黃河上游梯級水電站群大壩安全管理遠程診斷

王雪梅,張 毅,孔慶梅

(黃河上游水電開發有限責任公司，西寧 810008)

文章編號：1006—2610(2015)01—0092—04

黃河上游梯級水電站群大壩安全管理遠程診斷

王雪梅,張 毅,孔慶梅

(黃河上游水電開發有限責任公司，西寧 810008)

通過大壩安全信息管理系統對黃河上游梯級水電站群進行遠程診斷，及時發現、分析、處理梯級電站群運行中的異常情況，提高大壩運行中異常和隱患判斷的準備性，保障大壩運行安全。

水電站;大壩;安全;遠程診斷；管理系統

0 前 言

黃河上游水電開發有限責任公司(以下簡稱黃河公司)管理著黃河上游干流10余座梯級水電站群。目前已經投產發電的有班多、龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、蘇只、積石峽、鹽鍋峽、八盤峽和青銅峽等水電站。這些水電站均處于地質條件復雜、地震烈度高的環境中，管理難度很大。因此，要保證梯級水電站群大壩安全運行是一項艱巨而繁重的任務。為及時發現大壩運行中存在的問題，準確判斷大壩運行中存在的異常和隱患，滿足流域化水電站大壩統一管理的需要，滿足特殊情況下(如：遭遇大洪水、地震發生、氣候異常、出現高水位、水工建筑物運行異常等等)的觀測資料及時分析，達到對水電站大壩安全運行實時監控的目的，通過長期的實踐，我們總結出了以運用大壩自動化觀測和大壩安全信息管理系統達到對水電站大壩進行遠程診斷，實現上述目標的一些實際做法。

1 大壩安全信息管理系統的建立及其功能

黃河公司2007年下半年啟動建設大壩安全信息管理系統，系統包括1個西寧中心站(負責信息的統一管理和發布)、每個水電站1個現場觀測站(負責信息的采集并上傳中心站)；中心站與現場站之間采用虛擬專網通信；主系統軟件采用國家能源局大壩安全監察中心的Damsafety2005，輔助軟件為南京南瑞集團公司的DSIMS，2套軟件互為備份，軟件均采用windows系統和SQL server數據庫。至2011年，陸續接入了龍羊峽、李家峽、公伯峽、蘇只、鹽鍋峽、八盤峽、青銅峽7座水電站大壩安全信息，拉西瓦、班多、積石峽水電站的信息也已經通過人工方式納入系統之中。

該系統由中心站、現場監測站、報送客戶、瀏覽用戶、離線分析客戶和傳輸子系統6部分組成。主要工作流程：及時發現信息錯誤和異常情況(見圖1)—發現異常進行分析、判斷—異常情況可控，轉入重點關注，隨時進行分析—異常情況不可控，上報，采取措施(包括專家咨詢、深度分析)—按規定發布信息和提供查詢服務。

軟件分析功能包括測值圖形顯示、測點之間的相關分析、測值回歸分析等。

圖1 大壩安全信息管理系統網絡拓撲圖

1.1 遠程采集和傳輸

運用Web Services 技術建立計算機網絡系統，對大壩變形、滲流、應力及環境量等所有觀測項目的遠距離自動觀測和數據采集，并采用互聯網方式進行遠程連網，實現觀測數據的傳輸和網上信息查詢與調用，并能同時進行成果計算。

采用國家能源局大壩中心研制開發的“DamSafety2005水電站大壩安全信息管理系統”軟件，和南瑞集團公司“多壩集成管理DSIMS 4.0系統”軟件，可以直接將觀測信息傳輸到西寧中心站的南瑞集團公司大壩安全信息管理網絡系統中，能源局大壩中心管理系統直接從南瑞集團公司大壩安全信息管理網絡系統中提取觀測信息，從而實現能源局大壩中心和南瑞集團公司管理系統對觀測信息的雙系統管理。能源局大壩中心需要報送的信息由能源局大壩中心管理系統實現網絡直報。黃河公司、各發電分公司、黃河公司大壩管理中心進行大壩安全管理所需的信息可以在“黃河公司大壩安全信息管理專業系統網”上瀏覽下載。大壩管理系統結構見圖2。

