大坝方案】水利工程水库大坝安全监测方案

1、XX 水库安全监测(搜)练含自 动化系铳XX水库安全监测综合自动化系统技术方案1设计依据和原则1.1设计依据水文自动测报系统技术规范SL61-2003： 水利水电工程水情自动测报系统设讣规范（DL/T5051J996）； 水位观测标准GBJI38-90： 土石坝安全监测技术规范SL60-94； 土石坝安全监测资料整编规程SL169-96； 水电厂计算机监控系统基本技术条件DL/T578-95； 电力装置的继电器保护和自动装置设计规范GB50062-92D； 数据终端（DTE）和数据电路终端设备（DCE）之间的接口定义GB3454-82；国际电工技术委员会标准IEC； 电气和电子工程师协会标准I

2、EEE； 电力系统实时数据通信应用层协议DL476-92； 电子设备雷击保护导则GB7450-87： 不间断电源设备GB7260-87； 计算机场地技术要求GB2887-89； 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB5017I-92；1.2设计原则1.2.1系统设计要有明确的针对性和代表性。设计以土石坝安全监测技术规范SL60-94等有关技术规范为依据，收集工程设计、施丄、运行管理资料，针对影响和控制该工程安全性态的监测变量重点监测，监测项U、测点布置和结构优化组合，尽量利用原有的观测设施，保证数据的连续性和节省投资。1.2.2系统的可鼎性。系统的可靠性最关键的是选用的仪器设备

3、需具有面稳定性和高可幕性，仪器设备的稳定可幕是系统设讣时选择的主要要 求，它应能在工程实际的运行环境条件下长期保持原有的技术性能，正常 工作，其可鼎性和稳定性应满足大坝安全自动监测系统设备基本技术条 件(8L2682001)的要求。123系统的先进性。系统设计时所选择的仪器设备首先应具有技术先进性。监测仪器和监测方法力求先进，其准确度和精度等技术性能指标 应满足大坝安全自动监测系统设备基本技术条件(SL268-2001)的要求 及丄程监测需求。系统能实现联机实时监测和监控。124 系统兼容性强，能兼容各种类型的传感器，系统组网灵活，实 现系统内部及外部数据信息共孕。125系统要考虑便于自动化数

4、据采集的需要，同时保留人工测量接口或观测，以便在系统建完之询或系统发生故障时，进行人工补测，保证 数据的连续性。也可在系统正常运行时，进行校测。1.2.6系统具有离线输入口，以便人1：置数。1.2.7系统操作简单，维护方便。1.2,8系统性能价格比高，并具有扩展性。1.3系统建设目标水利工程监测信息是水库防洪安全、兴利调度的基础信息，是水利工 程管理现代化建设取得成效的关键。建设水库安全监测综合自动化系统的U标是在水库建立一套快速及时、准确可鼎、先进实用、高度自动化的流域水雨情信息、工程安全信息、监测监拎与管理自动化系统，以便对水库 的安全运行性态、水雨悄等信息进行实时监测。为治洪排涝、水资源

5、优化配置等提供决策支持。进一步提高管理决策速度和水平，充分利用现有的-2 -XX 水库安全监测(搜)练含自 动化系铳工程措施，提高工程的运行效益。系统可以扩充闸门监控信息、实时图像 信息采集等2工程概况满天星水库已经安装了 200多只内观仪器，目前是人工手动测量仪器的数字，再人工转换成变形物理量。现在需要进行自动化测量，数据存入电 脑，自动讣算，自动存档，并形成观测曲线。3监测项目监测仪器分布丿芋号观测站点仪器数量11号测站8922号测站6433号测站3044号测站7355号测站32合计2884自动化系统技术设计水库安全监测自动化系统包括水悄监测系统、大坝渗圧监测系统、大 坝雨量监测系统、大坝

