龙滩水电站安全监测自动化系统的设计及施工

程纲为,帅永建,汤 荣

(1.龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300;2.中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都610081)

龙滩水电站安全监测自动化系统的设计及施工

程纲为1,帅永建2,汤 荣2

(1.龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300;2.中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都610081)

详细介绍了龙滩水电站安全监测自动化系统的布置设计、组织架构、设备选型、接引施工、安装调试、数据的导入与处理等成功经验。实践证明,该自动化系统运行稳定、测读迅速、与人工比测符合性良好。

安全监测；自动化系统；设计；施工；龙滩水电站

1 工程概况

龙滩水电站监测项目种类齐全,包括环境量监测、变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测、强震监测、水力学监测等。为代替和减轻人工观测工作,通过自动化的功能以及时准确的收集大坝内监测仪器所获得的大坝内的监测信息,实时掌握大坝运行状况,在充分借鉴监测自动化系统技术发展的先进经验,组织了龙滩安全监测自动化系统的设计和施工,建成系统指标先进、运行可靠。

安全监测自动化系统分为混凝土大坝及右岸导流洞子系统、左岸高边坡子系统和左岸地下引水发电系统子系统。其中大坝子系统主要是由挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段、进水口坝段、通航坝段(包括基础灌浆廊道与基础排水廊道)及转弯坝段等建筑物的观测仪器及设备组成。

2 安全监测自动化系统的设计

龙滩水电站安全监测自动化系统设计接入仪器数量1 581支,其中混凝土大坝及右岸导流洞子系统804支、左岸地下输水发电系统子系统577支、左岸高边坡子系统200支。

监测自动化系统由各种类型传感器、测量控制单元(MCU)、数据传输线路和中央控制室组成。传感器包括测缝计、渗压计、应力应变计、钢筋计等；测量控制单元(MCU)设在大坝、左右岸边坡及左岸地下输水发电系统的监测测站内,用于对各种传感器进行数据采集和存储并与中央控制室计算机发送指令和数据传输,实现实时监测。

整个系统采用基康公司的安全监测自动化系统,数据采集管理软件采用基康公司的BGKlogger.net大坝安全信息管理系统。系统由各测站数据采集单元DAU(集线箱)、供电网络、通讯网络、监测设备管理站及监测中心站组成。

整个现场网络采用RS485及光缆通信,自动化系统数采集单元所采集的数据经RS485传输并放大后转换为光信号,经光纤传送至位于龙滩电厂中控楼监测管理站内的自化系统数据采集/管理计算机；通过龙滩电厂中控楼与塘英基地之间的局域网将采集计算机中的数据备份至安装于塘英基地的监测中心站内的备份服务器。

为了保证安全监测自动化稳定、可靠的运行,方便系统的管理、现场线路的敷设、后期的维护保养等工作的开展,安全监测自动化系统采用分布式、多级连接的网络结构形式设计组网如图1所示。

图1 系统结构拓扑示意

混凝土大坝监测自动化子系统(A子系统)共计设置21个现场监测站、左岸地下输水发电监测自动化子系统(地下厂房子系统)共计设置21个监测站、左岸高边坡监测自动化子系统(左岸边坡子系统)共设置9个现场监测站。

自动化系统数据管理站主要分为自动化设备站及中心站两个站,其中自动化系统设备站位于于龙滩电厂中控楼三楼自动化系统机房,中心站位于龙滩电厂塘英基地机房。

考虑到地下厂房、大坝廊道环境潮湿,摒弃了传统设计的镀锌机柜,自动化设备选用不锈钢机柜。

以往设计的供电电源多采用普通电缆,从安全角度考虑,本自动化系统改用阻燃电缆(芯数×标称截面：2芯×4 mm2),结构形式为圆形压紧(压紧系数≥0.9),铠装层采用镀锌钢带(厚度0.2～0.8 mm),钢带层数为2层。

3 安全监测自动化系统施工

3.1 设备采购及安装调试

安全监测自动化系统设备采购及安装调试工程工作内容：

(1)工程安全监测自动化系统设备(包括备品备件)的采购、出厂前检验测试、包装运输、到货验收、保管、安装前的检验及测试等,系统监测仪器电(光)缆敷设、系统软件安装调试。监测数据库建立、人工比测(配合)、验收及相关服务等。

