精度长期稳定 性 渗 压 仪扬压力仪振弦 式11支1102bar 05bar1cm0.2%F. S 0.1%F. S0.1%F.S/年上下游水 位仪振弦 式各1支25bar1cm0.1%F. S0.1%F.S/年气压仪振弦 式1支10.8 1.3bar0.1%F. S0.1%F.S/年温度仪
4、振弦 式18支18-20 500.10.3垂线座标仪感应 式10台2015mm0.01m m0.1mm0.05%F.S/ 年基岩多点变位仪感应 式6套1280mm0.01m m0.1mm0.1%F.S/年水管式倾斜仪感应 式2套410mm0.01m m0.05m m0.05%F.S/ 年 量水堰仪感应 式1套10 100mm0.01m m0.1mm0.1mm/年合计5169系统分为两个子站，1号子站安装在31坝段宽缝 内，负责采集安装在31坝段的传感器的测量数据 ，传感器布置示意图见图1。、2号子站安装在27坝段宽缝内，负责采集安装 在27坝段的传感器的测量数据，传感器安装示意 图见图2。两个
5、子站通过通讯电缆和位于办公楼机房内的总站相联 ，由测量人员在机房内对总站操作来完成测量数据的采集。该套系统具有采集现场数据、制作报表、绘制过程曲线 图形，还能完成设置巡检时钟、巡测等功能。在当时是一套 具有国内领先水平的大坝自动监测系统，在国内大坝监测领 域有着较高的知名度，一度引来了很多的国内同行来丹考察 、 学习。该套系统运行到寿命期后，二次系统开始出现一些故障 ，部分传感器出现较大的“零点漂移”等现象，但还是有一部 分传感器可以正常工作，如部分扬压力计、量水堰计现在仍 在使用中。该套系统可以说是完成了它的历史使命。存在的不足及改进措施改造后的监测系统在其寿命期内能够正常工 作，在寿命期过
6、后，其二次部分的核心模块 CR10开始出现故障，部分传感器也出现老化现 象。仍使用国外公司的监测系统成本很高，同 时国内的监测自动化技术也有了很大的提高， 能够满足工程运行的需要，在比较国内和国外 监测系统的性价比后，决定采用南京水文研究 所研制的达捷自动化监测系统来取代原系统， 具体内容见本节。 、建立静力水准网观测坝基垂直位移仪器安装情况由武汉地震研究所和长江勘测技术研究所共 同研制的JSY-1型液体静力水准遥测仪是依据液体 的连通管原理设计的。于1995年安装在丹江口大 坝基础廊道的3125坝段和防渗板廊道的3119 坝段。其中基础廊道每个坝段安装一台，防渗板廊道 每两个坝段安装一台，标
7、定装置安装在防渗板廊 道25坝段。仪器布置图见图3仪器工作原理在需要量测垂直位移的坝块上设置钵体， 钵体之间用管道相连，里面充满蒸馏水，由于 连通管原理，各钵体内液面高程是一致的，钵 体的盖板上装置固定的检测头，在钵体内的液 面上设置浮子。当钵体随所在坝块发生垂直位 移时，浮子与检测头之间的相对位置发生变化 ，可测出钵体相对液面的高程变化，即可测出 相对垂直位移量。 示意图电测法是将浮子与检测头之间的相对位置变化成 为一个电讯号输出，经A/D模块转换后趋势输入微 型计算机，完成自动采集监测资料的任务。系统 还设置了目测装置。这样，不仅在检修电子元器 件时可以用目测法采集监测资料，以确保监测资
8、料的连续性，而且在使用电测法时还可以定期使 用目测法，以检测电测法所采集的资料有没有因 电子元件的原因而产生“漂移”现象。这对于确保 监测资料的可靠性有很大的意义，这种设置思想 ，在当时的国内外自动化仪表中是不多的。 存在的不足及改进措施 因没有形成规模化生产，系统的备品、备件较少，当出现故障时， 维修时间过长，影响监测数据的连续性。发现问题后，和研制单位 取得联系，一次备够备品备件，保证了系统的连续运行。存在的不足及改进措施因没有形成规模化生产，系统的备品、备件较 少，当出现故障时，维修时间过长，影响监测 数据的连续性。发现问题后，和研制单位取得 联系，一次备够备品备件，保证了系统的连续 运
9、行。、应用EMD-S型遥测垂线坐标仪观测大 坝变形 仪器安装情况 由国家地震局地震研究所和长委会勘测局 联合研制的EMD-S型遥测垂线坐标仪，是 一种新型的电磁感应式仪器。分别安装于 丹江口大坝36坝段倒垂线和21坝段正垂线 。36坝段倒垂线安装了四台，分别安装于 110、125、140、159高程。21 坝段的正垂线上安装了3台遥测仪，分别安 装在119、104、90高程。 EMD-S型垂线坐标仪结构图见图4设备在运行期内，曾对该型垂线坐标仪进行了人工、 电测测值对比，从对比 的过程曲线上看，两条曲线基本 重合，可以说明EMD-S垂线坐标仪是完全符合丹江口大 坝监测需要的一种自动监测仪器。存
10、在的不足和改进措施该系统因其工作原理的原因，仪器要有一根很细的铜 弦丝和垂线线体相连，在长期运行过程中，弦丝会慢慢 变硬，会对垂线线体的自由运动有一定的影响，且在人工监测过程中对垂线线体的误碰更容易引起弦 丝的断裂，从而影响监测数据的连续性。在发现系统的 不足之处后，在管理上给予了加强，定期对引线弦丝进 行更换，比而使该问题得以解决。、引进DAMS-4型分布式子系统，用于观测丹江口大坝 101引张线仪器安装情况1997年底引进了南瑞大坝公司的DAMS-4型分布式系统 ，对101m廊道2531坝段引张线（乙线全长150m）实施 在线监测。1998年1月现场安装，3月投入运行，1999年3月该线通
