三峡船闸设备设施综合监控能力提升技术研究

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摘要：三峡船闸作为长江中上游重要节点的水利枢纽，在国民经济运行和长江黄金水道建设中的具有非常关键性作用。通过三峡船闸设备设施综合监控平台建设，实现三峡、葛洲坝船闸设备设施运行数据的全面掌控，利用专家决策系统进行船闸设备设施的状态评价、风险评估、决策支持，使得三峡船闸设备设施综合监控能力得到全面提升，为我国内河船闸综合监控摸索出一套切实可行的运行管理方法，使三峡船闸的运行管理工作真正实现信息化、智能化、科学化管理。

关键词：三峡船闸；综合监控；在线监测

中图分类号：U641.3+4 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）05-0031-03

长江作为我国的“黄金水道”，横贯东中西部，连接东部沿海和广袤的内陆，依托黄金水道打造新的经济带，有独特的优势和巨大的潜力。长江经济带的建设，对于有效扩大内需、促进经济稳定增长、调整区域结构、实现中国经济升级具有重要意义。国务院《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》（国发[2014]39号）指出，要充分发挥长江运能大、成本低、能耗少等优势，加快推进长江干线航道系统治理，打造畅通、高效、平安、绿色的黄金水道。

1.通航形势分析

随着三峡工程建设对长江航道条件的明显改善，以及近年来长江水运企业的迅猛发展，船闸的过闸货运总量快速增长。从2008年至2014年，总体呈提升态势，其中2011年、2013年、2014年货运量均突破了设计通过能力。2008至2014年，三峡及葛洲坝船闸通过量情况如图1所示。

自2008年以来，三峡船闸、葛洲坝船闸客、货运量始终维持在高位水平，常年突破设计能力运行。三峡船闸货运量从2008年的5370.26万吨增长至2014年的.0万吨，增长趋势明显。着力打造长江经济带及西部地区开发力度加大，将进一

步深化并促进长江航运的发展，与此同时，三峡坝区通航压力也将进一步增大。伴随国家长江经济带战略的实施，将提前达到预测通过量。尽管三峡升船机将于2015年底投入使用，但以其350万吨的单向设计通过能力，难以起到大幅度改善三峡坝区通过能力的作用。因此，如何解决坝区船闸现有通过能力与航运需求快速增长之间的矛盾是目前必须重点考虑的问题。

2.应对措施分析

三峡船闸设备设施点多面广，运行时要求设备具有高可考性。开展以三峡船闸设备设施综合监控能力提升技术研究，实现三峡、葛洲坝船闸设备设施运行状态的全面监控，利用专家决策系统进行设备设施的状态评价、风险评估、决策支持，使船闸重点设备设施的健康状况得到有效诊断，达到科学地、前瞻性地设备维修，尽量减少船闸停航检修的时间。另外，三峡船闸设备设施综合监控能力提升技术研究，可以实现船闸设备设施重大运行缺陷监测，实现设备设施重大运行安全风险预防，为设备设施重大技术更新改造提供决策依据。

3.总体方案

3.1总体框架

在结构上方案总体上分为数据采集层、数据整合与应用支撑层、综合应用层和前端展现层四个部分，如下图2所示。

数据采集层：实现船闸主要设备设施由“目测、耳昕、鼻嗅和手摸”的传统检测方式，到“客观、科学、精确”的现代化、自动化方式的转变，为实现由计划性检修到状态性检修，提供技术支撑，为实现基于海量数据的船闸运行状态智能化诊断提供数据积累。

数据整合与应用支撑层：实现设备运行数据和船舶过闸数据相关数据的资源整合，形成基于设备设施监测、电子巡检、船闸通航生产运行监控、船舶过闸监测的基础数据、业务数据和主题数据的集中管理与共享，提供各业务应用系统开发和建设的支撑环境，各类资源和技术手段集中管理、统一分配、充分共享。

综合应用层：将船闸设备运行和船舶过闸数据监测进行集中管控，围绕通航管理的业务主线，针对船闸运行、维护和管理、设备设施养、维、管、用等核心业务，实现精细化、流程化、规范化管理。

前端展现层：为船闸运行管理部门的各类用户提供人口，利用可视化手段将三峡、葛洲坝船闸与升船机的实时调度运行状况、各类设施设备状态，对用户进行直观展示。

3.2技术方案

通过三峡船闸设备设施综合监控平台建设，实现对三峡、葛洲坝船闸重要机械及金属结构、电气设备、水工建筑物和液压设备设施的运行状态的即时采集，实现因船舶过闸超速、超线和低能见度对船闸安全运行风险的有效监管，实现设备设施监测数据的集中管理、快速流转、便捷使用、直观展示和有序积累。为进一步保障船闸安全稳定运行，为实现三峡“安全、畅通、和谐、高效”通航管理目标提供坚实的技术支撑。总体结构如图3所示。

