韓曉濤，袁鵬飛，王澤玉，高海榮，邱 偉，董旭龍

（1.國網新源控股有限公司檢修分公司，北京市 100068；2.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北省石家莊市 050300）

0 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上。電站總裝機容量1000MW，裝機4臺，單機容量250MW。電站樞紐主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)及地面出線場、下水庫攔河壩和攔排沙工程等組成，工程等級為一等。

上水庫位于下水庫左岸的老爺廟山頂，采用開挖筑壩圍庫而成[1]。上水庫工程主要包括堆石壩、庫盆瀝青混凝土防滲面板、排水系統(tǒng)、庫岸基礎處理等。上水庫壩頂高程812m，壩頂軸線長2846.0m，壩頂寬8.0～10.0m，上游壩坡1：1.75，下游壩坡1：1.5，最大壩高（壩軸線處）57m。上水庫正常蓄水位為810m，死水位為779m，工作水深31m，總庫容789.0萬m3，調節(jié)庫容717.5萬m3。上水庫地下水位線高程約為522m，遠低于上水庫庫底及進/出水口底板高程。

張河灣抽水蓄能電站上水庫滲漏主要發(fā)生在進出水口區(qū)域，進出水口區(qū)域的前池底板和沉砂池底板處的庫底廊道兩側設置了排水管，采用容積法測量各排水管漏水量，庫底各區(qū)域滲漏量及滲漏總量采用自動量水堰計測量。

1 單孔漏水測量裝置儀器布置情況

從運行到現在，上水庫庫底廊道排水管流量一直采用容積法人工觀測（積水桶、量杯、秒表）。因抽水蓄能電站抽水發(fā)電，上水庫水位從死水位至正常蓄水位變化頻繁，人工觀測法不能實時觀測各排水孔滲漏數據，且人工觀測誤差大，精度低，為了實時監(jiān)測上水庫庫盆及進出水口滲漏情況，在2018年，張河灣抽水蓄能電站針對現場實際情況，在上水庫庫底排水廊道內的主要漏水部位安裝了15臺單孔漏水測量裝置，設備由哈爾濱今星公司提供并安裝調試（主要單孔監(jiān)測點分布見圖1），并于2018年10月，在上水庫放空檢查及滲漏修復后、上水庫充水前，安裝調試完畢并投入試運行[2]。

2 單孔漏水測量裝置結構、工作原理、參數指標、通信方式

2.1 單孔漏水測量裝置結構

該裝置主要由采集控制器、測量控制器、遙控器、漏水箱、直流電動推桿、硅膠密封墊、進水管、排水口、液位反饋接點等組成（見圖2和圖3）。直流電動推桿是該裝置的動力部分，在不測量時處于收縮狀態(tài)，硅膠密封墊抬起，排水口導通，水由排水口直接排出，這樣可避免在不測量時鈣質在箱內沉積。測量時，在測量控制器的控制下，直流電動推桿推動硅膠密封墊直到排水口被堵住，水由底部排水管流入水箱內。當水箱內水位液面達到最大標定容積所對應的位置或測量時間時，測量控制器使直流電動推桿收縮，排水口打開，箱內的水由排水口直接排出。

2.1.1 單孔漏水測量裝置外觀及接口定義

（1）測量控制器：控制直流電動推桿、液位反饋電極并與采集控制器通信；

（2）注水口：設備入水口；

（3）注水箱：設備儲水裝置，內部裝有液位反饋電極；

圖3 單孔漏水采集控制器實物圖Figure 3 Physical diagram of single hole water leakage acquisition controller

