水电站安全监测系统论文

摘要：安全监测自动化系统对于水电站的运行及管理有着极为重要的意义。为了能够最大限度发挥水电站的工作效率及管理功能，应该加强对于安全监测自动化系统的施工建设。

前言

水电站安全监测自动化系统设计施工是监测水电站的实际变形、温度和应力状态等监测项目的重要依托手段，其研究成果可有效反馈设计，指导工程运行。事实证明，大坝水电站安全自动化监测应用的深度和广度正在不断扩大，前景越来越广阔，施工期进行安全监测自动化系统建设对工程尤其是大型工程有着重要的意义。

1监测系统体系的构建

某水电站工程安装有各种监测仪器3000多支，其中内部观测仪器主要为振弦式，外部变形监测垂线坐标仪为CCD式，静力水准仪为振弦式，新近又安装有渗压计78支、量水堰仪10套。接入安全监测自动化系统（下面简称本系统）、实现自动化监测的测点数量为1130。本系统采用南京南瑞集团公司（下面简称南瑞）的DAMS-IV型安全监测自动化系统作为平台进行系统建设。

2系统结构、组成与主要功能的设计 2.1系统结构

某水电站枢纽区工程安全监测自动化系统为三层网络模式，第一层为安全管理中心站数据存储服务器到各客户端形成的数据服务网络层，第二层为采集服务器到各子系统管理中心形成的通信网络层；

第三层为各子系统DAU2000采集单元到各传感器组成的现场采集网络层。现场采集层分为多个子系统，各个子系统根据传感器位置及测站位置进行优化布置，形成后通过光缆及网络设备与机房管理中心站连接形成某水电站枢纽区工程安全监测自动化系统。现场采集层子系统分为四大部分：大坝及厂外排水洞子系统（大坝）、厂房及岩锚梁子系统（厂房）、通航及左岸边坡子系统（左边坡）、右边坡及尾闸子系统（右岸）。各子系统之间采用光缆进行通信。每个子系统内由若干个DAU2000 采集单元及接入的传感器组成，采集单元之间用屏蔽双绞线及电源线进行分布式连接，采用RS-485通信方式。DAU采集单元与传感器之间采用专用的仪器电缆连接。现场子系统组网后连接到机房中控室监测中心，监测中心由采集服务器、数据服务器及客户端等组成，数据采集存储到服务器后再由数据服务器上传至杭州大坝中心。系统网络结构的设计充分考虑了后期系统的接入方式和网络的连接方式，可根据需要进行网络扩展，并为安全评判决策支持系统提供信息。

2.2系统组成

本系统建设包含了监测中心建设、大坝子系统内各个测站建设、厂房子系统内各个测站建设、左右岸子系统内各个测站建设以及相关仪器安装、接入等工作。监测中心设备包含1套网络通信设备、2套工程师工作站、1套数据库服务器、1台采集服务器、2台机柜、1台交换机以及1套电源设备等。同时监测中心配置1套南瑞公司的DSIMS大坝安全监测信息管理系统软件和SQLServer 数据库、光纤通信设

备等。本系统的DAU测站共计33个，包括1号危岩体等新增测站。共布置50台DAU2000采集单元，89个NDA系列采集模块，包括82个振弦式仪器数据采集模块NDA1403、2个差阻式仪器采集模块NDA1104、5个标准量仪器采集模块NDA1514。接入本系统的测点共计1130个，包括78支渗压计、10台量水堰、16台垂线坐标仪、10台静力水准仪、1016支内观仪器。

2.3系统功能

本系统功能强大丰富，在此仅就其关键功能简单介绍如下： （1）数据采集单元具有定时自动测量、巡测、选测、单点复测以及自检功能。

（2）具有中央控制方式和自动控制方式。各DAU测站的数据采集装置可被动进行巡测、单点测量或自动按设定时间进行巡测、存储，并将所测数据送到MS1数据采集站的通信前置计算机并存入数据库。

（3）实现早期已安装系统数据库移植，将其通信前置机采集到的DAU测量数据导入MS1采集站的数据库。

（4）系统数据库支持海量数据存储和热备份，支持扩展。 （5）具有人工观测数据和历史测量数据录入接口。 3自动化系统设计解决方案 3.1分布式系统设计解决方案

本系统测点多、分布广，仪器种类齐全、输出信号各异，接入难度大。接入本系统的1130个测点分布在某水电站枢纽区工程各个位置，按照区域划分主要部位有大坝建筑物（廊道、竖井等）、引水发

