李生成，趙吉明，趙 暉

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司隴電分公司，甘肅 永靖，731601）

鹽鍋峽水電站大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造

李生成，趙吉明，趙 暉

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司隴電分公司，甘肅 永靖，731601）

鹽鍋峽水電站在1993年建設(shè)了大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，由于存在問題較多，無法正常運(yùn)行，于1998年全部停測(cè)。2009年編制了原系統(tǒng)的改造方案，2010年實(shí)施了改造工程，對(duì)各個(gè)項(xiàng)目和系統(tǒng)進(jìn)行了全面的改造，2013年通過了竣工驗(yàn)收。改造后的系統(tǒng)功能與性能滿足規(guī)范要求，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、正常。

鹽鍋峽水電站；大壩；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；改造

1 電站概況及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

鹽鍋峽水電站是黃河干流上最早建成的一座大型水力發(fā)電站，位于甘肅省永靖縣境內(nèi)，1961年11月18日第一臺(tái)機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電，目前電站裝機(jī)容量471.2 MW。

電站以發(fā)電為主，兼顧灌溉效益，屬大（2）型工程，主要建筑物為2級(jí)。大壩由左、右岸混凝土實(shí)體重力壩、左岸混凝土寬縫重力壩、混凝土實(shí)體重力式隔墩、右岸混凝土實(shí)體溢流壩等20個(gè)壩段組成，全長(zhǎng)321.00 m，壩頂高程1 624.20 m，最大壩高57.20 m。

鹽鍋峽水電站在52年的運(yùn)行過程中，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目經(jīng)過了多次變更，2010年改造前主要由變形、滲流、環(huán)境量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目組成，共11項(xiàng)，測(cè)點(diǎn)總數(shù)243個(gè)，全部為人工監(jiān)測(cè)。

2 改造方案

2.1 原系統(tǒng)存在的問題

1993年首次進(jìn)行了大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，當(dāng)時(shí)納入自動(dòng)化系統(tǒng)的主要項(xiàng)目包括：壩頂2條雙向引張線、管理廊道1條雙向引張線、兩組垂線、二條量距儀、壩頂及壩基靜力水準(zhǔn)、測(cè)縫計(jì)、溫度等測(cè)點(diǎn)，共計(jì)78個(gè)。其中引張線及正倒垂線測(cè)點(diǎn)儀采用步進(jìn)電機(jī)式、靜力水準(zhǔn)儀采用電感式、溫度計(jì)采用電阻式，不同儀器采用各自的采集裝置。

由于當(dāng)時(shí)我國大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)改造剛剛起步，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備和儀器處在研發(fā)試驗(yàn)階段，安裝投運(yùn)后，整個(gè)系統(tǒng)故障頻繁，可靠性差，測(cè)值誤差大。電站雖然在改造系統(tǒng)環(huán)境、改善基礎(chǔ)設(shè)施等方面做了大量的工作，終因備品、配件用完，無法維持正常運(yùn)行，于1999年全部停測(cè)。

2.2 改造方案編制

2009年根據(jù)原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題，編制了《鹽鍋峽大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)改造方案》，并于2009年12月通過了審查。為了制定切實(shí)可行的改造方案，技術(shù)人員做了大量的前期準(zhǔn)備工作，結(jié)合鹽鍋峽水電站第三次大壩定檢，對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了全面分析，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，使技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況有了全面和總體的認(rèn)識(shí)。在改造方案制定過程中，對(duì)需要改造的項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)經(jīng)過了多次論證，改造方案也幾易其稿，最終確定的改造方案，對(duì)改造項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)都提出了明確和細(xì)致的要求，為改造工作的順利實(shí)施打下了良好的基礎(chǔ)。