11、 过汉江集团验收。1999年1012月在乙线自动测量系统成 功的基础上，又对101m廊道724坝段引张线（甲线全长 408m）实施在线监测建设，1999年底甲线投入运行。该系 统2条引张线共计安装电容式单向引张线仪24台，电容式垂 线仪2台，量距仪2台。仪器布置图见图5。该套系统是南瑞公司（原南京自动化研究院）利 用电容原理研制的电容式传感器，利用电容比将 坝体的位移量转换成电量来达到自动监测的目的 ，系统运行至今，中间虽然也有一些小的故障， 但在运行管理人员和研制单位的共同努力下，故 障都得以排出，该系统仍为大坝监测发挥其应有 的作用。无接触式（其他工程）无接触式（其他工程）存在的不足和改进
12、措施系统安装初期，由研究所配制的水箱混合液 在运行过程中出现细菌衍生的情况，液面出现长 毛、结壳现象，影响浮船的自由运行，进而影响 引张线线体的灵敏度。在发现该现象后，将研究 所配制的水箱混合液进行了更换，用粘稠度较小 的变压油去替代原混合液，即保证了线体的灵敏 度，又能保证水箱液面不会降低而导致线体的搁 浅，取得了较好的效果，保证了系统的正常运行 。、引进达捷自动监测系统进行大坝垂线监测UPS50HzAC220V485总线 或/CANbusMCU1MCU2MCUn监控主机接局域网RS232/RS485 RS232/CANbus仪器安装情况 2005年底，随着以前安装telmac 的系统寿命期
13、的到期 及传感器的老化，原水利枢纽管理处对部分老化的系统 及传感器进行了更新换代，多方案比较后决定引进了南 京水文所研制的达捷自动监测系统，将原法国系统部分 尚能工作的传感器引入该套系统，并对法国系统、静力 水准系统不能工作的垂线坐标仪进行了更新，安装上了 由水文所研制的步进电机式垂线坐标仪。现阶段在丹江 口大坝的31、27、21坝段共安装了十三台二维垂线坐 标仪。在大坝加高完成后还将在加高部分补装四台垂线 坐标仪。三个坝段的仪器布置图大同小异，其中21坝段 步进电机式垂线坐标仪布置图见图6。DG型分布式大坝安全监测自动化系统设备包括监测仪器、测量控 制装置（MCU）、中央控制装置（CCU）、
14、电源通讯总线、检测 仪表等组成，系统投入运行后，需要进行必要的日常运行、维修和 维护管理。目前该系统运行正常。 存在的不足和改进措施 该类型传感器有部分精密机械部件，在大坝廊道内长期运行过程中 ，特别是加高施工过程中，会有少量异物进入传感器内部，从而影 响机械部件的正常运行。 为减少这种情况的发生，运行管理人员对每台传感器加装了保护设 施，并加强管理，定期对传感器进行清冼，从而保证了系统的正常 运行。仪器安装情况2005年底，随着以前安装telmac 的系统寿命期的到期 及传感器的老化，原水利枢纽管理处对部分老化的系统及 传感器进行了更新换代，多方案比较后决定引进了南京水 文所研制的达捷自动监
15、测系统，将原法国系统部分尚能工 作的传感器引入该套系统，并对法国系统、静力水准系统 不能工作的垂线坐标仪进行了更新，安装上了由水文所研 制的步进电机式垂线坐标仪。现阶段在丹江口大坝的31、27、21坝段共安装了十三 台二维垂线坐标仪。在大坝加高完成后还将在加高部分补 装四台垂线坐标仪。三个坝段的仪器布置图大同小异，其 中21坝段步进电机式垂线坐标仪布置图见图6。防雷底板结构 防雷底板安装在不锈钢盒内，下部与传感器电缆 直接相连，上部与智能数据采集模块和人工比测 盒相连，中部为四个防雷器L10M插座，其结构示 意图如图3-3所示，图中接口I-1和接口II-1与智能 数据采集模块相连，接口I-2、
16、接口II-2与人工比测 盒相连，插座1至插座4用于安装防雷器L10M，传 感器接线端子与传感器电缆相连。接 口I-1接 口I-2接 口II-1接 口II-2插 座 1插 座 3插 座 2插 座 41 2 3图3-3 防雷器底板结构示意图L10M防雷器由信号隔离电路和内置的信号防 雷器件组成，传感器的每一根芯线均采取三级防 雷措施。为了提高测量电路的防雷抗干扰能力， 只有在测量该仪器时才将仪器芯线与测量控制电 路连接，并在测量控制电路内置信号防雷器件。 同时在电源和通讯接口设置专用防雷器。在一些部位，不需要对传感器端设置防雷器 ，其底板结构则没有防雷器插座，仪器电缆经接 线端子直接通过接口I和接口II与智能数据采集模块 和人工比测盒相连。步进式仪器数据采集模块（S1/4M）用于测量各种类型的单向、双 向和三向步进电机式仪器，如垂线坐标仪、引张线仪等。可灵活方 便地组成自动化数据采集系统。 测点数量：1/4支步进式仪器（垂线仪或引张线仪） 测量范围：X：0100mm，Y：050mm，Z：0