3.2.1机械及金属结构监测

实现对三峡、葛洲坝船闸人字门、闸门启闭机、反弧门启闭机等机械设备及金属结构进行全方位在线监测。通过先进的检测技术实现上述机械及金属结构运行状态信息的动态监测，为机械及金属结构故障及事故原因的分析提供可靠的数据和信息。其所采集的机械及金属结构状态运行的数据和事故分析结果作为基础素材和中间成果，将被直接推送至船闸通航生产运行监控，为船闸总体运行状态准确判断和船闸运行精细化、规范化管理提供依据。

3.2.2电气设备监测

实现对三峡、葛洲坝船闸变电所内的高/低压供配电设备进行全方位在线监测。电力监测通过可视化方式实现船闸供电系统的运行状态信息的动态监测及故障报警，主要包括：三相电压、三相电流、零序电压、零序电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度等。为供电系统安全运行并降低供电系统的能耗和进行故障及事故原因的分析动态提供可靠的数据。通过船闸电力监测的建设将大大提高船闸电力监测的自动化与智能化水平，在实现船闸变电所的无人或少人值守的前提下，提高电力数据的反馈效率和准确程度，为船闸供电系统的安全、稳定、可靠运行提供保障。采集的船闸电气设备运行数据和分析结果，将被作为基础数据直接推送至船闸通航生产运行监控系统，为设备、设施运行状态的准确判断和运行精细化、规范化监管提供依据。

3.2.3水工建筑物监测

实现对三峡、葛洲坝船闸现有廊道内引张线监测仪系统数据、原有内埋数据传感器及渗流渗压传感器等监测设备的监测数据进行分项采集、集中管理、综合应用，为确保船闸水工建筑物安全、稳定、可靠运行提供科学诊断数据依据。依托三峡、葛洲坝水工监测设施，侧重于针对葛洲坝现有设施监测数据进行数据共享集成，水工建筑物监测通过配置数据共享工作站，利用安全隔离与数据交换设备接入原有水工建筑探测传感器系统的数据服务器，实时单向读取测量数据，进而实现数据的动态传递到生产运行设备管理系统并协同共享，形成水工建筑物高效监管。

3.2.4液压设备监测

实现对葛洲坝船闸反弧门液压启闭机控制系统主要参数的在线动态监测及故障报警，主要包括：压力、流量、温度、泄漏量、液位等。拟采用先进的数据采集技术实现上述液压系统运行状态信息的动态监测，可为液压系统故障及事故原因的分析提供可靠的数据和信息。在线状态监测可以及时了解和掌握船闸液压系统运行过程中的状态，以便早期发现故障、查明原因、并掌握故障的发展趋势，可以避免船闸液压系统故障的发生和重大事故的发生，最大限度的提高船闸液压系统的工作效率，有效地提高液压设备运行的可靠性与安全性。通过船闸液压设备在线监测的建设将大大提高船闸液压设备管理的自动化与智能化水平。

3.2.5船闸通航生产运行监控

实现三峡、葛洲坝船闸与升船机的实时调度运行状况、各类设施设备状态，利用可视化手段向用户进行直观展示。面向船闸安全监管的决策与技术人员，充分利用与整合现有和各个系统所提供的数据资源，充分依托三峡、葛洲坝船闸机械及金属结构监测、水工建筑物监测、电气设备监测、电子巡检、船舶过闸监测与应急管控以及葛洲坝船闸液压设备检测等数据，通过对机械及金属结构、水工建筑物、电气设备、液压设备等监测数据的综合获取、展示与分析，实施船闸综合管控和简单的智能分析。

3.2.6船舶过闸监测与应急管控

面向船闸运行管理和调度人员，围绕船舶过闸对船闸运行带来的间接运行风险，针对船舶进出闸综合监控，采用自动化监测、智能联动报警的方式，实现船闸闸室内包括船舶超速、超线、超吃水以及船闸气象情况等对船闸运行构成潜在风险因素的有效监控，并构建能够在恶劣气候条件下进行有效辅助导航的装备，有效降低通航安全风险。

4.结束语

三峡船闸设备设施的建设一般都具有公益性特点，三峡船闸设备设施综合监控平台建设直接经济效益并不是很明显，但是通过平台建设使船闸运行状态监测和风险防范能力进一步提高，船舶过闸综合监控和应急保障能力进一步升级，船闸运行大数据分析和状态检修能力进一步加强，对于发展中西部地区航运经济，增强百姓出行的安全感，树立良好的服务型政府形象具有极好推动作用。此外，本工程建设在行业内先试先行，建设成果将为国内其他船闸运行管理提供借鉴和参考。因此可见，本工程的社会效益十分明显。