6、渗流监测系统、大坝气温监测系统。汝城满天星水库安全监测自动化系统结构水库办公室计算机县局电站管理处通讯转换现场MCU宽带民J45-# -288支现场仪器4.1测量控制单元测量控制单元(MCU)是系统中的主要部分，用于对各种传感器进行数 掘釆集和存储，并与中央控制室计算机连接通讯，发送指令和数据传输, 实现实时监测。该系统设1个测量控制单元，MCU直接安装在中央控制室, 传感器与控制单元之间用电缆连接。4.2中央控制室及现场采集设备中央控制室设在水库办公楼内，监测计算机与测量控制单元MCU实 现双向通讯。配有数据采集和数据处理分析软件，可进行在线监控、分析或离线分析。系统配置序号I观测设备设备型

7、号/规格数量单位XX 水库安全监测（搜）练含自 动化系铳11号测站采集单元HX-22006套22号测站采集单元HX-22004套33号测站采集单元HX-22002套44号测站采集单元HX-22005套05号测站采集单元HX-22002套不锈钢监测箱体+ 电源国标5套通讯电源防霜装置HX-21005套7数据采集分析软件HN-2000. net1套8电源电缆2 * 0.5600米9通讯电缆2 * 0.5 （双绞带 屏蔽）600米PVC穿线管国标600米10通讯电源防雷装置1套11监控主机（商业级 带串口）DELL1台4.3系统功能 4.3.1数据采集功能能自动采集各类传感器，应能用应答式或自报式对

8、接入的监测仪器进 行准确测量。4.3.2数据通迅与资源共学功能测量控制单元与中央控制室之间具有双向通迅功能，中央控制室可以 向测量控制单元发出指令，并接受测量控制单元采集数据：中央控制室与 外界可以通过多种通迅媒介实现双向通讯，实现资源分级共学。4.3.3资料维护与管理系统对各监测项tl的考证资料和监测资料具有维护与管理功能，包括 资料录入、资料修改、资料删除、资料査询等功能。4.3.5系统自检功能系统具有自检能力，系统发生故障时，有设备故障报警功能，显示故障-5 -XX 水库安全监测（搜）练含自 动化系铳信息，以便及时维修。所有传感器须安装避雷器，并进行接地。要充分利用坝体测压管的外 壳接地

9、电阻小的优势，将传感器避雷器接地与测压管的外壳连接起来，可 大大减小接地电阻，接地电阻应小于1欧姆。5仪器设备参数根据土石坝安全监测技术规范(SL60-94)及大坝自动监测系统 设备基本技术条件(SL268-2001)的要求，结合泮头水库大坝监测项U及 系统设计，选定水库大坝安全监测自动化系统的监测仪器，其技术指标如 下。5. 1、自动化测控装置(HN-2200)HN-2200系列MCU数据釆集模块山高速低功耗32位ARM内核微处理器为核心，集成了传感器调理、采集测量，数据存储、通信及实时时钟等 电路，具有抗干扰能力强、可爲性好，智能集成化程度高、测量精度高, 功耗低，安装、运行、维护方便等特

10、点。用于安全监测工程中各种类型监 测仪器(传感器)的数据测量、存储和传输，特别适合于水库大坝安全监测, 水丄建筑物、高边坡、隧道、桥梁、道路等恶劣环境下氏期使用。HN-2200差阻式数据采集模块提供1路、8路、16路等多种信号输入通道,上要适用于四芯或五芯差动电阻式仪器(传感器)的测试与测量，如差阻式 锚索计，差阻式渗压计，差阻式测缝计、差阻式钢筋讣、差阻式多点变位 计等仪器或传感器。功能特点 多模式自动数据采集功能HN-2200数据采集模块可根据上位机或中心站的命令实现巡测、选测或点测、自动巡测等进行数据采集功能:(1) 巡测：即逐点依次自动切换模块的侮个通道进行测量，采集对应传感器数据;(

