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丹江口初期工程混凝土坝监测自动化
作者:齐伟    文章来源:监测分场    点击数:3541    更新时间:2008-12-25

 丹江口初期工程混凝土坝监测自动化

  

 

(丹江口水力发电厂监测分场,湖北 丹江口 442700)

 

摘 要:简要介绍了丹江口水利枢纽工程,分析了丹江口实现监测自动化工作的必要性和可行性,详细叙述了丹江口大坝的自动化发展过程,对丹江口大坝引进的自动监测系统进行了介绍和运行分析,并对丹江口大坝今后监测自动化的发展趋势作出了展望。

关键词:丹江口大坝  监测自动化  监测系统  传感器

 

  一、引言

 

汉江丹江口水利枢纽工程是我国自行设计和自行建造的一座具有防洪、发电、灌溉、航运、养殖效率的大型水利工程。已建成的枢纽初期工程,设计蓄水位157米,校核洪水位161.4米,混凝土坝坝顶高程162米,最大坝高97米,混凝土坝为宽缝重力坝。工程从1958年开始施工,1968年第一台机组发电,1973年以后枢纽开始进入运行维护期。

丹江口水库属特大型水库,库容大,经济效益及社会效益显著。水库一旦失事,将危及汉江中下游及武汉市千百万人民的生命财产安全,后果不堪设想。因此,大坝的安全监测工作显得尤为重要。为保证大坝安全,便于正常运行管理,并为设计、科研工作提供实际资料,在混凝土坝和土石坝内外布置安装了各种观测设备,用于量测大坝安全运行情况。观测项目包括大坝变形观测、坝基扬压力及渗流量监测、坝体应力应变及温度监测、地震监测。在大坝运行前期,观测方法都是人工观测。当初期工程运行了20多年以后,不少监测设施开始陈旧老化和损坏。由于当时条件的限制,有些(如变形系统)观测方式和手段也显得落后,使得部分项目的测值精度不能满足部颁《混凝土坝安全监测技术规范》的要求。同时,人工观测还存在工作周期长,劳动强度大,观测数据难以及时整理分析,特别是在大洪水高库水位等紧急情况下,难以及时提供资料等问题,因而不适应现代管理的需要。为此,需对照《规范》要求对丹江口大坝监测设施和监测手段结合后期工程进行改进。

随着科学技术的不断进步,各种新科技、新技术也不断地进入大坝监测领域,自上世纪70年代以来,各国均致力于大坝安全监测技术的研究,各类先进的监测技术和新型的监测仪器设备大量涌现,大坝安全监控的理论和方法得到不断的完善和提高。

我国的混凝土大坝安全监测自动化工作始于70年代末,至今经过“六五”、 “七五”、“八五”、科技攻关,成功地研制了大坝安全监测自动化所需的传感器和自动化系统,在数十个工程应用中取得了巨大的社会效益和经济效益。广泛采用的传感器和仪器(如差动电阻式仪器、差动电容式仪器等)精度高、长期稳定性好并能适应恶劣环境。

近年来,国内外又开展了集散式及分布式数据采集系统的开发和应用,并且取得了很大的成功。并且随着微电子技术和计算机技术的飞速发展,国际测控界出现了模块化技术和虚拟仪器技术,其主要思想是硬件上实现低功耗、高速度、高集成度,整个测量单元安装在一个模块内,取消了所有的开关、旋钮、显示等环节而其功能由计算机来实现,通过操作计算机鼠标和键盘完成一切功能。这样,使系统配置更加灵活、可靠,功能更加强大。以国家电力公司电力自动化研究院大坝监测技术研究所为代表的研究生产单位利用测控技术的最新成果,研制成功了各类新型数据采集智能模块,具有可编程功能、可接入多种传感器、支持多种通信方式、强大的自诊断功能、功耗低并能适应恶劣环境,可方便地应用于分布式大坝安全监测系统。

同时,大坝安全监控管理系统软件平台已从DOS升级到WINDOWS98、WINDOWS NT、WINDOWS XP,具有在线监控、离线分析、大坝安全管理、网络系统管理、数据库管理、远程辅助服务等部分,包括数据的人工/自动采集、在线快速安全评估、大坝性态的离线性态分析、监控模型/分析模型/预报模型管理、预测预报、工程文档资料、测值及图形图象管理、报表制作、图形制作、辅助工具、帮助系统、远程辅助服务、演示学习系统等功能。这些情况表明,国内研制的混凝土大坝安全监测自动化技术已经成熟。并且自动化监测以其精度高、速度快、省工省力,并能任意加密测次,资料的连续性、实时性好等优点,使其越来越受到人们的欢迎。自动化监测技术在漫湾、新安江、龙羊峡等工程均有成功应用的经验。所以,丹江口工程作为国内大型水利水电工程之一,其大坝安全监测实现自动化是必要的,在技术上也是可行的。从85年至今二十多年的时间里,丹江口大坝的管理者也循序渐进地把一些新型的监测技术引入到丹江口大坝的监测工作中来,在混凝土坝监测中引进了多套自动化监测系统,为丹江口大坝的技术引进、设备改造积累了经验,同时也提高了管理手段。现将丹江口大坝监测工作向自动化方向的发展经历作一概述,为以后向自动化方向的发展提供一些经验和启示。

 

二、丹江口大坝引进的自动监测系统

 

㈠、青岛扬压力自动监测系统

1985年原水工厂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,在计算机技术高速发展的年代,该监测系统很快处于技术落后状态,运行一段时间后,系统即被淘汰。该套系统的引进为当时的监测自动化改造工作吸取了教训,但也积累了经验,为以后的自动化改造工作也奠定了一定的经验基础。

㈡、引进Sens-Log自动监测系统

⑴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

扬压力仪

振弦式