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官地水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃

文檔作者：董瑜斐1 王界雄1 王曉2 文檔來(lái)源： 1．中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 2．四川省清源工程咨詢有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年11月23日
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水電站設(shè)計(jì)
D H P S
第28卷第4期
20l 2年12月
官地水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃
董瑜斐1，王界雄1，王曉2
(1．中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都610072；2．四川省清源工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都610072)
摘要：介紹官地水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)包括自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信息管理及綜合分析
系統(tǒng)兩大部分。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用分布式、三級(jí)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型式；信息管理及綜合分析系統(tǒng)包括了信息管理、監(jiān)測(cè)成
果綜合分析評(píng)價(jià)、在線監(jiān)測(cè)信息反饋以及遠(yuǎn)程服務(wù)四大系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化系統(tǒng)；自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集；信息管理；綜合分析
中圖法分類號(hào)：TV698．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003—9805(2012)04—0077—03
1安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的必要性
安全監(jiān)測(cè)工程自動(dòng)化是20世紀(jì)60年代發(fā)展起
來(lái)的全新的監(jiān)測(cè)技術(shù)，它隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊和微
電子技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以盡
量避免數(shù)據(jù)的人為干預(yù)、大量減輕人工工作量、實(shí)時(shí)
高效地采集數(shù)據(jù)、及時(shí)生成管理和工作報(bào)表。
官地水電站樞紐位于四川省涼山彝族自治州的
雅礱江打羅灣河段上，其樞紐建筑物主要由左右岸
擋水壩(碾壓混凝土重力壩)、壩身泄洪底流消能建
筑物(中孔壩段和溢流壩段、消力池)、右岸引水系
統(tǒng)及地下廠房發(fā)電系統(tǒng)組成。碾壓混凝土重力壩壩
頂高程l 334m，最大壩高168m，壩頂長(zhǎng)度516m，共
分24個(gè)壩段。官地水電站共裝4臺(tái)單機(jī)容量
600MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量2 400MW。
由于工程規(guī)模大、建筑物分散，故電站樞紐需要
監(jiān)測(cè)的范圍廣、測(cè)點(diǎn)多，若僅采用人工數(shù)據(jù)采集及其
管理則觀測(cè)精度和頻次受限，將難以保證數(shù)據(jù)的可
靠、實(shí)時(shí)和一致性，使后期運(yùn)行管理工作難以適應(yīng)電
廠“無(wú)人值班、少人值守”現(xiàn)代企業(yè)管理的需要，同
時(shí)也不能達(dá)到大壩安全管理相關(guān)法律法規(guī)及規(guī)程規(guī)
范的要求。因此，必須建立一套可靠的安全監(jiān)測(cè)自
動(dòng)化系統(tǒng)，以適應(yīng)工程安全監(jiān)測(cè)的需要，實(shí)時(shí)對(duì)各建
筑物的安全狀況作出有效評(píng)價(jià)。
2監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成
目前國(guó)內(nèi)外安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括自動(dòng)
化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)信息管理及綜合分析系
統(tǒng)。
2．1 自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
目前國(guó)內(nèi)外采用的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可分為
集中式、分布式、混合式三類。集中式主要適用于中
小型工程。分布式采集系統(tǒng)將MCU(測(cè)量控制單
元)分散布置在靠近儀器的地方，靈活性較強(qiáng)，MCU
可完成所轄測(cè)點(diǎn)的控制測(cè)量、A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)暫存
和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋；旌鲜绞墙橛诩惺胶头植际?
之間的一種采集方式，它具有分布式布置的外型，而
采用幾種方式進(jìn)行采集。
自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能是按照相關(guān)設(shè)
置，把分布在建筑物的各類監(jiān)測(cè)傳感器標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)
準(zhǔn)的幾何及物理量信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的采集、傳輸?shù)街?