电系统（进水口、发电机组、岩锚梁、厂外排水洞、尾闸等）、通航系统（升船机、渡槽、上闸首等）、左右岸边坡。仪器种类有应变计（组）、钢筋计、测缝计、渗压计、锚索测力计、位移计（组）、量水堰、垂线坐标仪、伸缩仪、静力水准仪等，各个部位均有不同种类的仪器，仪器数量多且分散。针对本系统的这些特点，分布式数据采集系统按区域适当划分，是一种合理优化的解决方案。本系统选用DAMS-IV型安全监测系统作为本系统建设平台，其关键特点如下：

（1）分布式结构。DAMS-IV系统的DAU2000系列数据采集单元采用了高集成度智能模块化结构，由数据采集智能模块、通信模块和电源模块组成。数据采集智能模块各自独立运行，互不干扰。

（2）兼容性强。通过各类不同模块任意组合，使一台DAU2000可接入多种不同类型的仪器。

（3）扩展能力强。DAMS-IV系统本身就是模块化、分布式体系结构，其数据采集单元DAU2000的数据采集模块地址范围从0～9999，监测系统建设可轻松扩展到上千个DAU。

3.2系统集成设计解决方案 3.2.1系统集成方案

根据某水电站枢纽区工程安全监测自动化系统的特点，首先进行临时测站整合分区，确定自动化测站的分布位置。根据临时测站的部位分成几个子系统，确定子系统内自动化测站的位置及各测站之间的总线类型及通信方式；其次，确定各个测站内的数据采集单元DAU数量及采集模块NDA类型和数量。大坝子系统共8个测站，其中坝顶8

号坝段5号启闭机室1个测站；EL.255高程廊道3个测站，EL.223高程廊道3个测站；EL.193基础廊道1个测站。根据现场实际情况，把厂外排水洞2层、3层2个测站与大坝子系统连接。大坝子系统单独供电，从坝顶右岸配电房通过净化电源对整个子系统进行供电。各个测站连接情况如下：从右岸坝顶配电机房取电→坝顶8坝段测站→大坝255.4廊道11坝段测站→255.4廊道8坝段测站→255.4廊道5坝段等测站。

3.2.2系统供电及设计通信方案

某水电站枢纽区工程安全监测系统根据测站布置及子系统分区情况，通信采用两种方式，一种是各个子系统内DAU与DAU之间用屏蔽双绞线进行RS-485 信号通信。另一种采用光缆通信，距离较远的各子系统之间采用4芯单模光缆光电方式通信。现场监测网络与机房监测管理中心之间采用光缆通信，由距离机房监测管理中心最近的厂房监测子系统的5号机组监测站沿电梯井布设到机房监测管理中心站。由于某水电站枢纽区工程安全监测自动化系统分布面较广，测站距离较远，为解决供电问题，需要根据现场测站分布情况采取分区供电方式。据此，将现场供电分为4大部分，进行优化供电，引水发电子系统与右岸边坡子系统由1台净化电源供电，电源取自厂房专用配电中心，提供一个专用供电输出端口。其他两个子系统（通航、大坝）各有1台净化电源供电。机房监测中心站布置1台净化电源对机房系统进行供电。

3.3系统防雷设计解决方案

某水电站地处雷击多发区，工程区域范围非常大，某水电站枢纽区工程安全监测自动化系统网络结构复杂，系统稳定与防雷电性能是本系统建设成功与否的关键所在。为此，借鉴以往众多大坝监测系统的防雷经验，针对彭水雷击多发的特点，制定了一整套从仪器接入防雷、测量模块防雷、系统电源网络防雷、系统通信网络防雷的多级防雷方案，同时在设备接地保护、线路防雷保护方面均采取了适当措施，以保证建成后的自动化系统具有良好的防雷性能。详细方案如下：

（1）传感器接入系统防雷措施。边坡及坝顶传感器电缆接入测量模块前先接入NSPD32型信号防雷器，能有效隔断雷电过电压从传感器口进入系统。

（2）系统供电网络防雷措施。系统供电采用三级防雷保护： a.系统内各个DAU测站由数据采集站MS1内的防雷稳压电源统一集中供电，有效地防止雷电过电压从电源接口进入系统。

b.每个DAU测站电源接口安装菲尼克斯VALMS320/1+1电源防雷器，有效隔断雷电感应。

c.每个DAU内部采用500～1500W防雷电源，有效隔断雷电感应。 4结语

综上所述，安全监测自动化系统对于水电站的运行及管理有着极为重要的意义。为了能够最大限度发挥水电站的工作效率及管理功能，应该加强对于安全监测自动化系统的施工建设。

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