李衛(wèi)斌　張仁平

摘 要：國(guó)外某大型水電站項(xiàng)目需在進(jìn)水口監(jiān)測(cè)地震情況，文章從測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)流程、主要儀器設(shè)備等三個(gè)方面對(duì)水電站進(jìn)水口地震監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，希望對(duì)相關(guān)工作者提供一些參考。

關(guān)鍵詞：水電站；進(jìn)水口；地震監(jiān)測(cè)；研究

引言

國(guó)外某大型水電站工程由大壩、輸水系統(tǒng)、地面廠房和開(kāi)關(guān)站等主要建筑物組成，其中引水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)的供水方式，電站安裝兩臺(tái)單機(jī)225MW立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組。該項(xiàng)目進(jìn)水口設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受重現(xiàn)期為500年的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震，其水平加速度為0.29g。布置地震監(jiān)測(cè)裝置是為了監(jiān)測(cè)進(jìn)水口建筑物在強(qiáng)震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全過(guò)程，通過(guò)對(duì)強(qiáng)震記錄的實(shí)時(shí)處理發(fā)出地震害評(píng)估，必要時(shí)可配合自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)水口工作閘門(mén)緊急關(guān)閉操作。

1 地震監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

為保證電站安全運(yùn)行，分別在進(jìn)水口閘門(mén)操作平臺(tái)及進(jìn)水口邊坡各布置1臺(tái)三分向一體結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)，分別為水平徑向、水平切向和豎向三分量。地震數(shù)據(jù)采集器安裝在進(jìn)水口閘門(mén)操作平臺(tái)設(shè)備間內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)設(shè)置專用光纖局域網(wǎng)絡(luò)與強(qiáng)震數(shù)據(jù)匯集處理中心進(jìn)行通訊，再通過(guò)電廠局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綇?qiáng)震數(shù)據(jù)分析處理中心，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2 地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)流程

進(jìn)水口各強(qiáng)震測(cè)點(diǎn)加速度計(jì)監(jiān)測(cè)到地面振動(dòng)加速度值后，經(jīng)過(guò)專用信號(hào)電纜傳送到數(shù)據(jù)采集器，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)字化采集與存儲(chǔ)。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)專用光纖局域網(wǎng)絡(luò)傳輸至強(qiáng)震數(shù)據(jù)匯集中心進(jìn)行實(shí)時(shí)處理與記錄。然后，通過(guò)強(qiáng)震數(shù)據(jù)匯集中心與庫(kù)區(qū)地震臺(tái)網(wǎng)中心的通訊系統(tǒng)將處理后的強(qiáng)震數(shù)據(jù)傳送到強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理分析。這樣可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)震測(cè)點(diǎn)無(wú)人值守實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 主要儀器設(shè)備

3.1 強(qiáng)震儀

強(qiáng)震儀主要有直接光記錄式、磁帶記錄式和位移換能力平衡電子反饋式加速度計(jì)等三類儀器。上述三種強(qiáng)震儀的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）直接光記錄式加速度強(qiáng)震儀主要優(yōu)缺點(diǎn)：重量輕、體積小，可連續(xù)多次自動(dòng)記錄，傳感器與記錄成為一體，為光線記錄，沖洗膠卷，但只能讀最大值，不能連動(dòng)，較難進(jìn)行頻譜分析。

（2）數(shù)字磁帶加速度地震儀主要優(yōu)缺點(diǎn)：重量輕、體積小，可連續(xù)多次自動(dòng)記錄，傳感器與記錄儀之間用導(dǎo)線連接，導(dǎo)線長(zhǎng)可達(dá)300m以上，可與頻譜分析儀及計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，但記錄存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量有限。

（3）位移換能、力平衡電子反饋式加速度強(qiáng)震儀，其主要特點(diǎn)：加速度計(jì)與相應(yīng)地震數(shù)據(jù)采集器采用現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)測(cè)控和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，靈敏度高、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、布點(diǎn)組網(wǎng)靈活（分布式），能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷監(jiān)測(cè)。

目前技術(shù)水平較先進(jìn)且應(yīng)用較多的是三分向一體結(jié)構(gòu)位移換能、力平衡電子反饋式加速度計(jì)。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于加速度計(jì)的基本要求如下：