(2)对接入系统的监测仪器进行全面测试和鉴定。

(3)对监测设施进行自动化建设,所需要的仪器设备的采购、检验率定、电缆敷设以及接入安全监测自动化系统等所需的相关工作。

3.2 施工程序

自动化系统设备站及中心站的设备根据合同及设计要求报批采购到场后,对所有设备进行组装即完成设备站及中心站的设备安装工作。软件安装主要为安装自动化系统采集软件BGKDataLogger.net及大坝中心软件iDam并进行相应的数据录入工作。

3个监测自动化子系统施工程序椐据自动化系统所需安装的仪器设备不同而大同小异,以大坝子系统内监测自动化系统的施工为例,其施工程序如下：

(1)分层分廊道进行自动化系统光缆及电缆安装。

(2)根据每个测站须接入的仪器数量,安装满足仪器接入数量的自动化系统集线箱(数据采集箱)。

(3)将电源电缆接入自动化系统集线箱、进行光缆终端盒安装和光缆跳线的熔接。

(4)安装光端机及中继器,并将光纤跳线集自动化集线箱的通信线与光端机及中继器进行连接。

(5)接入大坝内的监测仪器并对接入的仪器挂标志牌。

(6)安装管理站和中心站的工控机及自动化数据采集软件

(7)对整个系统进行调试并进行数据采集。

图2 数据处理系统结构

3.3 施工重点

(1)电源线及信号线的敷设。目前电源电缆及数据信号传输的光缆的产品已成熟,产品的参数及性能按照国家相关规范制造都能满足现场施工要求。水电工程潮湿、阴暗复杂的环境影响到安全监测自动化系统的电源电缆及数据信号传输光缆的敷设方式,电缆及光缆采用Ф25 mm的PVC管或镀锌钢管进行穿管保护,并利用现场机电桥架(廊道内)、塑料膨胀螺栓带线卡(廊道内)或者通过钢膨胀螺栓(边坡)进行固定,并规划为横平竖直,整齐美观。

(2)光纤的熔接及信号的放大。按照规范的要求对安全监测自动化系统的数据限号传输光缆采用熔接套装,对光纤进行现场熔接。为了保证数据的正常、有效的传输,在水电工程阴暗、潮湿、震动、电辐射、电磁感应等复杂的条件下,需要采用减震、防潮、屏蔽等措施,比如现场重点考虑水轮机层电器设备产生的震动影响、排水廊道渗水的影响等。

4 安全监测自动化系统的数据处理

安全监测自动化系统实际接入仪器1 449个测点，其中,混凝土大坝及导流洞子系统810个测点；左岸地下输水发电系统子系统469个测点；左岸高边坡子系统170个测点。数据处理系统采用基康公司BGKLogger.NET信息管理系统,其结构如图2所示。

4.1 测点的管理

(1)测点必须在监测项目或者测点分组下。

(2)测点分组必须在监测项目下。

(3)创建测点前,必须创建并选择相应的监测项目或测点分组。

(4)同一个监测项目或测点组内测点名称不能重复。

(5)不同归属的测点可重名。

4.2 数据的录入

安全监测仪器的数据可以通过人工录入原始数据、Excel数据导入、自动化系统数据直接导入等方式进行安全监测自动化系统。

4.3 资料整编

在安全监测自动化系统中通过选择资料整编模板、设置整编工程部位及数据范围、自动生成自动化系统监测整编报告、进行整编报告的逐项审核等工作进行安全监测资料的整编。

5 结语以及建议

龙滩水电站安全监测自动化系统于2016年3月全部调试实施完成,并且部分测站已运行了一段时间,所有自动化系统开始进行试运行阶段,通过试运行过程中的不断调试、故障的及时发现与排除,为掌握工程的实际运行形态和充分发挥工程效益提供了有力的保障。

本系统建成后,至今已经顺利运行1年多时间,除了系统检修,工作人员不再频繁到坝顶、廊道等地段工作,保证了工作人员的安全,降低了劳动强度。同时由于系统全自动采集数据和处理监测数据,降低了工作人员的劳动强度,杜绝人为误差。另外,监测系统数据库与大坝中心数据库对接,监测数据处理后自动传输至大坝中心,保证大坝中心随时掌控大坝安全运行状态,能直接、快速的对大坝安全问题进行诊断。

