索風營水電站安全監測自動化系統試運行與評價

國電南京自動化股份有限公司 吳志偉

索風營水電站是烏江梯級開發的第五級水電站。本文通過對索風營水電站大壩安全監測自動化系統施工完成后投入試運行一年的數據采集和運行指標進行了評價，闡述了系統運行的穩定性、可靠性、精度等各項技術指標，對照相關驗收規范，滿足了規范和設計要求，為電站安全監測智能化管理打下了基礎。

1 工程概況

索風營水電站位于貴州省黔西、修文縣交界的烏江中游六廣河段，是烏江梯級開發的第五級水電站。電站總裝機容量600MW（3×200MW），水庫總庫容2.012億m3。工程屬二等大（2）型工程，電站樞紐由碾壓混凝土重力壩、右岸引水系統和地下廠房等主要建筑物組成。工程以發電為主，承擔調峰、調頻、事故備用等任務，兼有養殖、旅游等效益。

2 自動化系統概況

2.1 自動化系統規模

索風營水電站樞紐工程安全監測共在大壩、引水隧洞、尾水隧洞、地下廠房洞室、邊坡、危巖體和堆積體共埋設各類觀測儀器有1697支(個)。大壩中心對索風營電站大壩監測系統進行評價，正常使用的各類觀測儀器有1260支(套)。

依據“重點性”、“必要性”和“可靠性”原則,索風營自動化系統共接入701支儀器。按工程部位分：其中壩址氣溫1支，大壩200支，大壩和廠房帷幕35支，引水隧洞94支，地下廠房及主變洞166支，尾水隧洞54支，壩肩邊坡9支，Dr2#危巖體104支，III號堆積體19支，Ⅳ號堆積體7支，I號堆積體12支。按儀器類型分：其中弦式502支，差阻式181支，光電式18支。共使用自動化系統測量模塊27套（其中差阻式模塊7套，弦式模塊20套）。

2.2 監測自動化系統的組成

索風營水電站安全監測自動化系統網絡結構按三級設置，即現場監測站、監測中心站、營地后方管理站。系統通訊采用光纜作為主要通訊介質，光纖環網結合屏蔽雙絞線組成數據傳輸網絡。營地后方管理站采用內部局域網與中心站連接。系統主要采用集中供電方式，中心站配備不間斷電源。

2.2.1 系統網絡

索風營電站安全監測自動化系統網絡由1個中心站，10個測站組成，分為2個環網。環網1包括：2#BCZ—4#BCZ—1#BCZ—1#CCZ—3#BCZ—5#施工支洞測站—2#CCZ，左岸EL781m廊道新增測站采用屏蔽雙絞線接入2#BCZ，并聯至測站光端機連入環網；環網2包括：5#BCZ—Dr2危巖體測站。2#營地后方管理站通過內部局域網與中心站連接，可實現通過FWC2000E大壩安全信息管理系統自動測量、遠程控制、數據瀏覽。

2.2.2 測站內組網

測站內設備包括：差阻式、振弦式自動化采集裝置及485接口傳感器（主要是CCD光電式靜力水準儀、雙金屬標儀和垂線坐標儀），采用屏蔽雙絞線接入光端機?，F場數據采集裝置直接與傳感器相接，各采集模塊有其自身的日歷和時鐘，可獨立完成監測數據采集、A/D轉換，同時可接受采集計算機的指令完成有關操作等。

2.3 監測自動化系統建設和試運行情況

2.3.1 施工情況

工程分為兩期實施，于2012年4月開工，2014年12月完成主體施工及自動化系統的調試。后期于2015年10月完成危巖體測站的自動化接入和調試，隨后進行了項目的竣工驗收。對照合同、設計文件及規范，檢查采集軟件、信息管理軟件、數據分析軟件功能，自動化系統實現了數據采集、存儲、顯示、遠程操作、報警、報表制作、圖形顯示等功能，滿足設計文件及合同要求。同意系統自2016年1月1日正式進入1年試運行。

2.3.2 系統試運行維護情況

系統從2016年1月1日正式進入試運行,故障情況如下：

序號 類別 累計次數(次) 比例1測量模塊 4 25.00%2光端機 2 12.50%3傳感器 8 50.00%4電源 1 6.25%5計算機 1 6.25%合計 16 100.00%

3 監測自動化系統運行和考核評價

索風營自動化系統共接入701支儀器，使用自動化系統測量模塊27套。依據設計、合同及規范，為了驗證自動化監測設備的穩定性、可靠性以及測量精度，隨機選擇了10套測量模塊（占模塊總數的37.04%），模塊接入的儀器共183支（占儀器總數的26.11%），其中差阻式103支，弦式80支。

3.1 人工比測

測量精度需滿足最新《混凝土大壩安全監測技術規范》要求。人工比測的計算方法參考《大壩安全監測自動化系統技術規范》要求。103支差阻式儀器，比測電阻比差值小于6*10-4的有95支，占95.63%；80支振弦式儀器中比測差值小于3個模數的有75支，占93.75%，最大差值為3.83個模數。

3.2 穩定性

3.2.1 短期穩定性

依據《大壩安全監測自動化系統實用化要求及驗收規程》，自動化系統短期測值穩定性考核主要通過短時間內的重復性測試，根據重復量結果的中誤差來評價。根據《大壩安全監測數據自動化采集裝置》的規范要求，差阻式傳感器測量模塊電阻比測值不大于2，電阻值不大于0.02Ω。振弦式傳感器測量模塊頻率測值變化不大于0.2Hz。

本次對儀器運行情況進行了連續測量15次的測值準確度統計。共測試103支差阻式儀器，電阻比超限4支，占總數的3.92%，電阻值超限4支，占總數的3.92%。電阻比和電阻值超限均為同一支儀器，合格96.08%。振弦式儀器80支，超限6支，占總數7.5%，合格92.5%。

3.2.2 長期穩定性

本次對183支儀器過程線進行繪制，通過人工與自動化數據過程線趨勢對比，數據無系統性偏移，變化規律基本一致，變幅相近。

3.3 可靠性

按照合同及規范要求，系統設備的平均無故障工作時間不小于6300h。平均無故障工作時間(MTBF)是指兩次相鄰故障間的正常工作時間。依據《大壩安全監測自動化系統實用化要求及驗收規程》。因此，按照規程計算方法，試運行期內系統MTBF=7048h，大于6300h。滿足合同及規范要求。

4 結論

系統試運行以來，整體運行正常，經受住了汛期現場潮濕環境的考驗，取得了大量的數據。在整個運行過程種，通過與業主的緊密配合，及時解決了系統出現的一些問題，有利于自動化系統長期運行和管理。

索風營水電站安全監測自動化系統設計和施工方案合理、功能齊全。經過對系統總體功能和性能指標的考核，系統功能滿足規范、設計與大壩現場運行的各項要求。該自動化系統的建立，實現了大壩安全的自動監控，為電站安全監測智能化管理打下了基礎。

參考：DL/T 5178-2016，混凝土壩安全監測技術規范：中國電力出版社，2016；DL/T 1134-2009，大壩安全監測數據自動采集裝置：中國電力出版社，2009；DL/T 5211-2005，大壩安全監測自動化技術規范：中國電力出版社，2005；DL/T 5272-2012，大壩安全監測自動化系統實用化要求及驗收規程：中國電力出版社，2012。