（1）儀器的量程和精度能夠滿足水工建筑物地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)要求，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)及儀器系列型譜的有關(guān)規(guī)定。

（2）儀器的性能必須穩(wěn)定可靠，能適應(yīng)水工工程惡劣的環(huán)境條件和長(zhǎng)期持續(xù)工作的要求。

（3）儀器在滿足穩(wěn)定性前提下，綜合考慮高性能、數(shù)據(jù)處理速度和性價(jià)比諸因素。

3.2 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器應(yīng)盡量選用與位移換能、力平衡電子反饋式加速度計(jì)配套的三通道采集與記錄儀器，要求能實(shí)現(xiàn)IP通訊方式，具有高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍，支持基于INTERNET的網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，支持大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、功耗低等特點(diǎn)，適合國(guó)家和地方區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)互聯(lián)互通。另外，需要配置內(nèi)置充電電源，提供斷電、過(guò)載保護(hù)，保證事件與數(shù)據(jù)記錄的完整性。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于數(shù)據(jù)采集器的基本要求如下：

（1）采用10M/100M以太網(wǎng)自適應(yīng)LAN接口，支持WWW遠(yuǎn)程管理，支持TCP、FTP、HTTP等協(xié)議，支持FTP遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理與傳輸。

（2）24位A/D轉(zhuǎn)換，支持連續(xù)數(shù)據(jù)紀(jì)錄和觸發(fā)記錄，其精度等技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足項(xiàng)目所在國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)站點(diǎn)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及要求。

（3）地震數(shù)據(jù)采集器性能必須穩(wěn)定可靠，能適應(yīng)水工工程惡劣的環(huán)境條件和長(zhǎng)期性的要求。

（4）使用GPS接收機(jī)校時(shí)方式，授時(shí)/守時(shí)精度優(yōu)于1ms；支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流輸出，具有防雷、防潮、電源過(guò)載與接地保護(hù)功能，便于連接、維修和更換等。

3.3 數(shù)據(jù)采集器鐘差保證方案

地震記錄中對(duì)于時(shí)間的要求相當(dāng)嚴(yán)格，鐘差為毫秒級(jí)。為記錄地震時(shí)發(fā)電進(jìn)水口建筑物不同點(diǎn)位的同震反應(yīng)，可采用成熟的GPS授時(shí)應(yīng)用技術(shù)，即每一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器配套一個(gè)GPS天線接收衛(wèi)星信號(hào)，以此保證每臺(tái)采集器鐘差可靠。GPS天線應(yīng)架設(shè)于開(kāi)闊地帶，即將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的GPS天線頭通過(guò)最近電纜溝引至進(jìn)水口閘門(mén)操作平臺(tái)及進(jìn)水口邊坡開(kāi)闊地帶，如電纜較長(zhǎng)還需采用中繼信號(hào)放大單元放大GPS信號(hào)，使其接收端信號(hào)有足夠的凈增益，以保證數(shù)據(jù)采集器能正常接收衛(wèi)星信號(hào)，從而正常的接收時(shí)間信號(hào)獲得準(zhǔn)確授時(shí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在水電站進(jìn)水口配置地震監(jiān)測(cè)裝置需綜合考慮水電站工程的應(yīng)用功能，以集中布置、兼顧全面、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)為原則，以保證工程安全運(yùn)行、全面反映在強(qiáng)震動(dòng)作用下進(jìn)水口結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全過(guò)程為主題，在儀器設(shè)備布置時(shí)突出重點(diǎn)，兼顧全面，力求少且精。盡量采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，選用具備連續(xù)數(shù)據(jù)記錄和觸發(fā)記錄、遠(yuǎn)程遙測(cè)、遙控等功能的地震監(jiān)測(cè)設(shè)備，確保觀測(cè)資料的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]霍國(guó)良，劉禮華，魏曉斌，等.某水電站導(dǎo)流洞進(jìn)水口閘門(mén)安全監(jiān)測(cè)研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2010（8）：142-143.

[2]吳濤，袁景花，陳友輝，余翔.北盤(pán)江光照水電站數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)與運(yùn)行[J].貴州水力發(fā)電，2008（6）：52-55.

[3]牟光迅，董曉陽(yáng).基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的天津市防震減災(zāi)技術(shù)系統(tǒng)[J].災(zāi)害學(xué)，2002（1）：32-36.