11、2) 选测或点测：即针对某一个测点或某儿个测点对应的通道进行测量采集 -6 -传感器数据;（3）自动巡测：指定时间测量指中心站设置了每天指定采集测量的时间点（不超过6个），采集模块自动在这些时间点进行巡测；指定时间段指中心 站设置了每天的起始测量时间、结束测量时间和测量时间间隔，釆集模块 根据这些设置参数自动进行巡测。具有掉电保护的大容量数据存储功能HN-2200数据采集模块内具有掉电保持的存储器，每次测量的监测数据将自动根据测量方式存储指定位置；实时数据，随时读取，随时更新：历史 数据，根据先进先出策略覆盖存储。对存储的实时数据或历史数据，中心 站都可以在任何时间读出。多种通信接口和多种通信

12、模武HN-2200数据采集模块提供RS232, RS485和以太网接口可选，可通过RS485或以太网接口与中心站实现双向通信，还可根据用户的需要，选配GPRS模块、无线数传模块、无线数传电台等实现无线传输的通信方式。技术参数 通道数：默认16路，可选1路、8路。量程J电阻值：0 120 Q电阻比：0.80001.2000 精度：电阻值：0.02 0电阻比：0.0002 电阻值：0.01 0电阻比：0.0001测量速度:35秒/支存储容量:默认 I28kbytes通信形式:串行接口（RS232/485）,以太网接口，无线传输形武（GPRS、无 线数传等）串行接口:RS485/RS232,默认速率

13、9600bps,通信参数可由用户设置。-7 -XX 水库安全监测（搜）练含自 动化系铳以太网接口：通信速率默认10Mbps 工作环境：温度20+506 湿度：W98%Rh。平均无故障工作时间：20000小时5. 2、RS232 转 RS485 模块(深圳 3onedata)标准:符合EIARS-232,RS-485标准RS232 信号:TXRX.GNDRS-485信号；D+DGND工作方式:异步工作,点对点或多点.2线半双工方向方向控制:采用数据流向自动控制技术自动判别和控制数据传输波特率:300-115200bps,自动侦测审口信号速率负载能力:支持32点轮询环境（可定制128点）传输距离:

14、RS-485端1200米(9600bps时)RS232端建议不超过5接口保护:600W浪涌保护.1500V静电保护接口形武:RS-232端DB9母头,RS-485端4位工业端子工作温度:40C 到 8(rc存储温度:4(rc 到 85 r-9 -输入电源:无需外接电源，从RS-232 口的TXD、RTS、DTR信号获取电源功耗：静态功耗lOmA以内动态功耗平均值40mA以内湿度：相对湿度5%到95%5.3、台式计算机CPU: AMD Athlon 2650e (1.6GHz)： (DELL)硬盘:160G 7200转高速SATAII防震硬盘;内存：1024MB, DDRII800；16合1数码

15、读卡器/2个USB2.0接口（前2后4）；咼性能3D集成显卡;主板集成Intel PRO/1000千兆以太网卡，内置音箱;DVD-ROMr 16倍速DVD光驱，支持DVD、CD读取;人体工学键盘；正版中文 WINXP-Home操作系统（带介质）:19 LCD.响应时间W5ms ,与主机同品牌:三年主要部件保修、一年上门服务主要部件包括CPU、内存、显卡、盘、电源、主板，学受3年保 修。液晶显示器、其他部件和外部设备享受1年保修，随机软件3 个月保修。5.4、打印机（HP激光）最大打印幅面:A4黑白打印速度：14ppm分辨率:600x600dpi首页出纸时间:8.5s纸张容量:150张硒鼓型号:

16、CC388A硒鼓寿命：1500张标配连接:高速USB 2.0端口缓存：2MB供纸方式：手动、自动打印介质:纸张（激光打印纸，普通纸.相纸，糙纸，牛皮纸）信封标签卡片投影胶片明信片兼容的操作系统:Microsoft Windows 2000、XP Home、XPProfessional、Server 2003 或更 inj 版本XX 水库安全监测（搜）练含自 动化系铳5.5.电源避雷器SPD 端口:一端口SPD类别:电压开关型电源系统:TT-TN-IT额定电压:220V最大持续运行电压：320V 绝缘阻抗：100M ohm冲击电流：15KA (limpilO/SSOgS)保护水平：2000V5.

