塔日勒嘎水電站大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)應(yīng)用

佟 雷彭 剛

（1克州新隆能源開發(fā)有限公司 新疆 烏恰 845450 2四川小金川水電開發(fā)有限公司 四川 阿壩州 624000）

塔日勒嘎水電站大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)應(yīng)用

佟 雷1彭 剛2

（1克州新隆能源開發(fā)有限公司 新疆 烏恰 845450 2四川小金川水電開發(fā)有限公司 四川 阿壩州 624000）

簡要介紹塔日勒嘎水電站大壩自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、監(jiān)測項目、監(jiān)測系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)采集、整理系統(tǒng)、資料分析系統(tǒng)。應(yīng)用于大壩的滲流、繞滲，溢洪道的壓力與高邊坡的位移等與大壩安全密切相關(guān)的參量，提供測值預(yù)報，進行視圖分析，描繪趨勢曲線。采用合理的數(shù)學(xué)模型和評判準(zhǔn)則，實現(xiàn)實時在線綜合分析大壩安全運行性態(tài)，對大壩安全隱患進行預(yù)警。實現(xiàn)大壩安全數(shù)據(jù)采集的自動化、數(shù)據(jù)處理的模型化、分析評判的智能化。

塔日勒嘎水電站；大壩安全監(jiān)測；自動化系統(tǒng)

引言

塔日勒嘎水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州克孜勒蘇河中游，是一座以發(fā)電為主的三等中型水利工程, 水庫總庫容0.418億m3,正常蓄水位2250m,設(shè)計洪水位2250m,校核洪水位2252.21m。樞紐工程包括粘土心墻砂礫石壩、左岸泄洪沖沙洞、右岸溢洪道、發(fā)電引水隧洞、電站廠房、110KVGIS樓、退水渠、上壩公路等主要建筑物組成。

為了及時了解大壩的運行性態(tài)和發(fā)展趨勢,及時發(fā)現(xiàn)隱患,提高水庫大壩安全管理水平,中工武大公司與管理單位對大壩安全監(jiān)測自動化進行開發(fā)和建設(shè),建立一套功能實用、技術(shù)先進、性能可靠、結(jié)構(gòu)開放的大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，能在線或離線分析大壩安全運行性態(tài)，為管理單位和上級主管部門實時提供輔助決策信息，實現(xiàn)資源共享，提高水庫大壩安全監(jiān)測與管理的信息化水平。

水庫大壩自動化監(jiān)測項目為大壩滲流監(jiān)測、繞壩滲流監(jiān)測、溢洪道應(yīng)變監(jiān)測、廠房變形監(jiān)測和環(huán)境量監(jiān)測。

一、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成

系統(tǒng)包括各種類型傳感器，測量控制單元和管理處中央控制室

1、現(xiàn)地監(jiān)測單元

塔日勒嘎水電站大壩安全監(jiān)測自動化儀器共43個，主要包括滲壓計、測壓管、土壓力計、多點位移計、基巖變位計、量水堰流量計和環(huán)境量溫度計、氣壓計等。

2、網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接

網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接主要包括測量控制單元（MCU）和通信電纜等。測量控制單元（MCU）是系統(tǒng)中的主要部分，用于對各種傳感器進行數(shù)據(jù)采集和存儲，并與中央控制室計算機連接通訊，發(fā)送指令和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)實時監(jiān)測。該系統(tǒng)設(shè)2個測量控制單元，設(shè)在1#泄洪閘液壓啟閉機室，另外在廠房設(shè)置1個測量控制單元，設(shè)置在中控室。

3、中央控制中心

中央控制中心設(shè)在電站廠房中控室，它與測量控制單元通過光纖通訊，實現(xiàn)雙向通訊。系統(tǒng)配有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析軟件，可進行在線監(jiān)控或離線監(jiān)控。

二、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的功能

1.監(jiān)測數(shù)據(jù)采集功能

系統(tǒng)可對輸出為頻率、電壓、電流、脈沖及數(shù)字編碼等信號的傳感器進行常規(guī)巡測，定時巡測，常規(guī)選測和人工測量。

2.數(shù)據(jù)通信與資源共享功能

中央控制室可以向測量控制單元發(fā)出指令，并接受測量控制單元采集數(shù)據(jù)；中央控制室與外界可以通過多種通迅媒介實現(xiàn)雙向通訊，實現(xiàn)資源分級共享。

3.資料維護與管理功能

系統(tǒng)對各監(jiān)測項目的考證資料和監(jiān)測資料具有維護與管理功能，包括資料錄入、資料修改、資料刪除、資料查詢，以及對考證資料和監(jiān)測資料按年份進行備份或恢復(fù)，保證資料的連續(xù)性和完整性。

4.資料整編與分析功能

系統(tǒng)按《土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程》(SL169-96)的要求對監(jiān)測資料進行整編，及時制成圖表。并結(jié)合工程實際情況建立分析模型，實現(xiàn)在線處理或離線處理，對工程安全評價提供輔助信息。

5.系統(tǒng)自檢功能

系統(tǒng)具有自檢能力，系統(tǒng)發(fā)生故障時，有設(shè)備故障報警功能，顯示故障信息，以便及時維修。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集軟件實現(xiàn)計算機與測量控制單元（MCU）通訊，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。

