劉元強(qiáng)
摘 ?要:目前沙沱水電站安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全部采用人工觀測(cè),監(jiān)測(cè)儀器分布面廣,每次取測(cè)值時(shí)間較長(zhǎng),監(jiān)測(cè)效率較低,難以做到及時(shí)采集、計(jì)算并分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估大壩運(yùn)行性態(tài)。安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,為工程安全監(jiān)測(cè)提供了有力的保障?;诖?,沙沱水電站建設(shè)了大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng),自動(dòng)化系統(tǒng)改造后,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)及時(shí)自動(dòng)觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理,可以自動(dòng)生成報(bào)告,為及時(shí)評(píng)估大壩運(yùn)行性態(tài),尤其可以為暴雨、高水位、地震等特殊工況分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
關(guān)鍵詞:安全監(jiān)測(cè);自動(dòng)化;系統(tǒng)應(yīng)用;沙沱水電站
中圖分類號(hào):TV664.3 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? ? ? 文章編號(hào):2095-2945(2020)28-0165-02
Abstract: At present, the safety monitoring system of Shatuo Hydropower Station all adopts manual observation, and the monitoring instruments are widely distributed, each time is long, and the monitoring efficiency is low, so it is difficult to collect, calculate and analyze the monitoring data in time. It is impossible to quickly evaluate the operation behavior of the dam. The operation of safety monitoring automation system is stable and reliable, which provides a strong guarantee for engineering safety monitoring. Based on this, the dam safety monitoring automation system of Shatuo Hydropower Station is constructed. After the transformation of the automation system, the timely automatic observation and data processing of the system are realized, and the report can be generated automatically, which can be used to evaluate the operation behavior of the dam in time. In particular, it can provide reliable data support for the analysis of special working conditions, such as rainstorm, high water level, earthquake and so on.
Keywords: safety monitoring; automation; system application; Shatuo Hydropower Station
1 項(xiàng)目概況
沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7km處,距貴陽(yáng)市421km,距遵義市266km,距重慶市230km,至烏江口河道里程為250.5km,下游有彭水水電站,上游是思林水電站。目前,沿河縣已形成通往遵義、銅仁、重慶(秀山縣)等地區(qū)的交通干線,建筑主材的陸地運(yùn)輸和水路運(yùn)輸條件便利。
沙沱水電站水庫(kù)正常蓄水位365.00m,相應(yīng)庫(kù)容7.70億m3,總庫(kù)容9.21億m3,其中,防洪庫(kù)容2.04億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容0.77億m3,屬日調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝機(jī)1120MW,多年平均發(fā)電量45.52億kW·h。通航建筑物按四級(jí)航道設(shè)計(jì),過(guò)壩船舶噸位500t級(jí),年過(guò)壩能力為330萬(wàn)t,大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)按500年一遇洪水設(shè)計(jì),2000年一遇洪水校核,樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、左岸引水壩段、壩后廠房及右岸垂直升船機(jī)等建筑物組成。
攔河大壩為全斷面碾壓混凝土重力壩,壩頂高程371.00m,河床最低建基面高程270m,最大壩高101m。
2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)
從沙沱水電站的實(shí)際情況出發(fā),系統(tǒng)布置以不損壞建筑物結(jié)構(gòu)安全和現(xiàn)有設(shè)施的正常使用,在滿足觀測(cè)的要求的前提下,力求經(jīng)濟(jì)、合理、美觀。采用具有國(guó)內(nèi)現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),選用被國(guó)內(nèi)大中型水電站廣泛采用的儀器設(shè)備及系統(tǒng),測(cè)值精度滿足規(guī)范要求。改造后的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境,保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性,與原有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)銜接,以保持監(jiān)測(cè)資料的連續(xù)性,并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。