定的存儲(chǔ)設(shè)備上并按照一定的格式進(jìn)行儲(chǔ)存。一般
情況下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為兩級(jí)：其一為采集模塊通
過(guò)和傳感器類型相匹配的激勵(lì)模式電路和A／D數(shù)
模轉(zhuǎn)換電路，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采
集、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)；其二為上位機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
對(duì)采集模塊進(jìn)行操作、控制，將觀測(cè)數(shù)據(jù)以數(shù)值量的
方式傳輸?shù)街付ǖ拇鎯?chǔ)設(shè)備上并按照一定的格式進(jìn)
行儲(chǔ)存。采集系統(tǒng)中通訊主要功能是根據(jù)相關(guān)協(xié)議
建立各設(shè)備之間的物理聯(lián)系進(jìn)行信息傳遞，主要包
括數(shù)據(jù)采集裝置和傳感器之間、數(shù)據(jù)采集裝置與監(jiān)
測(cè)管理站之間、監(jiān)測(cè)管理站與監(jiān)測(cè)中心站之間、監(jiān)測(cè)
中心站與流域管理站之間的通訊。
2．2安全監(jiān)測(cè)信息管理及綜合分析系統(tǒng)
安全監(jiān)測(cè)信息管理及綜合分析系統(tǒng)主要功能是
對(duì)所有觀測(cè)數(shù)據(jù)以及與安全有關(guān)的文件、施工資料
收稿日期：2010—08—16
作者簡(jiǎn)介：董瑜斐(1982一)，男，山西長(zhǎng)治人，助理工程師，主要從事水電工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)工作。
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
等進(jìn)行科學(xué)有序的管理、整理整編與綜合分析，并最
終對(duì)分析成果、原始信息等以可視化的方式輸出，為
實(shí)時(shí)掌握工程的運(yùn)行狀況提供有效的參考依據(jù)。
3安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃
3．1接入自動(dòng)化系統(tǒng)的部位和項(xiàng)目
對(duì)官地水電站工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)
劃，首先確定必須接入自動(dòng)化系統(tǒng)的部位及項(xiàng)目。
綜合考慮監(jiān)測(cè)部位的關(guān)鍵性、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的重要
性，并對(duì)照儀器考證資料和測(cè)值綜合判斷儀器可靠
性后確定：大壩、引水發(fā)電系統(tǒng)為自動(dòng)化系統(tǒng)的重點(diǎn)
部位，同時(shí)，左右岸邊坡和壩前左岸覆蓋層邊坡的監(jiān)
測(cè)儀器也接人官地自動(dòng)化系統(tǒng)。需要人工觀測(cè)的其
余監(jiān)測(cè)項(xiàng)目按照相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)。
各接入自動(dòng)化系統(tǒng)的部位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括應(yīng)
力應(yīng)變、溫度、變形、滲流滲壓、水位、GPS系統(tǒng)和強(qiáng)
震監(jiān)測(cè)等。監(jiān)測(cè)儀器種類比較齊全，包括應(yīng)變計(jì)、無(wú)
應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、鋼板計(jì)、測(cè)縫計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索
測(cè)力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、滲壓計(jì)、水位計(jì)、溫度計(jì)、測(cè)溫
光纖等。擬接人自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器總計(jì)2 346
個(gè)，傳感器類型主要有差阻式、振弦式及部分標(biāo)準(zhǔn)量
式。
3．2監(jiān)測(cè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
官地水電站工程規(guī)模大、建筑物分散、監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)
數(shù)量多易受外界干擾，故本工程監(jiān)測(cè)自動(dòng)化采集系
統(tǒng)采用分布式、多級(jí)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型式。
官地水電站監(jiān)測(cè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按監(jiān)測(cè)
站、監(jiān)測(cè)管理站和監(jiān)測(cè)中心站三級(jí)設(shè)置，擬實(shí)現(xiàn)流域
安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中心站相關(guān)遠(yuǎn)程管理
工作。
(1)監(jiān)測(cè)站。主要作用是數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)監(jiān)測(cè)
傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、電源管理及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上
傳和接收監(jiān)測(cè)管理站上位機(jī)的控制指令。各建筑物