本系统在充分借鉴国内监测自动化系统技术发展的先进经验,并结合龙滩安全监测系统的特点,进行了科学合理的设计和施工方案的优化,建成系统指标先进、运行可靠。系统在国内已有的技术基础上,进行了性能改进和调整,给其他流域发电公司大坝安全监测提供了技术参考,并方便了各级主管单位领导利用计算机网络能方便的看到电站的大坝安全运行状态,保证安全生产。

[1]陈宏伟. 彭水水电站枢纽工程安全监测自动化系统建设[C]∥2013年中国水力发电工程学会大坝安全监测专委会年会暨大坝安全评价技术交流会论文集, 2013: 479- 484．

[2]韩笑, 李强. 大坝安全监测自动化系统改造施工中关键问题的讨论[C]∥2013年中国水力发电工程学会大坝安全监测专委会年会暨大坝安全评价技术交流会论文集, 2013: 461- 467．

[3]梁志海, 梁若霖. 观测自动化在水丰水电站主坝上的应用[C]∥2013年中国水力发电工程学会大坝安全监测专委会年会暨大坝安全评价技术交流会论文集, 2013: 485- 490．

(责任编辑 高 瑜)

《脱贫攻坚能源政策研究报告》成果已报送国家能源局

经征求国家能源局发展规划司意见，根据课题研究合同规定，水电水利规划设计总院承担的《脱贫攻坚能源政策研究报告》成果2016末已报送国家能源局。

受国家能源局委托，水电水利规划设计总院于2016年8月开始承担脱贫攻坚能源政策研究任务。我院高度重视该项研究工作，组织了水库移民、规划、新能源等专业的专家，并邀请了中国国际扶贫中心等单位专家，成立了脱贫攻坚能源政策研究课题组。我院龚和平副院长任课题组组长，多次带队赴国家能源局汇报课题研究成果，指导研究报告编写工作。

水电水利规划设计总院在能源行业的水电、新能源等方面是强项，但对煤汽油等能源是弱项，而且对扶贫领域也相对陌生。课题组克服时间紧、任务重、领域新等困难，发扬不畏艰难、连续作战的优良作风，充分发挥水电新能源专业的传统优势、恶补扶贫领域短板，通过查询分析已有资料、主动拜访收集信息、信函征集意见建议、专家团队集体研讨等多种形式，开展分析研究和报告撰写工作。

课题组根据国家对脱贫攻坚的目标要求，结合当前能源发展“十三五”规划的新形势、新要求，通过对能源资源开发、设施建设、经营管理、效益分配等方面进行了分析研究，探讨了能源行业帮助实现脱贫攻坚的路径，提出了具体的能源扶贫措施建议，编制形成了《脱贫攻坚能源政策研究报告》。研究过程中，研究成果顺利通过了国家能源局组织的中期检查，得到了国务院扶贫办开发指导司、能源局发展规划司等有关领导和专家的充分肯定，并在2016年12月中旬广泛征求了青海省能源局、甘肃省通渭县人民政府、中国华能集团公司等地方政府、能源主管部门、项目法人单位共计14家单位领导、专家的意见和建议。成果内容设置为8章，共计5万余字。研究认为，借力能源项目可以在扶贫领域有所作为，主要集中在水电、光伏、农村电网改造升级工程等项目，可在留存电量、发电量、上网电量、电价等方面出台相关鼓励政策，在资产收益、有关税费分配使用方面可进行探索试点，但同时也需要主管部门对能源扶贫政策进行督查落实，对实施过程中已暴露出的问题进行全面系统性地回顾总结。

(彭幼平)

Design and Construction of Automatic Safety Monitoring System for Longtan Hydropower Station

CHENG Gangwei1, SHUAI Yongjian2, TANG Rong2

(1. Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China; 2. Sinohydro Bureau 7 Co., Ltd., Chengdu 610081, Sichuan, China)

The layout design, organization structure, equipment selection, connection construction, installation and commissioning, and data import and processing of automatic safety monitoring system for Longtan Hydropower Station are introduced in detail herein. The actual monitoring shows that the automatic safety monitoring system is stable in operation, fast in data monitoring and read, and have good compliance with artificial monitoring results．

safety monitoring; automation system; design; construction; Longtan Hydropower Station

2017- 02- 18

程纲为(1973—),男,陕西石泉人,工程师,主要从事水电站水库水情调度及电厂基建工作．

TM621.6(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0085- 04