（4）箱體：采用304不銹鋼；

（5）出水口：設備出水口；

（6）硅膠密封墊：與直流電動推桿配合，測量時封堵出水口；

（7）直流電動推桿：與硅膠密封墊配合，測量時封堵出水口。

2.1.2 采集控制器實物

（1）液晶顯示屏：顯示測量結果以及相應參數；

（2）CAN總線接口：設備CAN總線接入口；

（3）AC220接口：設備交流電源輸入口；

（4）RS232接口：設備RS232通信接口；

（5）直流電源輸出和RS485通信接口：為漏水測量控制器提供電源，并與漏水測量控制器通信；

（6）紅外接收頭：與紅外遙控器通信。

2.2 工作原理及參數指標

單孔測量裝置儀器的原理沿用容積法，在結構上根據水的導電性采用了靈敏度更高的電極測量方法，為了兼容大小流量，水箱內設有起始點、下限點、中限點、上限點四個液位反饋接點，下限設定值約為500mL，中限設定值約為2200mL，上限設定值約為4750mL，測量時間為30分鐘時，最小測值為1mL/s，用戶可根據漏水情況設定測量等待時間。直流電動推桿是本裝置的動力部分，在不測量時處于收縮狀態(tài)；設備通電后，直流電動推桿推動硅膠密封墊將排水口堵住，水由底部排水管流入水箱內，通過設定的限位計算出流量的大小；測量完成后，直流電動桿將硅膠密封墊抬起，排水口打開，水由排水口直接排出，可直接避免不測量時鈣質在箱體內沉積，成功解決了結鈣問題。同時液晶屏頁面顯示各限位、電壓、計時、狀態(tài)等信息，且可以保存五個歷史測量數據，以便人工比測和現場觀測時，可以直接查看流量數據及變化情況（具體技術參數指標見表1）。

表1 技術參數指標Table 1 Technical parameter index

2.3 通信方式

張河灣抽水蓄能電站，根據《水工安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設指導意見》，在2018年，上水庫庫底廊道布設了一條光纜，由上水庫庫底廊道～上水庫值班室～廠房～下水庫水工樓～下水庫壩底層廊道范圍形成了由單、多模光纜組成的觀測系統(tǒng)骨干以太網通信總線。單孔漏水測量裝置采用CAN線通信方式，CAN總線作為上水庫庫底廊道滲漏觀測分支總線，在上水庫庫底廊道量水堰所用的以太網交換機處接入骨干網，采集計算機設置在下水庫壩頭水工樓處，采集到的數據通過計算機串行口實時單向發(fā)送到內網觀測數據庫。這種以太網+CAN通信總線形式抗干擾能力強，兼容其他廠家設備，性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)的RS-485總線。

3 單孔漏水測量裝置的運行情況

2018年10月9 日因上水庫放空檢查及修復處理后蓄水，單孔漏水測量裝置觀測頻次設為1小時/次；2019年2月因滲漏量減小，大部分測孔滲漏量值為0 L/s，單孔漏水測量裝置觀測頻次改為1天/次。到目前為止，該系統(tǒng)完全替代了人工觀測，運行狀況良好。

3.1 人工比測分析

比測結果見表2，典型的比測過程線見圖4～圖9。 單孔漏水測量裝置自安裝運行以來，每月進行一次人工比測，通過比測數據和過程線可以看出：單孔漏水流量小時觀測時間較長，比測差值小；流量大時觀測時間相對較短，比測差值較流量小時大；各裝置人工比測最大差值為0.003L/s。總體上看，單孔漏水測量裝置觀測數據可靠，人工比測差值很小，實時數據入庫及時，滿足現場實際工作需要和規(guī)范要求[3]（見表2）。

表2 上水庫單孔漏水人工、自動化測值比測統(tǒng)計表Table 2 Statistical tablele for comparison of manual and automatic measurement values of single hole leakage of upper reservoir L/s

圖4 單孔WP023滲漏量與庫水位變化過程線Figure 4 Process line of single-hole WP023 leakage and reservoir water level change

圖5 單孔WP023滲漏量人工自動化比測過程線Figure 5 Process line of manual and automatic measurement of single-hole WP023 leakage