1.MCU自檢

MCU自檢是通過計算機與MCU通訊，使MCU進行自檢，并將自檢結(jié)果返回至計算機，顯示給操作人員，達到遠程診斷MCU的目的。自檢的內(nèi)容包括：通信、MCU內(nèi)部溫度、MCU工作電壓，MCU充電電壓、MCU測量模塊和通道。

2.參數(shù)設(shè)置

在MCU能夠正常工作之前，要根據(jù)工程的具體情況，對MCU的參數(shù)和數(shù)據(jù)庫中的各測點進行設(shè)置。設(shè)置的內(nèi)容有：通信速率、系統(tǒng)時間等。

3．單點測量

單點測量用于測量某種儀器的某個測點的各種電測量（如孔隙水壓力計的頻率和溫度）和相關(guān)儀器測量（如測量測壓管內(nèi)的孔隙水壓力計，還要測量氣壓計），計算出工程物理量。具有打印和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫的功能。

4．巡回測量

巡回測量用于測量一個MCU或多個MCU上的測點，所測儀器類型可以是一種，也可以是多種。得到電測量后，計算出工程物理量，還可以直接取上一次巡回測量數(shù)據(jù)。巡回測量時，數(shù)據(jù)采集軟件以列表的形式給出MCU、與各MCU相連的儀器類型，供操作人員選擇。能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進行檢查，當(dāng)測量數(shù)據(jù)超出量程范圍或事先設(shè)置的安全警戒，將給出提示或告警。能夠按儀器類型打印測量數(shù)據(jù)和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫。

5．定時測量

定時測量主要用來取定時測量數(shù)據(jù)，計算出工程物理量，測量所得的電測量和工程物理量在列表中顯示。能夠按儀器類型打印測量數(shù)據(jù)和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫。取定時測量數(shù)據(jù)可以是計算機自動取數(shù)也可以是人工取數(shù)。

四、資料整編系統(tǒng)

資料整編系統(tǒng)由資料維護、報表打印、圖形繪制等模塊組成，其中資料維護又包括考證資料查詢添加修改刪除、監(jiān)測數(shù)據(jù)添加、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢修改、監(jiān)測資料刪除、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)。

五、資料分析系統(tǒng)

資料分析軟件包括對垂直位移、水平位移、滲流壓力水位、滲流量、基巖變位計分析。

1、現(xiàn)場檢查：現(xiàn)場檢查提供把現(xiàn)場檢查的情況錄入到系統(tǒng)中以及查詢和修改這些現(xiàn)場檢查信息。

2、垂直位移分析：包括建立統(tǒng)計模型、沉降分析、裂縫分析。

（1）建立統(tǒng)計模型：利用連續(xù)監(jiān)測資料，建立垂直位移與時間的單因子優(yōu)化統(tǒng)計模型，如果統(tǒng)計模型相關(guān)系數(shù)好、剩余標(biāo)準(zhǔn)差小,則可利用統(tǒng)計模型對個別漏測資料進行插補推算。

（2）沉降分析：沉降分析主要包括沉降率計算、沉降速率計算，并根據(jù)沉降率與沉降速率判斷沉降發(fā)展趨勢及是否可能存在裂縫。

（3）裂縫分析：裂縫分析通過計算縱向傾度和縱向拉應(yīng)變判斷壩體是否存在剪切裂縫和橫向不均勻沉降裂縫。

3、水平位移分析：水平位移分析利用連續(xù)監(jiān)測資料，對水平位移與上游水深、時間等因子建立多因子統(tǒng)計模型，根據(jù)相關(guān)系數(shù)，就回歸效果給出定性結(jié)論。

4、滲流壓力分析：滲流壓力分析包括滯后時間分析、建立統(tǒng)計模型、位勢分析、壩體浸潤線分析、壩基抗?jié)B分析等。

5、滲流量分析：滲流量分析包括建立統(tǒng)計模型、化引流量分析等。

6、基巖變位計分析：基巖變位計分析利用連續(xù)監(jiān)測資料，建立廠房基礎(chǔ)的變化情況，計算縱向和橫向的不均勻沉降發(fā)展趨勢及可能存在的沉降裂縫。

7、多點位移計分析：多點位移計分析利用連續(xù)監(jiān)測資料，建立邊坡基巖的變化情況，計算邊坡內(nèi)基巖的變化方向與變化量。

結(jié)束語：

塔日勒嘎水電站安全監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，實現(xiàn)對塔日勒嘎水電站安全的實時監(jiān)控與預(yù)警，在發(fā)電過程中發(fā)揮了重要的輔助決策作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。塔日勒嘎水電站安全監(jiān)控系統(tǒng)是為大壩和廠房的安全運行、水庫汛限水位動態(tài)控制、洪水資源化及水資源優(yōu)化配置起到重要作用，也將對以后大壩安全運行管理提供一些經(jīng)驗。

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[3]張文飛. 淺述水電站大壩安全監(jiān)測現(xiàn)狀及其自動化動態(tài)[J]. 廣東科技,2013,10∶115-116.

G322

B

1007-6344（2017）01-0261-01

佟雷（1977-），男，工程師，本科，主要從事水電站水工運行。

彭剛（1975-），男，高級工程師，主要從事工程建設(shè)管理工作。