17、6、通信避雷器（联侬）频率范H：0.M0MHz 特性阻抗:50Q 最大允许功率:1000W 通流容量:20Ka8/20pS波 安全要求:支持自诊断与告警输出，提供系统配置和维护接口，适合电磁环境恶劣的应用需求。残余电压:V05dB 插入损耗:采用先进电源技术，供电电源适应范宽，适合室外应5.7. 测控单元24V电源（台湾明纬）功率：100W 电压调整率0.5% 负载率-100% 电流调整率1-0% 纹波系数G% 使用率80% 电源具有过热、过流、短路保护功能-10 -XX 水库安全监测（搜）练含自 动化系铳5.8. 电源线电缆（衡阳金杯）导体线径(mm) 1/1. 80芯数2导体材料裸铜线绝缘

18、材料PVC外被材料PVC导体电阻(0/100m) 0. 82额定电压300/500V额定温度CC） 70 5.9、通讯电缆2X0.5屏蔽双绞通讯电缆，特性阻抗为120欧姆，导体为多股绞合铜丝，PE绝缘介质，附有独立接地导线。5.24系统软件大坝安全监测管理系统软件是水库大坝安全监测系统重要组成部分,它具有数据采集、数据处理、资料管理、资料整编、资料分析、网络管理 等功能。通过使用大坝安全监测管理系统软件，水库管理人员和水利局领 导可以及时了解大坝当前性态。大坝安全监测管理系统软件能够为领导决 策提供科学依据，为水库的长期安全、经济运行提供可鼎保证。系统选用 湖南联龙公司的iWater2000大

19、坝安全监控管理系统，它是一套基于Windows 2000/NT/XP /98环境下开发出来的工程安全监控管理系统，该系统符合国家或部颁土石坝安全监测技术规范（SL60-94）和大坝安 全自动监测系统设备基本技术条件（SL26820（n）等有关规程的要求, 直接服务于水库管理单位，完成工程安全监控管理的全部职能，实现工程 管理自动化、现代化，以提高工程安全管理的效率和质量。主要包括三个软件模块：通讯软件，数据采集软件、资料整编软件。5.1通讯软件:本软件负贵通过无线测控单元和系统设备通讯。采用丄业485通讯协 议，可靠性高，抗干扰能力强。5. 2数据采集软件数据采集软件实现计算机与测量控制单元（

20、MCU）通讯，完成监测数据的釆集。其结构框图见图43。图4-3数据采集软件结构框图# -(1) MCU自检MCU自检是通过计算机与MCU通讯，使MCU进行自检，并将自检结果返回至计算机，显示给操作人员，达到远程诊断MCU的U的。自检 的内容包括: 通讯：通过计算机尝试与MCU通讯，确定计算机是否能够与MCU进行通讯，诊断通讯线路、MCU通讯模块是否存在故障。MCU内部温度:通过检测MCU内部温度,检査MCU是否异常。MCU工作电压:通过检测MCU匸作电压,检査充电电路、蓄电池是否正常。（4） MCU充电电压:通过检测MCU充电电压,检査MCU交流供电是否正常。MCU测量模块和通道：通过检测MC

21、U测量模块和通道，识别模 块和通道类型，确定其与所接传感器类型是否相符，保证测量正常。（2）参数设at在MCU能够正常工作之前，要根据工程的具体悄况，对MCU的参XX 水库安全监测（搜）练含自 动化系铳数和数据库中的各测点进行设置。设置的内容有:通讯速率：根据讣算机与MCU通讯方式、通讯介质，设置适当的传 输速率，这样在保证传输的可靠性下，可使数据传输达到最快。系统时间:设置MCU内部时间，使其与计算机时间同步。通道配置:对MCU中各通道进行设置，主要设置的内容包括仪器类型、仪器指标、测量范圉等，这样MCU可釆取正确测量方式对通道进行测量。公式设置:在数据库中设置各类型传感器从电测量到工程物理