圖6 單孔WP022滲漏量與庫水位變化過程線Figure 6 Process line of single-hole WP022 leakage and reservoir water level change

圖7 單孔WP022滲漏量人工自動化比測過程線Figure 7 Process line of manual and automatic measurement of single-hole WP022 leakage

圖8 單孔WP016滲漏量與庫水位變化過程線Figure 8 Process line of single-hole WP016 leakage and reservoir water level change

圖9 單孔WP016滲漏量人工自動化比測過程線Figure 9 Process line of manual and automatic measurement of single-hole WP016 leakage

3.2 短期穩(wěn)定性測試

短期穩(wěn)定性測試：在現場針對各測量裝置通過快速連續(xù)10次自動測量并記錄測值，求得平均值，計算出差值比例，以檢驗自動量水堰裝置的短期穩(wěn)定性。目前，15臺單孔測量裝置中測點WP17、SWP023、QC87、QCW091、QW15、QW17已無滲水或是呈滴水狀態(tài)，故測不出滲漏量[4]，見表3。

表3 上水庫單孔滲流短期穩(wěn)定性流量記錄表Table 3 Short-term stability flow record of single-hole seepage flow in the reservoir mL/s

按照規(guī)范要求，容積法觀測滲漏量時，兩次測值之差不得大于平均值的5%。從表3可以看出：張河灣上水庫單孔漏水測量裝置的測量差值比例只有WP10精度為1.8%，其他各孔測量裝置均小于1%，完全滿足規(guī)范要求。

3.3 長期穩(wěn)定性分析

單孔漏水測量裝置主要由采集控制器、測量控制器、白鋼保護箱體、漏水箱、液位反饋接點、直流電動推桿、硅膠密封墊等組成。其中，采集控制器、測量控制器為電子產品，其壽命與其他類型采集模塊相似；用來測量的箱體為白鋼箱體，非測量時間水流不經過箱體內部，不會出現結鈣影響觀測精度問題，液位反饋接點為白鋼針，固定在箱體內部，不會隨著時間推移發(fā)生銹蝕、移位，標定好的容積不會變化，可長期使用，測量精度不會產生變化，故測量裝置采集的數據長期穩(wěn)定性好[5]。

3.4 系統(tǒng)維護情況

單孔漏水測量裝置的直流電動推桿、硅膠密封墊是本裝置的動力機械構成部分，為測量裝置的易損件，這兩個構件的質量決定了系統(tǒng)的維護量；單孔漏水測量裝置的直流電動推桿、硅膠密封墊均設在漏水箱外、白鋼保護箱體內，更換方便。2018年10月上水庫單孔漏水測量系統(tǒng)安裝調試完畢并投入試運行，至2019年11月末，15個測量裝置中，采集控制器、測量控制器及通信系統(tǒng)未出現故障；共有1個測量裝置的直流電動推桿發(fā)生故障并及時更換，硅膠密封墊全部更換一次。根據硅膠密封墊特性，當觀測頻次為1次/天時，建議每年更換一次硅膠密封墊[6]。

4 結束語

單孔漏水測量系統(tǒng)從2018年11月在張河灣抽水蓄能電站正式投入試運行至今，系統(tǒng)運行狀況良好，完全替代了人工觀測工作，大幅提高了工作效率，系統(tǒng)有較高的推廣價值。其突出特點為：①箱體內部不結鈣，設備維護簡單，維護量小，測量結果觀測精度高且無飄移、無跳值；②控制系統(tǒng)模塊防潮性能好，系統(tǒng)運行穩(wěn)定；③控制裝置和顯示裝置設在測量箱處，能在現場使用遙控器直接進行測量操作，比測簡單；④測量范圍不受限制，單孔漏水流量大時，只要增加箱體容積即可；⑤該系統(tǒng)通信采用以太網+CAN通信總線形式，抗干擾能力強，可與其他廠家設備共用以太網總線，兼容性好，性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)的 RS-485總線[7]。