圖2 大壩安全信息管理系統結構圖

1.2 大壩觀測數據的遠程管理

借助DamSafety2005系統軟件，自動化監測系統采集的監測數據，按指定的規則整理計算后，轉入到西寧中心站服務器上的整編數據庫中，實現數據管理。

(1) 對數據庫和系統設置進行管理(創建和修改服務器上的整編數據庫，更改測點屬性，自定義測點集)；

(2) 設置報警條件和計算公式；

(3) 查看管理日志對監測數據進行管理；

(4) 查詢數據和導出數據；

(5) 整編觀測數據。

大壩安全規范化管理要求將大壩監測成果按規定的格式進行整編，便于以表格的形式存檔和報送。用戶可以制作出符合工程習慣的報表和整編表。可以選擇不同的報表類型(如周報表、月報表、逐日年報表、單測點年度逐日統計表、多測點年度逐日統計表等)，實現大壩安全觀測數據的集中管理。

圖3 某大壩面板測斜儀IN-31測點測值過程圖

圖4 某大壩體填筑完成后電磁沉降儀觀測值過程圖

2 遠程診斷大壩運行中的異常情況

以往國內大多數水電站的大壩觀測資料每隔數年或在一些特殊(如：大壩定檢)情況下才組織分析，分析中經常發現一些異常情況難于解釋、難于回溯，影響對大壩運行性態的判斷，問題判斷的時效性差。現在借助大壩安全信息系統實現了遠程診斷，可以及時發現大壩運行中存在的異常隱患。

2.1 遠程診斷中異常數據的判識

資料錯誤和異常判斷的依據：擬定相應的標準——觀測資料是否出現規律性改變或量值較大的改變，巡視檢查是否發現新出現的缺陷或老缺陷的發展等，進行異常的判斷。

異常認定的依據：采用相關分析和回歸分析，結合以往分析、研究成果，以及必要的現場檢查進行判斷。

異常判識的方式：規律性判斷、極值判斷、突跳值判斷等。

2.1.1 出現與已知原因量無關的變化速率

由圖3看出，在大壩面板觀測中測斜儀IN-31測點，在2012、2013和2014年變化速率不同以往。在此期間，庫水位等相關量值均無變化。IN-31測點周邊部分測點的測值也有不同程度的速率突變。經分析，此處面板有不均勻變形的可能。

2.1.2 變化趨勢突然加劇或變緩，或發生逆轉

由圖4看出，2004年8月份壩體沉降量加劇。經分析，此時水庫開始蓄水。水庫蓄水后壩體沉降量出現了明顯加速增大的趨勢，其后逐漸向穩定方面趨近。各測點測值表現為越高的位置沉降量越大。

2.1.3 出現超過歷史極值(最大值、最小值)、設計計算值、安全監控限值或數學模型預報值

大壩面板周邊縫的工作狀態采用三向測縫計監測，監測量包括縫的開合度(X方向)、面板法向的錯動(Z方向)、順坡向錯動(Y方向)。監測儀器采用南瑞公司的3DM-200電位器式測縫計，量程為225 mm。本工程周邊縫設計標準為張開(X方向)20 mm、沉陷(Z方向)40 mm、剪切(Y方向)40 mm。

由圖5看出，測縫計JB-3-03、JB-3-04在面板法線方向錯動量值分別為-58.6、-77.8 mm，超出周邊縫變形控制標準。

2.1.4 通過與歷史的或相鄰的觀測數據相比較判斷數據的合理性

由圖6可見，2005年11月WE43-1量水堰水位突增，大大超出歷史的和相鄰測點的觀測數據值。經分析：2005年庫水位達到歷史最高，且在高水位期間，有外來水進入2 443.00 m高程基礎廊道。經將外來水引排后，WE43-1量水堰觀測值穩定。

