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1、浅析大坝安全监测自动化系统设计若干问题作者：梁斌 作者单位：陕西省宝鸡峡管理局信息通讯中心摘要：分析探讨了自动监测系统设计中的一些主要技术问题包括：测点布置系统及仪器选型电缆选用、敷设及相关设备的保护通讯方式和系统的防雷设计等有关内容可供设计及运行单位参考。关键词：大坝安全 自动监测系统 系统设计 测点布置 仪器选型 防雷保护Abstract: The author discussed some main technical problems of automatic system design.with the view of reliability of dam safety monito
2、ring system,through specific engineering practice,including the point layout,type sellection of system and instrument, cable sellection, laying and protection of the related. devices communication style and the thunderproof design for systemKeywords: dam safety, automatic monitoring system, system d
3、esing, point layout, instrument type sellection, thunderproof protection 随着科学技术的发展和管理水平的提高，自动化成为大坝安全监测的发展趋势和水电站现代化管理的重要标志。而做好系统设计是做好自动化工作的前提和基础，因此设计工作就显得非常重要。本文从大坝安全监测自动化系统设计人手分析探讨了大坝安全监测自动化系统设计中的几个技术问题。1 测点布置 测点布置要根据不同的情况加以具体分析。对新建工程测点布置应在满足规范规定的基础上，结合已有工程经验和大坝勘测、设计和施工的具体情况，针对新问题、新方法、新材料和新结构等并考虑到自动
4、化费用、施工以及监测资料的相互校核和分析等因素而确定；而对于已运行多年的老坝则要在对已有仪器和观测设施进行全面鉴定的基础上，按照规范要求并结合大坝在运行过程中出现的问题以监测大坝安全为目的，在大坝安全鉴定的基础上对j啦测项目和测点进行必要的增减。11 具体工程具体情况 测点布置要有针对性，应根据有关规范结合具体大坝的具体情况确定。即在设计中应结合具体工程的地理、气候、地形、地质、坝型、筑坝材料、坝体结构等因素综合考虑。同时对于新建工程还要结合计算及室内试验和已有工程经验而对于老坝，则要结合运行6f况及资料分析和巡视检查结果，确定典型结构(坝段、坝基等)、典型断(截)面和典型监测量(变形、渗流等
5、)。12 防雷击与抗干扰问题 在具有相同监测效果时，测点布置尽可能减少平面和立面的分布范围，尽可能避开雷击点和接地点，同时要考虑到振动、温度变幅及电磁场可能对测点监测仪器工作的影响，如上、下游水位水温监测应尽可能布置在典型监测坝段，而不应布置在较远的导墙上，这样做的目的不仅仅是为了减少电缆用量，同样也是为了防雷的需要。由于系统布置范围越大，感应雷电压和地电位差的概率和强度就越大，系统就愈容易避雷击或受干扰；同时库水温也并非都是分层分布，测点布置在典型监测坝段就有利于资料的分析。1.3 运行中的不利工况 要充分考虑到大坝运行中可能出现的不利工况(如大洪水)，以及大坝在运行中可能出现的破坏，如：渗
6、透变形、压力钢管外水作用下的失稳、裂缝的产生及错动、坝段的上抬等。对于自动化改造工程，设计时应充分利用数据采集单元的容量，接人尽可能多的仪器，以弥补人们考虑问题的不周，而不应将已埋设的能正常工作的仪器和数据采集单元的容量闲置。2 系统及仪器的选型 自动监测系统及仪器的正确选型是建成后系统可靠性的重要保证。为此，在选型时不仅要进行性能价格比分析，同时还应注意运行人员的素质和维护的方便性。21 应进行现场调研与运行考核 自动监测系统和仪器选型不能单凭厂家资料而主要应根据系统在现场运行中取得的连续、可靠、高精度的监测数据。因为厂家提供的系统及仪器参数往往是在室内短期测试的结果，与水工恶劣环境下的长期
7、运行存在着明显差别有些因素是室内试验和率定无法考虑到的。故选型前应选取和本工程相类似的工作环境、类似仪器类型和类似大小规模、类似坝体结构的各厂家系统进行现场调研和随机考核运行，要凭实测人库数据和资料来分析确定系统及仪器的选型22 应正确评价系统的可靠性、准确性等 应注意对系统现场运行的可靠性评价和考核。评价系统可靠性的方法较多，如考核长时间水工环境下测值的精确性、重复性涟续性，各种数理检验同人工比测的差值等；同时还可用资料来分析评价系统的可靠性。另外一种可靠性的评价方法是采用MTBF、MTTR等指标来确定。这里要强调的一点是，评价自动监测系统数据准确性的有效方法是可靠和长时间的人工比浏，人工比