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站的規(guī)劃設(shè)置，主要根據(jù)建筑物布置和施
工期監(jiān)測(cè)儀器電纜走線情況等因素考慮。根據(jù)樞紐
建筑物布置特點(diǎn)及監(jiān)測(cè)管理站的環(huán)境要求，監(jiān)測(cè)儀
器相對(duì)集中的部位集中設(shè)置監(jiān)測(cè)站的布置原則，并
考慮交通、通風(fēng)及無(wú)干擾且遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾設(shè)備等
因素，規(guī)劃官地水電站大壩及壩基設(shè)置8個(gè)監(jiān)測(cè)站、
引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)監(jiān)測(cè)站、工程邊坡及滑坡設(shè)
置4個(gè)監(jiān)測(cè)站。根據(jù)接入儀器傳感器類型，各監(jiān)測(cè)
站配置的數(shù)據(jù)采集模塊有所不同，主要有差阻式采
集模塊、振弦式采集模塊及標(biāo)準(zhǔn)量?jī)x器采集模塊三
種。
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(2)監(jiān)測(cè)管理站。主要功能是數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)
通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)并進(jìn)行
轉(zhuǎn)換、按規(guī)定的格式統(tǒng)一存放在原始和整編數(shù)據(jù)庫(kù)
中，并接收監(jiān)測(cè)管理中心站上位機(jī)的相關(guān)指令及對(duì)
數(shù)據(jù)采集裝置下達(dá)控制指令。根據(jù)建筑物現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)
站的規(guī)劃，電站監(jiān)測(cè)管理站擬設(shè)置在大壩壩頂、副廠
房?jī)商?。監(jiān)測(cè)管理站主要配置工控機(jī)、總線中繼器、
光端機(jī)、通訊光纜、不間斷電源等。
(3)監(jiān)測(cè)中心站。主要功能是通過(guò)安全監(jiān)測(cè)信
息管理及綜合分析系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)管理站自動(dòng)采集、其
它半自動(dòng)、人工測(cè)讀的數(shù)據(jù)、工程所有與安全監(jiān)測(cè)相
關(guān)的文檔資料進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，且通過(guò)安全監(jiān)測(cè)
綜合分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料的初步分析和發(fā)布
工作，并根據(jù)初步分析成果反饋給監(jiān)測(cè)管理站的采
集計(jì)算機(jī)相關(guān)控制指令，同時(shí)須具有遠(yuǎn)程服務(wù)功能。
監(jiān)測(cè)管理中心站規(guī)劃在業(yè)主永久營(yíng)地，監(jiān)測(cè)中心站
具備有適合工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，具備良好的接地、防雷、
抗干擾功能，具備凈化電源和不間斷電源，確保系統(tǒng)
穩(wěn)定供電。有較高運(yùn)算速度和較大存儲(chǔ)容量的PC
機(jī)和服務(wù)器，并配有必要的外設(shè)。
監(jiān)測(cè)站(測(cè)量控制單元MCU)與監(jiān)測(cè)管理站之
間采用總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接。目前MCU主要是單
片機(jī)原理，監(jiān)測(cè)管理站的主要功能是對(duì)MCU下指
令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，兩者交互性不強(qiáng)，因此，通信模式
擬采用國(guó)內(nèi)廠家較成熟的RS一485模式；監(jiān)測(cè)管理
站與管理中心站之間擬采用樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，通
信模式采用Ethernet，以方便后期實(shí)現(xiàn)與電廠MIS
系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的接口。官地水電站工程樞紐
區(qū)各級(jí)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊方式示意見(jiàn)圖1。
圖l 官地水電站樞紐區(qū)各級(jí)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊示意
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
監(jiān)測(cè)管理中心站、監(jiān)測(cè)管理站和監(jiān)測(cè)站的電源，
采用交流電供電。監(jiān)測(cè)管理中心站和監(jiān)測(cè)管理站配
置交流不問(wèn)斷電源，輸入交流380V回路引自各自
的配電設(shè)備，輸出220V對(duì)站內(nèi)設(shè)備供電，監(jiān)測(cè)管理
站還提供對(duì)所有監(jiān)測(cè)站的交流供電回路。大壩、引
水發(fā)電系統(tǒng)及工程邊坡的監(jiān)測(cè)站，擬采用引自監(jiān)測(cè)
管理站220V交流電集中對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電。為了保
證系統(tǒng)的安全暢通，對(duì)監(jiān)測(cè)管理中心站、監(jiān)測(cè)管理站