大壩安全監(jiān)測(cè)信息自動(dòng)化系統(tǒng),能夠任意時(shí)刻測(cè)量連接到系統(tǒng)的各種傳感器,并跟據(jù)所測(cè)得信息對(duì)大壩的安全性質(zhì)作出智能分析和判斷,可任意設(shè)定時(shí)間對(duì)壩內(nèi)埋設(shè)儀器自動(dòng)采集。通過(guò)自動(dòng)化采集系統(tǒng)降低人工采集造成的人為誤差,快速顯示和查詢各采集單元的數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)查詢每支儀器的運(yùn)行狀況,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超限及時(shí)報(bào)警。對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)備份,數(shù)據(jù)庫(kù)可人工備份。自動(dòng)化采集單元具備自動(dòng)采集和人工比測(cè)功能,人工比測(cè)和自動(dòng)采集數(shù)據(jù)對(duì)比功能。實(shí)施數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸,對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)及資料上傳到國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)測(cè)中心和烏江公司。系統(tǒng)可查詢與大壩安全監(jiān)測(cè)相關(guān)的規(guī)程、規(guī)范、定檢、安全鑒定、注冊(cè)、詳查、巡視檢查逐年年報(bào)等情況。
3 沙沱水電站現(xiàn)有監(jiān)測(cè)儀器情況
沙沱水電站樞紐工程安全監(jiān)測(cè)工程于2007年12月開(kāi)始實(shí)施,目前共計(jì)安裝埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器1068支(套),觀測(cè)項(xiàng)目主要有:水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)、垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)、正垂線、倒垂線、靜力水準(zhǔn)、真空激光、表面水平位移測(cè)點(diǎn)、精密水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)、多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)、測(cè)斜孔、滲壓計(jì)、測(cè)壓管、量水堰、應(yīng)變計(jì)組、無(wú)應(yīng)力計(jì)、溫度計(jì)、鋼筋計(jì)、鋼板計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、傾角計(jì)、壓應(yīng)力計(jì)等23個(gè)觀測(cè)項(xiàng)目,測(cè)點(diǎn)分布在大壩各層廊道、引水發(fā)電系統(tǒng)、樞紐邊坡、通航建筑物等樞紐工程部位。
大壩主體共計(jì)18個(gè)觀測(cè)站,觀測(cè)站主要位于4號(hào)壩段高程310.0m、高程371.0m,5號(hào)壩段高程 283.5m,8號(hào)壩段高程328.0m、高程280.5m,10號(hào)壩段高程328.0m、高程280.5m,13號(hào)壩段高程290.5m、高程328.0m、高程371.0m,7號(hào)壩段高程280.5m,9號(hào)壩段高程280.5m,10號(hào)壩段高程280.5m,通航建筑物左邊墻高程316.5m、高程377.0m,通航建筑物右邊墻高程316.5m、高程377.0m,發(fā)電廠房電纜層。以上部位安全監(jiān)測(cè)主要是常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,包括變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變、水力學(xué)等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。這些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中,以變形和滲流作為沙沱水電站安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。
4 系統(tǒng)總體改造方案
沙沱水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施包含硬件設(shè)備、軟件以及相應(yīng)輔助材料和設(shè)備的采購(gòu)、運(yùn)輸、保管、檢驗(yàn)率定、安裝、配置等工作,傳感器電纜接長(zhǎng),增設(shè)部分傳感器及相關(guān)土建,部分設(shè)施拆除,監(jiān)測(cè)房建設(shè)及美化,自動(dòng)化采集裝置安裝,傳感器接入系統(tǒng),安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的整體安裝與調(diào)試,歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整編入庫(kù)及數(shù)據(jù)銜接等。
沙沱水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)組成分三層,底層為安裝于現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集裝置,中間層是通訊系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī),上層是監(jiān)測(cè)中心站的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。底層數(shù)據(jù)采集裝置完成現(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)據(jù)采集,將物理量轉(zhuǎn)為數(shù)字量并存儲(chǔ)。中間層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置的管理、原始測(cè)值數(shù)據(jù)的獲取與存儲(chǔ)。上層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電站建筑物安全信息的存儲(chǔ)、管理,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算、初步分析,輸出圖形報(bào)表等監(jiān)測(cè)成果并發(fā)布。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:
監(jiān)測(cè)管理站設(shè)在壩頂集控室,配置一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)屏柜、工控機(jī)、RS485-HUB、光端機(jī)、交換機(jī)等設(shè)備。監(jiān)測(cè)管理站對(duì)整個(gè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)巡檢,診斷各監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)測(cè)中心站設(shè)在沙沱水電站營(yíng)地辦公區(qū),監(jiān)測(cè)中心站通過(guò)以太網(wǎng)與壩頂監(jiān)測(cè)管理站相連。
5 監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)功能
5.1 數(shù)據(jù)采集