2.1.5 以所測數據的物理意義判斷數據的合理性

由圖7看出，儀器埋設初期大壩引水道下部混凝土溫度達到27 ℃左右，2004年8月下閘蓄水后，該部位溫度逐漸降低并趨于穩定，溫度值約為14～15 ℃。從長序列過程線看雖然測值表現出趨勢性，但就物理意義判斷，變化規律是合理的，不是異常。

圖5 某大壩主壩面板周邊縫測值過程圖

圖6 2 443 m高程廊道滲漏量測值過程線圖

圖7 某大壩引水管道下部混凝土溫度過程圖

圖8 異常問題多重過濾流程圖

2.2 遠程診斷中異常問題的處理

2.2.1 運用數據審核的方法排查異常數據

編制《大壩安全監測資料審核體系標準》，按照標準及時對水電站群大壩按其主要觀測項目和重點監測部位進行觀測數據審核。從過程圖和長序列觀測資料判斷觀測值是否在正常變化范圍之內。運用系統庫中的觀測成果和過程線圖查看各監測量的變化規律和趨勢，判斷有無突跳、臺階、趨勢性等異常的觀測值，以隨時發現大壩運行中存在的問題和異常。并按照《大壩安全監測資料審核體系標準》的要求編制數據異常報告。報告內容包括異常測值發生的時間、部位、原因分析、處理建議等。

2.2.2 建立反饋機制對異常問題多重過濾

借助系統功能進行異常問題多重過濾，防止在資料審核過程中忽略一些不太明顯的異常問題。并將系統運行管理人員分為資料審核人員和分析人員2類，分工篩查和判斷異常問題，工作流程見圖8。

資料審核、初步分析、深入分析或專題分析逐級反饋。如：庫水位發生較大變化時，將揚壓力換算為揚壓力系數進行異常判斷。又如：壩基滲流量增大，將檢查壩面變化情況等。

實踐證明，通過異常問題多重過濾的審核方式，可以整體提高大壩運行中存在問題的分析判斷的準確性，使得大壩安全工作更加可控。

3 結 語

黃河公司借助大壩安全信息管理系統實現了遠程診斷，不僅對水電站群大壩安全運行進行及時的診斷，也提高了對大壩特殊情況下(如：遭遇大洪水、地震發生、氣候異常、出現高水位、水工建筑物運行異常等)運行中存在問題判斷的及時性、大壩運行中異常和隱患判斷的準確性，使得大壩安全管理工作更加可控。實現了大壩安全管理從“觀測”到“監測”的轉變，實現了“大壩安全監測”的理念。

[1] 西北勘測設計研究院.黃河公伯峽水電站面板堆石壩安全監測資料分析報告[R].西安：中國水電顧問集團西北勘測設計研究院,2012.

[2] 張群,陳樹聯,顧永明.拉西瓦水電站安全監測自動化系統設計綜述[J].西北水電,2011,(S1):142-145.

[3] 王衛國,王新明. 蘇只水電站工程安全監測設計[J].西北水電,2008,(2):60-62.

[4] 尹政國,馬永福. 黃河萬家寨水利樞紐大壩安全監測系統改進完善方案[J].西北水電,2012,(2): 91-95.

[5] 吳駿,吳明波.瀾滄江流域大壩安全綜合信息管理系統實現[J].西北水電,2011，(S1): 186-191.

[6] 國家能源局大壩安全監察中心.黃河上游水電開發有限責任公司大壩安全管理分系統手冊[M].北京：國家能源局大壩安全監察中心,2013.

Remote Diagnosis of Safety Management of Dams of Cascade Hydropower Station Groups on Upper Yellow River

WANG Xue-mei, ZHANG Yi, KONG Qing-mei

(Huanghe Hydropower Development Co., Ltd., Xining 810008, China)

Through the safety data management system for dam, the cascade hydropower station groups on Upper Yellow Rive are remotely diagnosed, promptly finding, analyzing and handling the abnormal of the cascade hydropower stations, improving the preparation for judgment of the abnormal and risks in dam operation, securing the operation safety of the dams.

hydropower station; dam; safety; remote diagnosis; management system

2014-06-13

王雪梅 (1967- ),女,河北省青縣人,高級工程師,從事水電站大壩管理工作

TV697.1

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.01.024