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官地水电站安全监测自动化系统规划

文档作者：董瑜斐1 王界雄1 王晓2 文档来源： 1．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 2．四川省清源工程咨询有限责任公司		点击数：	更新时间： 2024年11月23日
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水电站设计
D H P S
第28卷第4期
20l 2年12月
官地水电站安全监测自动化系统规划
董瑜斐1，王界雄1，王晓2
(1．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072；2．四川省清源工程咨询有限责任公司，四川成都610072)
摘要：介绍官地水电站安全监测自动化系统的规划设计。安全监测自动化系统包括自动化数据采集系统、信息管理及综合分析
系统两大部分。自动化数据采集系统采用分布式、三级连接的网络结构型式；信息管理及综合分析系统包括了信息管理、监测成
果综合分析评价、在线监测信息反馈以及远程服务四大系统。
关键词：安全监测；自动化系统；自动化数据采集；信息管理；综合分析
中图法分类号：TV698．1 文献标识码：B 文章编号：1003—9805(2012)04—0077—03
1安全监测自动化的必要性
安全监测工程自动化是20世纪60年代发展起
来的全新的监测技术，它随着计算机、网络通讯和微
电子技术的进步而发展起来，其主要优点是可以尽
量避免数据的人为干预、大量减轻人工工作量、实时
高效地采集数据、及时生成管理和工作报表。
官地水电站枢纽位于四川省凉山彝族自治州的
雅砻江打罗湾河段上，其枢纽建筑物主要由左右岸
挡水坝(碾压混凝土重力坝)、坝身泄洪底流消能建
筑物(中孔坝段和溢流坝段、消力池)、右岸引水系
统及地下厂房发电系统组成。碾压混凝土重力坝坝
顶高程l 334m，最大坝高168m，坝顶长度516m，共
分24个坝段。官地水电站共装4台单机容量
600MW的水轮发电机组，总装机容量2 400MW。
由于工程规模大、建筑物分散，故电站枢纽需要
监测的范围广、测点多，若仅采用人工数据采集及其
管理则观测精度和频次受限，将难以保证数据的可
靠、实时和一致性，使后期运行管理工作难以适应电
厂“无人值班、少人值守”现代企业管理的需要，同
时也不能达到大坝安全管理相关法律法规及规程规
范的要求。因此，必须建立一套可靠的安全监测自
动化系统，以适应工程安全监测的需要，实时对各建
筑物的安全状况作出有效评价。
2监测自动化系统构成
目前国内外安全监测自动化系统主要包括自动
化数据采集系统和安全监测信息管理及综合分析系
统。
2．1 自动化数据采集系统
目前国内外采用的自动化数据采集系统可分为
集中式、分布式、混合式三类。集中式主要适用于中
小型工程。分布式采集系统将MCU(测量控制单
元)分散布置在靠近仪器的地方，灵活性较强，MCU
可完成所辖测点的控制测量、A／D转换、数据暂存
和数据传输等功能。混合式是介于集中式和分布式
之间的一种采集方式，它具有分布式布置的外型，而
采用几种方式进行采集。
自动化数据采集系统主要功能是按照相关设
置，把分布在建筑物的各类监测传感器标准和非标
准的几何及物理量信号进行准确的采集、传输到指
定的存储设备上并按照一定的格式进行储存。一般
情况下数据采集系统分为两级：其一为采集模块通
过和传感器类型相匹配的激励模式电路和A／D数
模转换电路，对现场传感器的模拟信号进行数据采
集、转换和存储；其二为上位机通过计算机网络系统
对采集模块进行操作、控制，将观测数据以数值量的
方式传输到指定的存储设备上并按照一定的格式进
行储存。采集系统中通讯主要功能是根据相关协议
建立各设备之间的物理联系进行信息传递，主要包
括数据采集装置和传感器之间、数据采集装置与监