3 改造項(xiàng)目和主要內(nèi)容

改造工程于2010年6月開工，于2012年3月投入試運(yùn)行，2013年10月通過了竣工驗(yàn)收，開始投入正常運(yùn)行。在改造過程中，對(duì)原自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全部進(jìn)行了拆除，新系統(tǒng)基本上是重新建立的。納入自動(dòng)化系統(tǒng)的有壩頂水平位移（1條引張線22個(gè)測(cè)點(diǎn)），2組正倒垂線（4個(gè)測(cè)點(diǎn)），壩基傾斜變形（6個(gè)靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)），壩基揚(yáng)壓力（18個(gè)測(cè)點(diǎn)），左岸繞滲孔（4個(gè)測(cè)點(diǎn)），壩頂氣溫（1個(gè)測(cè)點(diǎn)），共計(jì)6個(gè)項(xiàng)目共55個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)壩基滲漏量等項(xiàng)目均做了完善改造。

3.1 正、倒垂線

更換了垂線的全部裝置，重新澆筑混凝土觀測(cè)墩，并對(duì)兩個(gè)倒垂孔進(jìn)行了掃孔。掃孔時(shí)維持原孔深不變，將錨塊及線體全部取出，把倒垂孔清理干凈后，量測(cè)有效孔徑，確定中心線，重新安裝新錨塊和鋼絲。每條垂線在正、倒垂連接處安裝1臺(tái)雙向垂線坐標(biāo)儀，共安裝4臺(tái)。正垂測(cè)點(diǎn)以PL1、PL10命名，倒垂測(cè)點(diǎn)以IP1、IP10命名。

為了防止冷凝水和滲水流入垂線坐標(biāo)儀內(nèi)，在正垂垂線坐標(biāo)儀上方加裝了防雨傘；為了減小空氣流動(dòng)對(duì)測(cè)值造成的影響，在正垂線外部加裝了?160 mm的PVC保護(hù)管，在垂線室通道口安裝了隔離門等。

3.2 壩頂1622廊道引張線

拆除原1622廊道內(nèi)兩條引張線測(cè)點(diǎn)全部觀測(cè)墩及坐標(biāo)儀，更換整套引張線系統(tǒng)。在1622廊道內(nèi)設(shè)置一條浮托式單向引張線，固定端設(shè)在右岸平硐中，張緊端設(shè)在擋Ⅰ壩段。引張線共布置22個(gè)測(cè)點(diǎn)，安裝單向引張線儀22套。引張線長(zhǎng)276.2 m，溢流壩段每個(gè)壩段設(shè)置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，共12個(gè)；擋Ⅱ～擋Ⅹ及隔墩壩段各設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共10個(gè)。測(cè)點(diǎn)以EX1～EX22命名，順序從左岸往右岸排列。

為了達(dá)到防塵的效果，對(duì)1 622廊道窗戶進(jìn)行了密封，對(duì)引張線保護(hù)箱蓋處加裝了密封條，對(duì)保護(hù)管與測(cè)點(diǎn)箱連接處、各電源箱和采集單元箱進(jìn)出線口用玻璃膠進(jìn)行了密封。

3.3 靜力水準(zhǔn)

在三條橫向廊道內(nèi)布置靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的壩基傾斜，共6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每條橫向廊道內(nèi)上下游側(cè)各布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)以“SL3-1”型式命名（“SL”代表靜力水準(zhǔn)；“3”代表擋Ⅲ壩段橫向廊道，“7”代表擋Ⅶ壩段橫向廊道，“5”代表溢Ⅴ壩段橫向廊道；“1”代表上游側(cè)，“2”代表下游側(cè)）。拆除原靜力水準(zhǔn)全部觀測(cè)墩及設(shè)施，重新澆筑觀測(cè)墩，更換靜力水準(zhǔn)儀及配套水管、電纜。每個(gè)觀測(cè)墩內(nèi)設(shè)置4根?28豎向插筋，插筋深入壩體0.3 m，儀器底座安裝高程誤差控制在5 mm之內(nèi)。

3.4 繞壩滲流

將在監(jiān)控范圍內(nèi)的左岸的14號(hào)、67號(hào)、76號(hào)和15號(hào)等4個(gè)繞滲孔均納入自動(dòng)化系統(tǒng)，測(cè)點(diǎn)以原孔號(hào)命名。儀器安裝前，對(duì)76號(hào)繞滲孔進(jìn)行了掃孔，掃至完整基巖并入巖1.0 m。各孔口加裝了永久性管口保護(hù)裝置，滲壓計(jì)安裝在各孔近5年以來最低水位1.5 m以下，電纜加裝了DN50鍍鋅鋼管進(jìn)行保護(hù)。