22、量的转换公式。数据釆集软件在得到来自MCU的电测量时，可同时进行计算,得出工程物理量。公武组成提供非常灵活的编辑方式，可以任意的输入包括（、）、+. 、X、人A （平方）、数字、指定参数在内的所有元数据的组合。定时测量时间：设置定时测量开始时间、间隔时间，MCU据此进行定时测量O（3）单点测量单点测量用于测量某种仪器的某个测点的各种电测量（如孔隙水压力i|的频率和温度）和相关仪器测量（如测量测压管内的孔隙水压力讣，还要测量气压计人 计算出工程物理量。具有打印和保存测量数据至数据库的功能。（4）巡回测骨巡回测量用于测量一个MCU或多个MCU上的测点，所测仪器类型可以是一种，也可以是多种。得到电测

23、量后，计算出工程物理量，还可以直接取上一次巡回测量数据。巡回测量时，数据釆集软件以列表的形式给出与各MCU相连的仪器类型，供操作人员选择。能够对测量数据进行检査,当测量数据超出量程范圉或事先设置的安全警戒，将给出提示或告警。能够按仪器类型打印测量数据和保存测量数据至数据库。（5）定时测量定时测量主要用来取定时测量数据，计算出工程物理量，测量所得的-13 -电测量和工程物理量在列表中显示。能够按仪器类型打印测量数据和保存测量数据至数据库。収定时测量数据可以是计算机自动取数也可以是人工取数。3.2资料整编功能资料整编软件按照土石坝安全监测资料整编规程（SL16496）及相关规程要求对观测资料进行整

24、编，同时，资料整编软件能够对资料进行维护。资料整编软件山资料维护、报表打印、图形绘制等模块组成,其中资料维护乂包括考证资料査询、添加、修改和删除、监测数据添加、监测数据査询修改、监测资料删除、数据备份、数据恢复。（1）监测资料查询、修改对于监测资料，用户可以査询多个测点一段时间的监测数据。在用户选择监测项U、输入开始日期、结束日期、开始测点、结束测点,将显示所有符合条件的数据。显示顺序可以按日期排序或按测点排序。同时，可以对所査询的数据进行修改，并可保存修改结果或不保存修改结果。（3）监测资料添加监测数据添加根据项U的不同，数据添加有两种方式=1）-个测点一段时间的监测数据；2） 一天所有测点

25、的监测数据。监测项U只有一个测点，则只釆用方式一，否则，两种方式都有。方式一，主要用于输入历史资料。如监测资料儿乎每天都有，则在用户选择测点和输入年份后，给出全年的日期，用户只须输入对应的监测数据即可；如监测资料不是每天都有，用户在输入监测数据时，要输入对应的月、日。方式二，主要用于输入当前监测资料。在用户选择项U后，给出该项U所有测点，用户只须输入测点对应的监测数据。在数据添加到数据库之前，要进行数据检査，数据检查有两个方面1）是否超过仪器正常允许范ffl （电测量、绝对值）和安全上下限（工程物理量、绝对值）；2）与前次测量值之差是否在正常变幅内（工程物理量、相-14 -XX 水库安全监测(

26、搜)练含自 动化系铳对值九如有这两个方面的数据，将以反显数据，让用户修改数据或确认 后再保存数据。(4)监测数据删除监测数据删除可根据观测项U、开始日期、结束日期、开始测点、结 束测点等参数从数据库中删除符合条件监测数据。(5)异常数据处理通过对系列监测数据进行比较，査找到监测资料的尖峰值(某测值较 前后两个测值都大于或小于设定值)，这些尖峰值可能是异常数据。当选择某个监测项U中一个测点(也可选择多个测点，用前一个和后一 个按钮进行测点切换)，给出测点的基本信息(如桩号、坝轴距、设置高程 等)，绘制这一测点数据的过程线，用红点标出尖峰值，当确定这些数据 是测量或人为造成的，点击红点，可修改或删

