電站群大壩運行安全監(jiān)管指標研究與應用

李嘯嘯，馮永祥，李小偉

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都610056)

0 引 言

近年來，隨著國家電力體制改革地不斷深化，在我國電力行業(yè)形成了流域化梯級水電站群大壩安全集中管理和跨流域電站群大壩安全集中管理的新模式[1-5]。與此同時，國家對大壩運行安全管理的要求也越來越高。2015年，國家發(fā)展和改革委員會頒布了《水電站大壩運行安全監(jiān)督管理規(guī)定》，要求“電力企業(yè)應當加強大壩安全監(jiān)測與信息化建設工作，及時整理分析監(jiān)測成果，監(jiān)控大壩運行安全狀態(tài)，并且按照要求向大壩中心報送大壩運行安全信息。對壩高100 m以上的大壩、庫容1億m3以上的大壩和病險壩，電力企業(yè)應當建立大壩安全在線監(jiān)控系統(tǒng)，并且接受大壩中心的監(jiān)督”。電力企業(yè)作為大壩運行安全的責任主體，如何建立工作流程清晰、職責劃分明確的大壩運行安全管理體系，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部有效監(jiān)管，是電力企業(yè)就大壩安全集中管理亟待解決的問題。

目前，大壩運行安全管理主要通過安全監(jiān)測、安全檢查和資料分析等技術手段，安全注冊登記與評級等管理手段相結合的方式掌握大壩的運行性態(tài)。通過日常維護和補強加固，消除大壩運行中出現(xiàn)的問題和缺陷，保障大壩運行安全。

大壩安全監(jiān)測和日常巡查是大壩運行安全管理的基礎工作，通過數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場日常巡查，充分發(fā)揮了大壩安全管理的“耳目”作用。這些基礎工作多是由水電站現(xiàn)場運行單位負責。各電力企業(yè)因內(nèi)

部管理體系劃分不同，由電廠或?qū)I(yè)集中管理單位(部門)承擔，但不論何種方式，工作的開展質(zhì)量都可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)量，巡檢工作的完成情況量化體現(xiàn)。

雅礱江流域水電開發(fā)有限公司(以下簡稱“雅礱江公司”)是實現(xiàn)流域化梯級水電站群大壩安全集中管理的企業(yè)之一，在大壩安全管理方面，實行流域集中管理和現(xiàn)場管理相結合的分級管理模式。公司下設的大壩中心是公司流域化大壩運行安全管理歸口單位，各電廠是電站現(xiàn)場大壩運行單位[2，4]。公司于2013年建設了雅礱江流域大壩安全信息管理系統(tǒng)(以下簡稱“流域大壩系統(tǒng)”)，主要對公司各投運水電站安全監(jiān)測、巡檢維護以及定檢注冊等大壩安全信息進行管理，并為施工期大壩安全監(jiān)測項目管理提供信息化手段。目前已接入二灘、桐子林、官地、兩河口、錦屏一級、錦屏二級、楊房溝共7座水電站的大壩運行安全信息。為規(guī)范流域電站群各大壩安全管理工作，雅礱江公司依托流域大壩系統(tǒng)平臺，從現(xiàn)場監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行維護、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與審核、水工巡檢工作開展等日常大壩運行安全管理工作入手，建立了大壩運行安全監(jiān)管指標體系。該體系由監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行率、平均無故障工作時間、自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)完整率、人工觀測項目數(shù)據(jù)完整率、巡視檢查完成率、監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查率、巡檢成果審核率共7項指標組成，通過月度統(tǒng)計與發(fā)布，對各電廠進行對比考核，有效促進了日常大壩運行安全管理工作的提升。

1 大壩安全監(jiān)管指標體系

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)運行維護監(jiān)管指標

大壩安全監(jiān)測儀器設備投運后，水電站運行管理單位要做好日常維護和更新改造工作，保證監(jiān)測系統(tǒng)可靠運行。監(jiān)測系統(tǒng)運行維護不到位，會導致監(jiān)測數(shù)據(jù)采集異?；蛉笔А，F(xiàn)行規(guī)范DL/T5272—2012《大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實用化要求及驗收規(guī)程》提出，平均無故障工作時間MTBF指標對大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行情況進行定量考核，規(guī)定年平均無故障時間不低于6 300 h，直觀體現(xiàn)了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行情況。另外，為便于統(tǒng)計分析，避免由于不同自然月總時長的差異化影響，結合平均無故障工作時間計算思路，設置監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行率指標。

(1)平均無故障工作時間MTBF。計算公式為

式中，ti為考核期內(nèi)，第i個測點正常工作時數(shù)；ri為考核期內(nèi)，第i個測點出現(xiàn)的故障次數(shù)，無故障發(fā)生時取值為1；n為大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)內(nèi)的測點數(shù)。

(2)監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行率。監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行率指統(tǒng)計時段內(nèi)，各自動化測點無故障運行天數(shù)之和與各測點總運行天數(shù)的比值(以“%”計)。自動化測點當天采集到一個“有效數(shù)據(jù)”，即認為該測點當天運行正常，“有效數(shù)據(jù)”指人工審核通過的數(shù)據(jù)。計算公式[3]