8、测要考虑到人工比测的精确度、同步性和测次。确保系统可靠性要从机械、电子、软件全面把握即从系统元器件筛选、系统防潮、通用型模块化、冗余、热备份、“看门狗”技术、软件陷并、数字滤波、测值检验、超差报替、系统的自检、自校、自诊断、故障定位显示、具有人工比测接121、内置蓄电池、大容量数据存储器等方面进行综合评价与考核。2.3 注意运行环境兼容性和人员素质 自动监测系统和仪器造型应充分考虑到大坝的运行环境和人员素质例如：有些设备不能运行在低温环境下如浮子式水位计在库水结冰时就不能工作，有些继电器及芯片的工作受温度影响严重等；而有一些仪器设备容易受潮湿及水滴等影响。此外，还有系统和仪器的兼容性等问题。关
9、于人员素质，在选用国外系统时应考虑到运行人员的外文水平、设备的可操作性、易维护性和修复的时间等问题。2.4 注意仪器的特性、量程和耐久性 通过工程实例发现许多大坝监测仪器都因设计考虑不周或量程不能满足要求而使测值失去意义或仪器损坏，而此时往往是大坝性态出现异常、某物理量突变的时候这样仪器就起不到安全监测的作用。如：由于未考虑到缝的错动许多差动电阻式测缝计就困剪切而破坏；而振弦式渗压计也因水压过大或出现负压而使仪器损坏。实际上，许多监测仪器的准确度在量程的两端都难以满足要求，更不用说量程以外了。大坝安全监测自动化系统另一重要指标是耐久性，许多大坝安全监测仪器一经埋设就不能更换或很难更换。尤其是埋
10、设在坝体内部的仪器，可见仪器的耐久性至关重要。有些仪器多年以后虽然能够测量，但存在大的零点漂移或不能进行有效补偿的温度漂移这一点在仪器和系统选型时必须注意。所以，对于各种仪器要通过已有工程的现场运行或模拟现场工作环境考核试验来确定仪器和造型。室内试验对于差动电阻式仪器就是用校正仪做长期变温下的拉压试验，具体考核指标包括端基线性误差、重复性误差等；对于振弦式渗压计就在不同水压(充分考虑到不利工况)和变温条件下进行长期动态试验，具体考核指标包括精确度、重复性、零飘、温飘、最小读数和温度修正系数等；对于能测温度的振弦式仪器还要进行温度比测。由于温度在渗流监测中的作用越来越受到人们的重视，所以在渗压计
11、选型时，应选用既能测水压又能测温度的仪器。25 注意同一系统内同类型测量模块以及不同测量方式(包括小仪表)的互换性 总之，仪器和系统选型一定要结合具体系统(兼容性)、具体大坝(环境)、具体测点(仪器特性)，注意仪器的长期稳定性和环境适应性保证仪器工作在线性(率定)区。3 电缆的选用、敷设及其相关设备保护31 电缆选用 电缆作为数据传输通道，其质量对于提高系统的可靠性和稳定性至关重要。具体包括：电缆护套的耐水压、耐温差、抗高压及抗老化性能；芯线电阻、电阻变差及屏蔽和对地绝缘性能。此外，还应考核其抗拉、抗压等机械性能。因此，护套材料及厚度、芯线截面积、屏蔽方式及材料等等，都是电缆选型的参数，为此应
12、进行必要的现场调研和试验。32 电缆敷设 对于电缆敷设及相关设备的布置，应使其分布范围尽可能小，充分利用已有通道以利提高抗雷击性能和经济性；同时应避免电统长期受力过大或暴露在日晒雨淋的环境中，以避免绝缘老化或破坏；此外，电缆布置应尽可能避开高压线路及输变电设备，以减少干扰。33电缆及相关设备保护由于系统有遭受人为(如盗割)或非人为破坏（如鼠咬等）的可能性，电缆及相关设备的保护也是提高系统可靠性和长期稳定性的关键问题。为此，对坝外的电缆保护一般采用整体式镀锌钢管，这样也有利于防雷，坝内电缆采用PVC线槽保护，利于施工安装及维护。4 通讯方式的选择如果大坝有主坝和多座副坝组成，或由于其他原因测点较
13、为分散，为减少雷击和方便施工，系统可设计为无线通讯，如采用超短波等通讯方式。当采用中继方式进行总线通讯时，应采用带防雷设施的野外用中继器，或人工增加防雷设施。对于强雷击区或开阔地带的大坝安全监测自动化系统，可以采用光纤传感器及光纤通讯。5 系统的防雷设计 系统的防雷设计不仅包括系统设备本身及布置上的防雷设计，同时还包括避雷针、地网及接地装置等配套设施的设计。考虑到防雷抗干扰以及人身安全的需要，对于大坝安全监测自动化系统，必须要有良好的接地。其接地网不得与高压电器设备的接地合用，以免造成干扰；在接地体将雷电流导入大地是应能将雷电流均匀地分布出去，为此，应将接地装置做成环状并采取防锈蚀措施；在每个数据采集单元处应安装地网接地点；在接地前要进行接地电阻测试，测试结果需满足系统要求（一般4）；在坝外沿总线电缆和仪器电缆应用镀锌管做等电位连接，对于坝内可用扁铁；在电缆敷设时，应注意不用或少用架空线，多采用埋线及镀锌管保护；为防浪涌脉冲对系统的影响，系统设计时还应注意电源的隔离，在电源引入端一定要采用隔离、稳压措施，在系统信号接受端加接浪涌吸收器。此外，采用光纤传感器，是防雷设计中可以考虑的一种有效方式。第 1 页 共 4 页
