金安桥水电站安全监测自动化设计

摘要：为了适应自动化发展和电力体制改革的需要。水电站综合自动化系统具有越来越重要的作用。建立以计算机监控系统为基础，包括水文测报、工业电视监视、消防计算机监控系统等的全方位自动监测控制系统，即为水电站综合自动化系统。根据金安桥水电站枢纽建筑物布置特点及监测站的环境要求，监测站布置原则是监测仪器相对集中的部位集中设置，主要考虑交通、通风及无干扰并远离强电磁干扰设备。监测中心站设置在坝后副厂房。

关键词：金安桥水电站 安全监测 自动化设计

中图分类号：TN830文献标识码： A

1概述

根据金安桥水电站工程的特点，对枢纽区大坝及坝基、引水发电系统、两岸坝肩边坡均布置了相对完善和较有针对性的安全监测体系，监测范围广、测点较多。在如此大范围内采用人工数据采集及其管理使得观测精度和频次很受限制，难以保证数据的可靠、实时和一致性，不但后期运行管理工作量极大，所采集的大量数据进行人工处理分析，达不到安全监控的目的，也不适应电厂“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的要求。

监测自动化采集系统不仅测读快，且能够做到相关量同步测读，能够胜任多测点、密测次和减少人工干预数据的要求，提供建筑物在时间上和空间上更为连续的信息，及时对所采集的监测数据按需要的深度进行实时分析和报表生成，作为各层次相关人员决策的重要参考依据，发现问题可以及时采取相应措施，防范于未然。

2监测自动化系统设计

2.1组网

（1）网络结构

根据金安桥工程规模大、建筑物分散、监测数据传输距离长易受外界干扰等特点，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。

（2）网络拓扑

根据安全监测自动化采集系统和金安桥水工建筑物局部分散的特点，网络拓扑结构采用总线结构。

（3）总线形式

为确保监测自动化采集系统的可靠和实用，结合金安桥工程安全监测测点规模，并根据业主提出在现场设置监测中心站的要求，监测自动化网络结构采用分布式网络结构，监测中心站和现场监测站之间采用RS-485总线，监测中心站各设备之间局域网采用星型网络，充分发挥各网络拓扑和结构型式的优点。

2.2通讯

安全监测自动化系统按照规范通常按二级设置，即监测站和监测中心站。监测站和传感器之间、监测站和监测中心站之间都存在通讯，系统间各通讯接口与传输方式结合工程监控体系布置特点灵活选用。结合金安桥工程枢纽监测布置特点，各系统之间通讯方式规划如下：

（1）监测站（放置数据采集装置）与传感器之间，鉴于各类型数据自动采集装置均有自己的通讯方式，且不影响系统总体功能，只要满足能有效采集金安桥工程各类监测传感器的信号即可。

（2）监测站和监测中心站之间，其通讯方式根据建筑物的监测布置和监测中心站的设置综合考虑。大坝与坝基、引水发电系统和边坡的监测站由于较为集中，与监测中心站之间通讯采用光纤接口的RS-485总线连接，实现系统的高速数据通讯、抗电磁干扰和雷暴，从而保证系统可靠安全运行。虽然边坡测点较为分散，但目前仅考虑改造部分测斜孔接入自动化系统，仍考虑把传感器电缆分别引入左右岸坝顶监测站，再以光纤接口的RS-485总线将汇集数据传送至监测中心站。

2.3电源及防雷

监测中心站和监测站的电源，采用交流电供电。监测中心站配置交流不间断电源，输入交流380V回路引自其配电设备，输出220V对站内设备供电，同时提供对所有监测站的交流供电回路。大坝、引水发电系统的监测站，采用引自监测中心站220V交流电集中对设备进行供电。

为了保证系统的安全畅通，对监测中心站和监测站设置过电压保护和接地相应措施，在电源防雷、通信防雷方面通过加装相关防雷器实现。

2.4软件系统构成

2.4.1自动化数据采集系统

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电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。一般情况下分为两级系统，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中心站之间、监测中心站与流域管理站之间的通讯。

2.4.2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。

2.5系统设计

根据金安桥水电站枢纽建筑物布置特点及监测站的环境要求，监测站布置原则是监测仪器相对集中的部位集中设置，主要考虑交通、通风及无干扰并远离强电磁干扰设备。监测中心站设置在坝后副厂房。

2.5.1监测站

监测站的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中心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和施工期监测仪器电缆走线情况等因素考虑。便于监测电缆的牵引，力争使电缆长度最小，考虑自动化数据采集模块的利用率高。

金安桥水电站安全监测自动化系统共分为3部分，分别为大坝及坝基、引水发电系统及主体边坡。金安桥工程安全监测自动化系统共设置17个监测站，其中大坝及坝基14个，引水发电系统1个，导流洞堵头2个。边坡由于接入自动化测点较少，不再单独设置监测站，边坡监测仪器引入左右岸坝顶监测站。

2.5.2监测中心站

监测中心站主要作用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，工作站和服务器通过安全监测信息管理及综合分析系统对自动采集的数据、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工作，并根据初步分析成果反馈给采集计算机相关控制指令，同时须具有远程服务功能。

监测中心站设置工控机、数据服务器、Web服务器和工作站计算机，监测中心站服务器和工作站计算机后台数据库统一为SQL server 或其它大型关系型数据库软件。数据服务器对所有数据（原始数据、整理整编数据等）采用同一格式统一管理在同一数据库中，前台的监测信息管理系统具有服务器端功能，不同授权用户能远程控制管理各子系统计算机的所有和部分功能，具备数据采集的能力，具有24小时不间断运行的在线监控和分级报警功能。Web服务器让电厂MIS网内的用户能查询到监测信息和建筑物运行状态。工作站计算机的监测信息管理系统除服务器端功能外其余全部功能应齐备，满足日常监测工作的需要，具有完善的临时和历史测值的数据库管理能力、画面、报表编辑功能，具有系统自检、诊断功能，并实时打印自检、诊断结果及运行中的异常情况，作为硬拷贝文档。

3结语

安全监测工程自动化是20世纪60年展起来的全新的监测技术，它是随着计算机、网络通讯和微电子技术的进步而发展起来的，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。监测自动化采集系统测读快，能够做到相关量同步测读、胜任多测点、密测次和减少人工干预数据的要求，提供建筑物在时间上和空间上更为连续的信息。监测信息管理系统能对安全监测采集到的局部、零散和繁多的原始资料（电测量）进行系统整理、整编和综合分析、快速有效的反馈，揭示建筑物的运行规律，得出符合实际的科学结论。

参考文献：

【1】陈芙蓉.卢德军.李小平 锦屏一级水电站工程安全监测监理质量控制 -人民长江2009,40(18)

【2】盛晓波.Sheng Xiaobo 近尾洲水电站工程自动化安全监测设计 -湖南水利水电2006(2)

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