對(duì)傳感器的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置和修改,設(shè)置各傳感器的采集頻率和方式,按設(shè)計(jì)要求的模式采集測(cè)量數(shù)據(jù),并將測(cè)量數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。各傳感器安裝系統(tǒng)后采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)與安裝前的觀測(cè)數(shù)據(jù)具有一致的基準(zhǔn)值和基準(zhǔn)時(shí)間,可以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。
各種測(cè)量、采集等通信操作均可在向?qū)У囊龑?dǎo)下順利完成。系統(tǒng)提供采集命令向?qū)?lái)引導(dǎo)用戶配置要發(fā)送的命令,所有的采集命令都可以在向?qū)险业?。完成后系統(tǒng)立即執(zhí)行配置好的采集命令,并將結(jié)果顯示出來(lái)。
監(jiān)控監(jiān)測(cè)中心站特定端口的機(jī)器通過(guò)C/S模式能遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)采集機(jī),實(shí)現(xiàn)命令修改、采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
5.2 數(shù)據(jù)管理
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)入庫(kù)和導(dǎo)出功能:具有人工錄入功能,即對(duì)每支監(jiān)測(cè)儀器均能進(jìn)行人工錄入;也能對(duì)系統(tǒng)安裝前已有的歷史電子表格數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并批量錄入本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù);對(duì)于第三方數(shù)據(jù)庫(kù)也可提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)С龅街付ǜ袷降臄?shù)據(jù)源中。
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)功能:提供原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的粗差檢驗(yàn)、與原因量的相關(guān)性檢驗(yàn)等檢驗(yàn)方法,并對(duì)選定的粗差進(jìn)行顯示、隱藏或剔出等,能對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行誤差處理及整編規(guī)劃。
數(shù)據(jù)計(jì)算及轉(zhuǎn)換功能:能將各傳感器原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,并轉(zhuǎn)換為觀測(cè)的位移、應(yīng)力應(yīng)變、開(kāi)度、滲壓等物理量,并將成果存放在成果數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi),同一測(cè)點(diǎn)計(jì)算支持多套不同時(shí)段應(yīng)用公式,相關(guān)點(diǎn)計(jì)算提供多測(cè)點(diǎn)物理量關(guān)聯(lián)計(jì)算。
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理功能:提供對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的瀏覽、增加、修改、刪除、數(shù)據(jù)備份等操作,以及實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)的過(guò)程線、表格查詢,所有上述操作需管理員級(jí)別權(quán)限。
5.3 報(bào)表功能
報(bào)表定制:可以定制并生成各種特定格式與數(shù)據(jù)的報(bào)表,包括監(jiān)測(cè)結(jié)果的年、季、月、旬、周、日等各種周期報(bào)表及全系列統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果報(bào)表。表格中的數(shù)據(jù)包括指定時(shí)間的測(cè)值、條件測(cè)值和各種統(tǒng)計(jì)特征值等,特征值覆蓋取值所有方面,如最大、最小值、變幅、平均等。
報(bào)表輸出:除定制報(bào)表外系統(tǒng)還支持根據(jù)每次運(yùn)行時(shí)選項(xiàng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示的通用報(bào)表,所有報(bào)表均支持輸出、第三方數(shù)據(jù)導(dǎo)出(導(dǎo)出至excel、pdf等格式)、打印等。
5.4 文檔管理功能
對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的日常工作進(jìn)行人工記錄和管理,能對(duì)與監(jiān)測(cè)相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工、圖紙、報(bào)告及其他圖文聲像資料等進(jìn)行管理。
6 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)施,沙沱水電站將現(xiàn)有的滲流、滲壓監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)以及變形監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)內(nèi)容通過(guò)電測(cè)傳感器接入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。除此之外,將垂線、靜力水準(zhǔn)等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和資料通過(guò)人工輸入到自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù),并納入整個(gè)工程的監(jiān)測(cè)資料分析系統(tǒng)。結(jié)合2018年9月大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行性態(tài)分析診斷成果審查,本次自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施共計(jì)接入監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)827個(gè),接入的監(jiān)測(cè)儀器能夠滿足大壩運(yùn)行期監(jiān)測(cè)及現(xiàn)行規(guī)范要求,目前運(yùn)行情況良好。考慮到后期儀器失效后的增補(bǔ),本次按照目前實(shí)際可接入儀器數(shù)量的3%至5%預(yù)留了接入端口。
參考文獻(xiàn):
[1]古力那爾·買買江.大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)在水庫(kù)工程建設(shè)中的應(yīng)用與探索[J].陜西水利,2018(z1):177-178.
[2]胡美玲.安全監(jiān)控系統(tǒng)在水電站門式啟閉機(jī)上的應(yīng)用[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2018(03):154-157.
[3]林家順.水電站大壩安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀及其自動(dòng)化動(dòng)態(tài)分析[J].科學(xué)與信息化,2018(29):31.