式中，RAO為監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行率；Ti為統(tǒng)計時段內(nèi)，自動化監(jiān)測系統(tǒng)第i個測點無故障運行天數(shù)；d為統(tǒng)計時段內(nèi)總天數(shù)；n為自動化監(jiān)測系統(tǒng)測點總數(shù)。

1.2 監(jiān)測工作質(zhì)量監(jiān)管指標

監(jiān)測數(shù)據(jù)采集是大壩安全監(jiān)測重點工作之一。監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性為后續(xù)資料整編分析，合理準確評價建筑物結構的安全性具有重要意義。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方式的不同，可分為自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)和人工觀測項目數(shù)據(jù)兩類，對應設置自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)完整率和人工觀測項目數(shù)據(jù)完整率2個指標。

(1)自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)完整率。自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)完整率指接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)的測點在統(tǒng)計時段內(nèi)入庫數(shù)據(jù)總量與理論應采集數(shù)據(jù)總量的比值(以“%”計)。指標統(tǒng)計時，自動化觀測頻次均按照1次/d進行，當天某測點大于1次的均按照1次/d統(tǒng)計，當天多余的數(shù)據(jù)，不會參與指標統(tǒng)計。計算公式[3]

式中，RAD為自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)完整率；Si為統(tǒng)計時段內(nèi)，自動化監(jiān)測系統(tǒng)第i個測點累計采集的數(shù)據(jù)量；d為統(tǒng)計時段內(nèi)總天數(shù)；n為自動化監(jiān)測系統(tǒng)測點總數(shù)。

(2)人工觀測項目數(shù)據(jù)完整率。人工觀測項目數(shù)據(jù)完整率指由專業(yè)技術人員現(xiàn)場進行觀測的測點在統(tǒng)計時段內(nèi)入庫數(shù)據(jù)總量與理論應采集數(shù)據(jù)總量的比值(以“%”計)。在指定觀測頻率內(nèi)，多觀測的數(shù)據(jù)，不參與指標統(tǒng)計。計算公式[2]

式中，RMD為人工觀測項目數(shù)據(jù)完整率；Hi為統(tǒng)計時段內(nèi)，第i個人工觀測測點采集的數(shù)據(jù)量；d為統(tǒng)計時段內(nèi)天數(shù)；mi為第i個人工觀測測點對應統(tǒng)計時段內(nèi)的觀測頻次；n為人工觀測測點總數(shù)。

值得說明的是，DL/T5272—2012《大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實用化要求及驗收規(guī)程》中數(shù)據(jù)缺失率FR的計算側重于對自動化系統(tǒng)運行情況的考核，考慮了數(shù)據(jù)的有效性(即數(shù)據(jù)質(zhì)量)，此處2個指標僅考慮數(shù)據(jù)數(shù)量，兩者側重點不同。本指標體系中對于自動化系統(tǒng)運行情況的考核已在自動化系統(tǒng)運行率中體現(xiàn)。

1.3 巡視檢查監(jiān)管指標

水電站運行管理單位必須定期開展安全檢查工作，檢查大壩及其附屬設施的運行安全。大壩安全檢查主要包括日常巡查、年度詳查、定期檢查和特種檢查4種。日常巡查和年度詳查是水電站運行管理單位主體開展的定期檢查，為定期統(tǒng)計分析奠定基礎。在流域大壩系統(tǒng)中，日常巡查和年度詳查均以巡查路線劃分，兩者的差異主要體現(xiàn)在路線和周期上，因此，考慮對定期開展的檢查工作進行考核，設置巡視檢查完成率監(jiān)管指標。

巡視檢查完成率指統(tǒng)計時段內(nèi)各條巡檢路線實際有效巡檢次數(shù)之和與各巡檢路線規(guī)定次數(shù)之和的比值(以“%”計)。計算公式[3]

式中，RPC為巡視檢查完成率；Ji為統(tǒng)計時段內(nèi)，第i條巡檢路線實際有效巡檢次數(shù)；Di為統(tǒng)計時段內(nèi)，第i條巡檢路線規(guī)定巡檢次數(shù)；n為巡檢路線總數(shù)量。

表1 2017年5月監(jiān)管指標統(tǒng)計

說明：“—”表示暫未接入流域大壩系統(tǒng)進行自動化統(tǒng)計，下同。

1.4 時效性監(jiān)管指標

監(jiān)測數(shù)據(jù)采集后，需要及時進行人工審核確認，對于審核不通過的，需立即復測。對人工觀測項目而言，由于技術人員參與了數(shù)據(jù)測讀過程，對明顯異常的數(shù)據(jù)，可立即復測；自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)從儀器傳感器端采集到入庫時間很短，相對來說更加需要專業(yè)技術人員及時審核。為規(guī)范監(jiān)測數(shù)據(jù)和巡檢成果審核工作開展及時有效，研究制定監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查率和巡檢成果審核率2項指標。