3.5 壩基揚(yáng)壓力

壩基揚(yáng)壓力共69個(gè)測(cè)點(diǎn)，在這次改造中，從每個(gè)壩段中選擇一個(gè)靈敏度好、具有代表性、測(cè)值可靠的測(cè)孔進(jìn)行自動(dòng)化改造，共改造18個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)名稱編號(hào)不變。改造更換所有測(cè)點(diǎn)孔口裝置，取消原U型管監(jiān)測(cè)方式，所有有壓孔均安裝或更換為0.4級(jí)壓力表。揚(yáng)壓孔在接入自動(dòng)化系統(tǒng)前，對(duì)各孔用自來水進(jìn)行了沖洗，滲壓計(jì)放入測(cè)孔深1 m的位置。

3.6 氣溫監(jiān)測(cè)

此次自動(dòng)化改造，設(shè)立1個(gè)氣溫測(cè)點(diǎn)，具體方法為：在壩頂擋Ⅴ壩段防浪墻上原氣溫測(cè)點(diǎn)位置安裝1個(gè)鉑電阻溫度計(jì)，實(shí)現(xiàn)壩頂氣溫自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為T1，并更換百葉箱。電纜敷設(shè)在DN50鍍鋅鋼管內(nèi)。

3.7 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在觀測(cè)班設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)管理站，在壩頂及廊道內(nèi)共設(shè)置4個(gè)采集單元，其中壩頂左岸氣力泵樓三樓觀測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)3個(gè)；灌漿廊道內(nèi)擋Ⅶ壩段設(shè)1個(gè)。

變形部分傳感器采用CCD式引張線儀、垂線儀及靜力水準(zhǔn)儀；壩基揚(yáng)壓力和左岸繞壩滲流采用VW2100A滲壓計(jì)，壩頂氣溫采用鉑電阻溫度計(jì)；數(shù)據(jù)采集裝置分別采用北京木聯(lián)能公司生產(chǎn)的D型（CCD式儀器）、R型（差阻式儀器）、VB型（弦式儀器）MCU；監(jiān)測(cè)軟件采用北京木聯(lián)能公司研發(fā)的大壩安全管理軟件MS4.0，用電纜、光纜等將傳感器、MCU、服務(wù)器、客戶端連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)。為了解決防干擾問題，4個(gè)采集單元與電站主接地網(wǎng)進(jìn)行了連接，監(jiān)測(cè)管理站與電站通訊接地網(wǎng)進(jìn)行了連接，并安裝了防雷轉(zhuǎn)換器。

4 系統(tǒng)運(yùn)行分析

4.1 垂線

圖1為PL1 X方向人工比測(cè)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)測(cè)值過程線。

圖1 PL1 X方向測(cè)值對(duì)比過程線Fig.1 Graphs of the monitoring data in the X direction of the PL1 point

從以上過程線對(duì)比來看，人工比測(cè)與自動(dòng)化測(cè)值變化趨勢(shì)一致，量值相當(dāng)。

4.2 引張線

圖2是以絕對(duì)位移值繪制的過程線。

圖2 引張線EX10、EX11、EX12絕對(duì)位移過程線Fig.2 Graphs of absolute displacement of the point EX10, EX11 and EX12

從引張線的測(cè)值過程線可以看出壩頂位移隨溫度變化而變化的規(guī)律。

4.3 揚(yáng)壓力

揚(yáng)壓力的人工比測(cè)是采用讀取安裝在孔口的壓力表測(cè)值來進(jìn)行的，人工比測(cè)頻次為每月兩次。圖3為擋Ⅸ-2人工與自動(dòng)化測(cè)值過程線。

圖3 壩基揚(yáng)壓測(cè)管水位對(duì)比過程線Fig.3 Graphs of the water level in piezometric tube of dam foundation uplift pressure by automatic monitoring and man measured