测管理站之间、监测管理站与监测中心站之间、监测
中心站与流域管理站之间的通讯。
2．2安全监测信息管理及综合分析系统
安全监测信息管理及综合分析系统主要功能是
对所有观测数据以及与安全有关的文件、施工资料
收稿日期：2010—08—16
作者简介：董瑜斐(1982一)，男，山西长治人，助理工程师，主要从事水电工程安全监测设计工作。
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万方数据
等进行科学有序的管理、整理整编与综合分析，并最
终对分析成果、原始信息等以可视化的方式输出，为
实时掌握工程的运行状况提供有效的参考依据。
3安全监测自动化系统规划
3．1接入自动化系统的部位和项目
对官地水电站工程安全监测自动化系统进行规
划，首先确定必须接入自动化系统的部位及项目。
综合考虑监测部位的关键性、监测项目的重要
性，并对照仪器考证资料和测值综合判断仪器可靠
性后确定：大坝、引水发电系统为自动化系统的重点
部位，同时，左右岸边坡和坝前左岸覆盖层边坡的监
测仪器也接人官地自动化系统。需要人工观测的其
余监测项目按照相关技术要求进行观测。
各接入自动化系统的部位监测项目主要包括应
力应变、温度、变形、渗流渗压、水位、GPS系统和强
震监测等。监测仪器种类比较齐全，包括应变计、无
应力计、钢筋计、钢板计、测缝计、锚杆应力计、锚索
测力计、多点位移计、渗压计、水位计、温度计、测温
光纤等。拟接人自动化系统的传感器总计2 346
个，传感器类型主要有差阻式、振弦式及部分标准量
式。
3．2监测自动化数据采集系统
官地水电站工程规模大、建筑物分散、监测测点
数量多易受外界干扰，故本工程监测自动化采集系
统采用分布式、多级连接的网络结构型式。
官地水电站监测自动化数据采集系统按监测
站、监测管理站和监测中心站三级设置，拟实现流域
安全监测监控中心对现场监测中心站相关远程管理
工作。
(1)监测站。主要作用是数据采集装置对监测
传感器进行数据采集、存储、电源管理及监测数据上
传和接收监测管理站上位机的控制指令。各建筑物
现场监测站的规划设置，主要根据建筑物布置和施
工期监测仪器电缆走线情况等因素考虑。根据枢纽
建筑物布置特点及监测管理站的环境要求，监测仪
器相对集中的部位集中设置监测站的布置原则，并
考虑交通、通风及无干扰且远离强电磁干扰设备等
因素，规划官地水电站大坝及坝基设置8个监测站、
引水发电系统设置2个监测站、工程边坡及滑坡设
置4个监测站。根据接入仪器传感器类型，各监测
站配置的数据采集模块有所不同，主要有差阻式采
集模块、振弦式采集模块及标准量仪器采集模块三
种。
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(2)监测管理站。主要功能是数据采集计算机
通过数据采集系统接收数据采集装置的数据并进行
转换、按规定的格式统一存放在原始和整编数据库
中，并接收监测管理中心站上位机的相关指令及对
数据采集装置下达控制指令。根据建筑物现场监测
站的规划，电站监测管理站拟设置在大坝坝顶、副厂
房两处。监测管理站主要配置工控机、总线中继器、
光端机、通讯光缆、不间断电源等。
(3)监测中心站。主要功能是通过安全监测信
息管理及综合分析系统对监测管理站自动采集、其
它半自动、人工测读的数据、工程所有与安全监测相
关的文档资料进行集中统一管理，且通过安全监测
综合分析评价系统进行监测资料的初步分析和发布
工作，并根据初步分析成果反馈给监测管理站的采
集计算机相关控制指令，同时须具有远程服务功能。
监测管理中心站规划在业主永久营地，监测中心站
具备有适合工业应用环境，具备良好的接地、防雷、
抗干扰功能，具备净化电源和不间断电源，确保系统
稳定供电。有较高运算速度和较大存储容量的PC
机和服务器，并配有必要的外设。
监测站(测量控制单元MCU)与监测管理站之
间采用总线形拓扑结构连接。目前MCU主要是单
片机原理，监测管理站的主要功能是对MCU下指