和監(jiān)測(cè)站設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)和接地措施，在電源防雷、
通信防雷方面通過(guò)加裝相關(guān)防雷器實(shí)現(xiàn)。
3．3 監(jiān)測(cè)信息管理及分析系統(tǒng)
安全監(jiān)測(cè)信息管理及綜合分析系統(tǒng)的相關(guān)功能
應(yīng)較為成熟、先進(jìn)，滿足不同階段對(duì)監(jiān)測(cè)成果初步分
析的要求。官地水電站安全監(jiān)測(cè)信息管理及分析系
統(tǒng)主要包括三部分，一是信息管理系統(tǒng)；二是監(jiān)測(cè)成
果綜合分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)；三是遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)。
信息管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)錄入和監(jiān)測(cè)資料的
管理，將工程自建設(shè)以來(lái)的不同部位所有自動(dòng)采集、
人工觀測(cè)資料、規(guī)程規(guī)范、圖紙、技術(shù)報(bào)告、各種報(bào)表
及工程檔案等納入本系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。
安全監(jiān)測(cè)綜合分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)主要包括信息可視
化系統(tǒng)、圖形報(bào)表生成、信息查詢、離線分析及監(jiān)測(cè)
成果判別功能等，滿足一般數(shù)據(jù)的計(jì)算分析、報(bào)表制
作、曲線繪制、查詢和Web發(fā)布、資料分析等。
遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程管理和監(jiān)測(cè)信息定時(shí)上
報(bào)功能。官地水電站安全監(jiān)測(cè)信息上報(bào)(同步)流
域安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)中心，流域安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)中心可通
過(guò)安全監(jiān)測(cè)信息管理及分析系統(tǒng)客戶端、web等方
式對(duì)官地水電站安全監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方遙測(cè)等有關(guān)管理
工作。同時(shí)，遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)具備定時(shí)向流域中心
自動(dòng)報(bào)送相關(guān)監(jiān)測(cè)信息并傳送相關(guān)監(jiān)測(cè)信息到電廠
MIS系統(tǒng)的功能。其工作主要包括：特定端口的機(jī)
器通過(guò)C／S模式能遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)采集機(jī)，實(shí)現(xiàn)命令
修改、采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，一般授?quán)用戶通過(guò)B／S模
式遠(yuǎn)程瀏覽現(xiàn)場(chǎng)web服務(wù)器的相關(guān)信息。
4結(jié)束語(yǔ)
縱觀國(guó)內(nèi)外水電站安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展情勢(shì)，
監(jiān)測(cè)自動(dòng)化已成為必然趨勢(shì)。本文對(duì)官地水電站工
程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)，以期提供
實(shí)時(shí)、高效、可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對(duì)各建筑物的安
全狀況作出有效評(píng)價(jià)。隨著水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化
系統(tǒng)的不斷改進(jìn)及發(fā)展，官地水電站工程安全監(jiān)測(cè)
自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)、不斷改善，以保障樞紐工程
發(fā)揮出更大的效益。
c乞莖蘭雀。《黯1bc=60x 1．732(AA)／4．爹結(jié)果善置保護(hù)動(dòng)作報(bào)告相符。，Bc=60×1．732(A) 113開(kāi)關(guān)電流矢量圖。u、三宿
圖7 Y側(cè)電流相位調(diào)整后的151、113開(kāi)關(guān)
B相電流矢量圖
圖8為差動(dòng)保護(hù)裝置通過(guò)軟件進(jìn)行相位幅值調(diào)
整后得出的B相差流。
，Bc=60×1．732(A)、k=60×1．732㈧、
151開(kāi)關(guān)電流矢量圖’ 1 13開(kāi)關(guān)電流矢量圖
’
(B、C相接線錯(cuò)誤)
圖8相位幅值調(diào)整后的B相差流
得到B相差流：厶b=IBc-I-k=60×1．732+60
×l。732=208(A)>180A，所以B相差動(dòng)動(dòng)作。
C相同A相，所以c相差動(dòng)不動(dòng)作。
綜上所述，內(nèi)橋接線變電站的施工改造要徹底，
不留安全隱患；調(diào)試、測(cè)試項(xiàng)目要做齊全，施工班組
和上級(jí)部門(mén)做好必要的溝通，避免引起誤解。對(duì)改
造過(guò)程要全方位掌控，對(duì)改造后的實(shí)際情況要高度
重視。這樣才能將隱患消滅于萌芽狀態(tài)，防止事故
的重復(fù)發(fā)生。
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