水電站大壩自動化監測的發展與展望
成曉婧  

摘要：結合水電站大壩實際應用情況，客觀評價了水電站大壩自動化監測的發展狀況，并提出了有關自動化監測的發展方向，在21世紀展望了水電自動化發展的美好前景與期望。
關鍵詞：大壩自動化 檢測 發展和展望
Abstract：dam practical application, an objective evaluation of the dam to monitor the development of automation and automated monitoring of the proposed development in the 21st century vision of the good prospects for the development of hydropower automation and expectations.
Keywords：automated；detection of dam；development and outlook
1大壩監測自動化發展狀況
1.1自動化監測項目
1.1.1變形
大壩變形是水電站大壩關鍵監測項目，有水平位移和垂直位移兩子項，大部分大壩設有壩頂水平、垂直位移觀測。混凝土壩一般在每個壩段設置測點。近幾年，對典型壩段水平位移較為注重，一般沿壩高布置三個以上測點。
1.1.2滲流
大壩滲流也是水電站大壩關鍵監測項目，有滲透壓力和滲流量兩子項。混凝土壩均在基礎廊道設置揚壓力觀測孔，每壩段一個測點；滲流量測點依照排水溝集水狀況確定，一般能測出分區和總滲流量。
1.1.3應力應變等內觀監測
大壩應力應變等內觀監測是水電站大壩通常性監測項目，只有一些關鍵測點才進入自動化監測，不少中低壩內觀監測都已封存或停測。
1.2自動化監測設備
1.2.1常用傳感器
水平位移
目前，在混凝土壩運用較廣的水平位移自動化監測設施是垂線、引張線。常用垂線、引張線坐標儀有電容式和步進電機式兩種，前者測讀速度快，但對環境需求高，且線體太長時中間極易偏離；后者測讀速度慢，但對環境需要不高，長期穩固性較好。
垂直位移
混凝土壩垂直位移大部分采取靜力水準系統實行自動化監測，觀測水平位移真空激光準直體系也能同時監測垂直位移。運用較多靜力水準儀有差動變壓器式、電容式和CCD式，其它類型如弦式、步進電機式等只在個別工程中運用。
揚壓力和地下水位
當前，運用最多是國外生產弦式滲壓計。小量程時可采取通氣式弦式滲壓計，但在潮濕氛圍中，難以確保通氣管干燥，所以，有些工程采取增設氣壓計等辦法對測值實行修正。壓阻式滲壓計在一些水電站也有所運用，它采用變送器后輸出標準電流或電壓信號，精度也較高，但其長期穩固性有待提升。
滲流量
當前運用較多是微壓傳感器，但因水壓過小，受大氣干擾過大，難以達成精度需要。用浮子式或超聲波等小量程高精水位計觀測堰上水頭可獲得較好成效，但超聲波水位計費用較高。容積法適用在流量小于1L/S狀況，也可采取類似雨量計儀器或電磁式流量計實行監測，但易受析出物影響，運用效果不佳。
應力、應變
近幾年，在一些大型水電工程中，采取進口或組裝弦式儀器逐步增加，它的精度和穩固性較高，輸出信號不易受干擾，以便長距離傳輸。此外，隨光纖傳感器國產化和價格下降，也有一些工程采取分布式光纖監測溫度和裂縫，采取光纖光柵傳感器監測壩體結構應力、應變等。
智能傳感器
智能傳感器是近幾年在工業測控領域中運用較多的帶有微處理器的新型傳感器，當前，在一些水電工程中也運用，如天荒坪山體水位采取自帶數據轉換和數字無線傳輸功能滲壓計，其特征是測點布置方便合理，可節約大量電纜敷設工作量，實際運用效果良好。
1.2.2量測控制設備