從以上過程線對(duì)比來看，人工比測(cè)與自動(dòng)化測(cè)值變化趨勢(shì)一致，量值相當(dāng)。

4.4 繞壩滲流

圖4為15號(hào)測(cè)點(diǎn)人工比測(cè)與自動(dòng)化測(cè)值對(duì)比過程線。

圖4 繞壩滲流15號(hào)孔人工與自動(dòng)化對(duì)比過程線Fig.4 Graphs of the bypass seepage at the hole 15#by auto?matic monitoring and man measured

從以上過程線來看，滲壓計(jì)測(cè)量的測(cè)管水位與壓力表測(cè)到的基本一致。

4.5 壩頂氣溫

人工觀測(cè)每日取自記式溫度計(jì)4個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算均值作為日平均氣溫，自動(dòng)化測(cè)量每日取24個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算均值作為日平均氣溫，圖5為人工和自動(dòng)化日平均氣溫對(duì)比過程線。

從以上過程線可以看出，溫度計(jì)自動(dòng)化測(cè)值與自記溫度計(jì)測(cè)值基本一致，運(yùn)行正常。

大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行期內(nèi)各改造項(xiàng)目人工比測(cè)與自動(dòng)化測(cè)值變化趨勢(shì)一致，量值相當(dāng)，符合大壩變化的一般規(guī)律，改造工程達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

圖5 人工與自動(dòng)化日平均氣溫對(duì)比過程線Fig.5 Graphs of daily average temperature by automatic moni?toring and man measured

5 可靠性評(píng)價(jià)

5.1 平均無故障時(shí)間

系統(tǒng)可靠性采用平均無故障時(shí)間來考核。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元在試運(yùn)行期間未發(fā)生故障，垂線、靜力水準(zhǔn)、壩頂氣溫、滲壓計(jì)在試運(yùn)行期間均未發(fā)生故障，引張線在試運(yùn)行期間平均無故障時(shí)間為8 567 h，均大于規(guī)范要求的6 300 h。

5.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的缺失率

在試運(yùn)行期間內(nèi)，垂線測(cè)值缺失率1.40%，引張線測(cè)值缺失率2.40%，靜力水準(zhǔn)測(cè)值缺失率2.12%，滲壓計(jì)測(cè)值缺失率0.55%，壩頂氣溫測(cè)值缺失率1.99%。都小于規(guī)范要求的3%。

6 結(jié)語

大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造要達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，首先要做好前期準(zhǔn)備工作，使技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況有全面和總體的掌握；其次，要制定詳細(xì)和完善的改造方案，對(duì)改造項(xiàng)目要提出明確和細(xì)致的技術(shù)要求；第三，要注重改造過程的細(xì)部處理。

鹽鍋峽水電站是運(yùn)行50多年的老電站，建設(shè)期時(shí)值國家困難時(shí)期，各種基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)較差。首次大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，又正處我國大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的初步探索階段，建立的系統(tǒng)故障頻發(fā)，最終走到了不得不停測(cè)的困境。本次成功改造大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也為運(yùn)行多年的老電站和早期大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改造提供了借鑒。 ■

[1]趙吉明，李生成，周濤.鹽鍋峽水電站大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析[J].大壩與安全.2009（6）：32-36;45.

[2]趙暉.鹽鍋峽大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)改造方案[R]. 2009.

[3]西北勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鹽鍋峽水電站技施設(shè)計(jì)[R].

[4]DL/T5211-2005,大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范[S].

[5]DL/T5178-2003,混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

The original automatic dam safety monitoring system of Yanguoxia hydropower station was constructed in 1993.As many problems occurred,its operation was ended in 1998.Further,the renova?tion plan was advanced in 2009 and was implemented in 2010.The new system is stable and working well.Its functions and performance are good enough to meet the requirements in technical standards.

Yanguoxia hydropower station;dam;automatic monitoring system;renovation

TV736

B

1671-1092（2014）03-0019-04

2014-03-27

李生成（1965-），男，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事水工管理工作。

Title:Renovation of the automatic dam safety monitoring system at Yanguoxia hydropower station//by LI Sheng-cheng,ZHAO Ji-ming and ZHAO Hui//Longdian Branch Company of Yellow River Upstream Hydropower Co.,Ltd.