27、除这些尖峰值。修改或删除 后，重绘过程线。(6) 资料备份和恢复利用SQL Server数据库的数据备份和恢复功能进行资料备份和恢复。(7) 报表打印打印的报表包括测点考证表、日报表、月报表、年报表三类，报表大 小原则上为16开，也可根据用户需要调整。日报表为一日中某时的观测数据组成的报表，报表中要包括电测量和 工程物理量，釆用纵向打印，每个测点一行，不同的观测项U用不同表(表 的列名、列数不一样)。数据釆集系统中打印数据釆用该模块中打印部分。月报表为多个测点一个月的观测数据组成的报表。考虑到数据釆集系 统每日都在观测，每天都打印出来是没有必要的，在打印月报表时提供日 期选择。年报表以整编规范

28、为准。每个环境量构成一张表，每日观测数据均打 印，表尾部为各月和全年统计。(8) 图形绘制图形绘制将根据整编规范，绘制有关图形，图形种类有：过程线。在-15 -XX 水库安全监测（搜）练含自 动化系铳绘制图形时，要提供观测数据显示。过程线不同主要表现在坐标和所选数据上。横坐标为时间坐标，坐标 可以在图的下方。绘制过程线时，根据项U的不同，选择相应的坐标和监 测数据。过程线的坐标可以调整。雷电是山天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦，使高端云层和低 端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的 异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对 地放电，这就是雷

29、电现象。在气象学中，常用雷暴日数、年平均雷暴日数、年平均地面落雷密度,来表征某个地方雷电活动的 频繁程度和强度。此外，也使用年雷闪频数 来评价雷电活动，它是指1000平方公里范H内一年共发生雷闪击的次数。我国一般按年平均雳暴日数将雷电活动区分为少雷区（20天）、多雷区（2040天）、高雷区（4080天）、强雳区（80天）。我国的雳电活 动，夏季最活跃，冬季最少。全球分布是赤道附近最活跃，随纬度升高而a.减少，极地最少。雷电的破坏性雷电的破坏主要是山于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电 位差达到一定程度（25- 30kV/cm）时，所发生的猛烈放电现象。通常雳击有三种形式，直击雷、感应雷、球

30、形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。感应雷是当直击雷发生以 后，云层带电迅速消失，地面某些范Bill于散流电阻大，出现局部爲电压, 或在直击雳放电过程中，强大的脉冲电流对周H的导线或金属物产生电磁 感应发生高电压、而发生闪击现象的二次雷。1）直击雷破坏：当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑物水份受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。 另外，当雷电击中接闪器，电流沿引下线向大地泻放时，这时对地电位 升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电反击”，从而造成火灾或人 身伤亡。2）感应雳破坏：感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雳

31、两种。山于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使 得周W的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周M物体放电，感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。a *上:;:耘CJJ dOh IhJ附图：某烟厂配电柜及设备被雷击损坏图3）静电感应雷：带有大量负电荷的雳云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雳云对地放电或云间放电时，云层 中的负电荷在一瞬间消失了（严格说是大大减弱人那么在线 路上感应出 的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这 些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。4）电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电

32、磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备 上。山于避雷针的存在，建筑物上落雳机会反倒增加，内部设备遭感应雷 危害的机会和程度一般来说是增加了，对用电设备造成极大危害。因此, 避雷针引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。5）雷电波引入的破坏：当雷电接近架空管线时，高压冲击波会沿架 空管线侵入室内，造成高电流引入，这样可能引起设备损坏或人身伤亡事 故。附图：传导雷进入室内6）开关过电压：供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、 电源线路短路等，都能在电源线路上产生高压脉冲，其脉冲电压可达到线电压的3.5 倍，从而损坏设备。破坏效果与雷由类似。由此产生的雷电

33、及过电压对电子设备的破坏主要有以下几个方面:a、过高的过电压击穿半导体，造成永久性损坏； b、较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压范圉之内，亦使器件的工作寿命大大缩短;C、电能转化为热能，毁坏触点、导线及印刷电路板，其至造成火灾;雷电防护原理雷电防护系统山三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。 外部防护，山接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接 导入地下泄放。过渡防护，山合理的设置防需器、屏蔽、接地、布线组成, 可减少入侵引入的感应雷电流。内部防护，山均压等电位连接和过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。概括地说，当今电子设备的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