量測控制設備(MCU)是監測自動化系統核心設備。在實際運用時，只需依照傳感器類型選用對應模塊就能采用組合。MCU內都設有數據存儲芯片，以便在外部通信中斷時保存所采集數據。MCU內均設置蓄電池和電源管理裝置，當外部供電中斷時會自動切換給系統供電，平時自行從外部電源充電。MCU內也均設有防雷擊裝置，預防雷電通過傳感器連接線和數據通訊電纜引進MCU。個別廠家生產MCU還設有人工比測接口，觀測人員可直接用水工比例電橋等讀數儀表實行人工測讀，以便實行對比觀測。MCU和外界數據通信協議從基本上均是RS-485，標準節點數是32個，通信速率和距離成反比，1000m以內為9600bps。MCU和外界數據通信方式最常見是雙絞線，傳輸距離較遠時采取光纖，個別受地理條件限制不便敷設電纜采用無線通信，近年也有采取短信通訊。當前，隨光纖通信成本下降，已有很多工程采取光纖。
1.3軟件
大壩監測自動化系統軟件一般涵蓋采集軟件和監測信息管理軟件兩部分。當前，大多數監測軟件均在中文操作系統上運用，但有些國外系統運用軟件定要在英文操作系統上才能正常運用。為方便操作，采集軟件界面通常都比較直觀，測點位置、大壩剖面圖等在窗口上一目了然，觀測人員能方便點擊測點實行采集等操作。此外，系統基本特點參數、測點屬性、計算公式等均儲存在此數據庫中，有些系統甚至把和MCU通信指令也儲存在此數據庫上。近幾年，國家電力監管委員會大壩監察中心在全面調研水電站大壩監測自動化改造實施和運行狀況及充分掌握行業需求根本上，有針對性開發出全新大壩監測信息和水工監測管理軟件，并在十多座大型水電工程中使用且反映良好，隨大壩運行信息管理工作推動，將會在更多工程中使用。
2展望
當前，我國水電站建設形勢大好。隨電力結構調整，西部開發力度將加強，西電東送戰略逐漸實行，其南線工程中的洪家渡、引子渡及烏江渡擴機等已相繼開工；十五規劃主要項目有云南小灣(420萬kW)、青海公伯峽(330萬kW)、新疆吉林臺一級(46萬kW)等電站；2001年開工有龍灘、公伯峽、浙江桐柏抽水蓄能電站和貴州三板溪電站等，預計達到1000萬KW。此外，溪洛渡、向家壩、糯札渡、積石峽、瀑布溝、獨松、構皮灘、惡灘、錦屏、虎跳峽、白宏鳥灘等水電站前期工作亦將開始。到2005年，我國水電總裝機容量將達到1000TW。到2011年，我國水電開始建設一百周年，據統計百年來我國共建設大型水電站100座。前50年我國只建成了2座大型水電站，到改革開放后的2007年大型水電投產達到7座，2008-2009年每年更是高達到12座，到今年進行大型投產有一座。經過幾十多年努力，我國水電廠自動化技術已接近世界先進水準，在國際招標中已有一定競爭力。但同時應清醒認識到差距存在，這體現在設計思想、軟件組織、工藝水準等各個層面。所以，我們要善于找出、消除差距，掌握有關技術發展趨勢，并及時運用在實踐中，讓我國水電廠自動化技術真正處在世界領先行列。
3結語
電力系統對水電站大壩工作非常關鍵，已有近60%水電站大壩部分或全部實現監測自動化，在水電廠生產中發揮主要功能。盡管大壩監測自動化取得很大成績，但仍存有不少問題，系統可靠性、穩定性、有效性、針對性等有待進一步加強，監測人員業務水準有待進一步提升。隨全社會科技加快進步，預計將有大量自動化監測新技術和新產品推廣運用，水電站大壩監測自動化必將在實用化根本上向智能化發展，電力系統水電站大壩運行信息管理水準也會上一個新臺階。
參考文獻：
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[2]陳向榮，李海文，張晶晶.長湖水電廠監控系統更新改造特點[J].水電自動化與大壩監測，2007年04期