令进行数据采集，两者交互性不强，因此，通信模式
拟采用国内厂家较成熟的RS一485模式；监测管理
站与管理中心站之间拟采用树状拓扑结构连接，通
信模式采用Ethernet，以方便后期实现与电厂MIS
系统及远程控制系统的接口。官地水电站工程枢纽
区各级测站网络结构和通讯方式示意见图1。
图l 官地水电站枢纽区各级测站网络结构和通讯示意
万方数据
监测管理中心站、监测管理站和监测站的电源，
采用交流电供电。监测管理中心站和监测管理站配
置交流不问断电源，输入交流380V回路引自各自
的配电设备，输出220V对站内设备供电，监测管理
站还提供对所有监测站的交流供电回路。大坝、引
水发电系统及工程边坡的监测站，拟采用引自监测
管理站220V交流电集中对设备进行供电。为了保
证系统的安全畅通，对监测管理中心站、监测管理站
和监测站设置过电压保护和接地措施，在电源防雷、
通信防雷方面通过加装相关防雷器实现。
3．3 监测信息管理及分析系统
安全监测信息管理及综合分析系统的相关功能
应较为成熟、先进，满足不同阶段对监测成果初步分
析的要求。官地水电站安全监测信息管理及分析系
统主要包括三部分，一是信息管理系统；二是监测成
果综合分析评价系统；三是远程服务系统。
信息管理系统主要包括数据录入和监测资料的
管理，将工程自建设以来的不同部位所有自动采集、
人工观测资料、规程规范、图纸、技术报告、各种报表
及工程档案等纳入本系统进行统一管理。
安全监测综合分析评价系统主要包括信息可视
化系统、图形报表生成、信息查询、离线分析及监测
成果判别功能等，满足一般数据的计算分析、报表制
作、曲线绘制、查询和Web发布、资料分析等。
远程服务系统包括远程管理和监测信息定时上
报功能。官地水电站安全监测信息上报(同步)流
域安全监控监测中心，流域安全监控监测中心可通
过安全监测信息管理及分析系统客户端、web等方
式对官地水电站安全监测实现远方遥测等有关管理
工作。同时，远程服务系统应具备定时向流域中心
自动报送相关监测信息并传送相关监测信息到电厂
MIS系统的功能。其工作主要包括：特定端口的机
器通过C／S模式能远程控制现场采集机，实现命令
修改、采集、数据传输等，一般授权用户通过B／S模
式远程浏览现场web服务器的相关信息。
4结束语
纵观国内外水电站安全监测领域的发展情势，
监测自动化已成为必然趋势。本文对官地水电站工
程安全监测自动化系统进行了规划设计，以期提供
实时、高效、可靠的监测数据，实时对各建筑物的安
全状况作出有效评价。随着水电站安全监测自动化
系统的不断改进及发展，官地水电站工程安全监测
自动化系统应与时俱进、不断改善，以保障枢纽工程
发挥出更大的效益。
c乞茎兰雀。《黯1bc=60x 1．732(AA)／4．爹结果善置保护动作报告相符。，Bc=60×1．732(A) 113开关电流矢量图。u、三宿
图7 Y侧电流相位调整后的151、113开关
B相电流矢量图
图8为差动保护装置通过软件进行相位幅值调
整后得出的B相差流。
，Bc=60×1．732(A)、k=60×1．732㈧、
151开关电流矢量图’ 1 13开关电流矢量图
’
(B、C相接线错误)
图8相位幅值调整后的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相差动动作。
C相同A相，所以c相差动不动作。
综上所述，内桥接线变电站的施工改造要彻底，
不留安全隐患；调试、测试项目要做齐全，施工班组
和上级部门做好必要的沟通，避免引起误解。对改
造过程要全方位掌控，对改造后的实际情况要高度
重视。这样才能将隐患消灭于萌芽状态，防止事故
的重复发生。
参考文献：
[1]王静．内桥接线变电站中110kV备自投与10kV备自投配合
研究[J]．四川电力技术，2007(1)．
[2] 冯新年，王珩．内桥接线变压器差动保护接线方式的讨论
[J]．变压器，2006(2)．
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