(1)監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查率。監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查率指統(tǒng)計時段內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫后規(guī)定時間內(nèi)完成人工審核的記錄數(shù)量與監(jiān)測數(shù)據(jù)總量的比值(以“%”計)。具體時限可根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測人員數(shù)量、待審核數(shù)據(jù)總量確定，一般最長不超過1周。流域大壩系統(tǒng)以1周為計數(shù)時長進行統(tǒng)計。計算公式[3]

式中，RDI為監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查率；Yi為統(tǒng)計時段內(nèi)，第i個測點1周內(nèi)完成數(shù)據(jù)檢查的數(shù)據(jù)記錄量；Zi為統(tǒng)計時段內(nèi)，第i個測點實際采集的數(shù)據(jù)總量；n為測點總數(shù)。

(2)巡檢成果審核率。巡檢成果審核率指巡檢完成、錄(導)入流域大壩系統(tǒng)后在規(guī)定時間內(nèi)完成審核的巡檢路線記錄數(shù)量與各巡檢路線實際巡檢次數(shù)之和的比值(以“%”計)。流域大壩系統(tǒng)以1周為計數(shù)時長進行統(tǒng)計。計算公式[3]

式中，RPI為巡檢成果審核率；Ei為統(tǒng)計時段內(nèi)，第i條巡檢路線巡檢后在1周內(nèi)完成審核的記錄量；Ji為統(tǒng)計時段內(nèi)，第i條巡檢路線實際巡檢總次數(shù)；n為巡視檢查路線數(shù)量。

2 監(jiān)管指標應用情況

雅礱江公司大壩中心于2014年開始研究電站群大壩運行安全監(jiān)管指標，并于2015年4月起開始對各電站進行統(tǒng)計發(fā)布。表1～表4分別為2017年5月～8月的統(tǒng)計結果。

分析表1～表4數(shù)據(jù)，可得出以下結論：

(1)電站群大壩運行安全監(jiān)管指標統(tǒng)計結果，具體量化了雅礱江公司各投運電站大壩運行安全管理基礎工作開展情況。2017年5月～8月，二灘水電站、官地水電站各項指標較穩(wěn)定，表明現(xiàn)場大壩安全監(jiān)測、系統(tǒng)運行維護、水工巡檢工作規(guī)范有序。

表2 2017年6月監(jiān)管指標統(tǒng)計

表3 2017年7月監(jiān)管指標統(tǒng)計

表4 2017年8月監(jiān)管指標統(tǒng)計

(2)錦屏一級、錦屏二級水電站現(xiàn)場水工巡檢工作計入統(tǒng)計初期(2017年7月)，受現(xiàn)場水工點檢系統(tǒng)上線時間較短，工作銜接不完善所致，與巡檢時效性相關的巡檢成果審核率RPI較低。經(jīng)過指標發(fā)布，電廠進一步明確落實現(xiàn)場巡檢審核人職責，按照要求開展成果審核，該指標在8月恢復到正常水平(100%)。

(3)桐子林水電站監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行率RAO和平均無故障工作時間MTBF統(tǒng)計時段內(nèi)，均處于最低水平，這與其投運時間較短，現(xiàn)場大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)仍處于試運行階段有關。其中，平均無故障工作時間MTBF受自然月時長不同影響，數(shù)據(jù)波動較明顯，監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行率RAO相比更為直觀。

(4)表4大部分指標表現(xiàn)明顯大于表1值，表明通過定期發(fā)布指標統(tǒng)計結果，各電廠進行對比考核，有效促進了日常大壩運行安全管理工作的提升。

3 結 語

大壩安全監(jiān)測和日常巡視檢查是大壩運行安全管理工作的基礎，是大壩運行安全管理的“耳目”，也是水電站運行單位大壩運行安全管理工作的主要內(nèi)容，現(xiàn)場工作質(zhì)量的好壞直接關系到對大壩運行性態(tài)的準確評判[6]。監(jiān)測系統(tǒng)運行維護、監(jiān)測項目頻次、監(jiān)測數(shù)據(jù)審核、巡視檢查到位等都是大壩運行安全管理工作需要關注的重點。目前，電力企業(yè)水電站運行單位大壩安全監(jiān)測工作有自行開展、局部外委和完全外委等多種形式[7]。雖然電力企業(yè)定時向國家能源局大壩安全監(jiān)察中心報送所屬大壩監(jiān)測信息，但作為大壩運行安全的責任主體，加強企業(yè)內(nèi)部監(jiān)管是非常必要的。

雅礱江公司結合自身大壩安全管理特點，依托大壩安全信息化建設成果，研究并建立了反應現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)運行維護、監(jiān)測工作質(zhì)量、巡視檢查及時效性要求的水電站大壩運行安全監(jiān)管指標體系。經(jīng)過三年的管理應用實踐表明，監(jiān)管指標體系設置合理，能夠準確反應現(xiàn)場實際情況，管理單位能夠及時掌握現(xiàn)場大壩安全監(jiān)測工作開展情況，促進了運行單位大壩安全管理工作的規(guī)范化、精細化，保障了安全監(jiān)測工作的時效性，進一步夯實了大壩運行安全管理工作基礎。