國外某大型水電站進水口地震監測方案分析及研究

李衛斌　張仁平

摘 要：國外某大型水電站項目需在進水口監測地震情況，文章從測點布置、監測流程、主要儀器設備等三個方面對水電站進水口地震監測方案進行了簡要的分析，希望對相關工作者提供一些參考。

關鍵詞：水電站；進水口；地震監測；研究

引言

國外某大型水電站工程由大壩、輸水系統、地面廠房和開關站等主要建筑物組成，其中引水系統采用一洞兩機的供水方式，電站安裝兩臺單機225MW立軸混流式水輪發電機組。該項目進水口設備和土建結構應能承受重現期為500年的設計基準地震，其水平加速度為0.29g。布置地震監測裝置是為了監測進水口建筑物在強震動作用下結構反應的全過程，通過對強震記錄的實時處理發出地震害評估，必要時可配合自動啟動進水口工作閘門緊急關閉操作。

1 地震監測測點布置

為保證電站安全運行，分別在進水口閘門操作平臺及進水口邊坡各布置1臺三分向一體結構的加速度計，分別為水平徑向、水平切向和豎向三分量。地震數據采集器安裝在進水口閘門操作平臺設備間內，各測點設置專用光纖局域網絡與強震數據匯集處理中心進行通訊，再通過電廠局域網或互聯網傳輸到強震數據分析處理中心，系統網絡結構見圖1。

2 地震監測數據流程

進水口各強震測點加速度計監測到地面振動加速度值后，經過專用信號電纜傳送到數據采集器，通過數據采集器進行數字化采集與存儲。采集到的數據通過專用光纖局域網絡傳輸至強震數據匯集中心進行實時處理與記錄。然后，通過強震數據匯集中心與庫區地震臺網中心的通訊系統將處理后的強震數據傳送到強震臺網數據處理中心進行處理分析。這樣可以實現強震測點無人值守實時監測。

3 主要儀器設備

3.1 強震儀

強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等三類儀器。上述三種強震儀的主要優缺點如下：

（1）直接光記錄式加速度強震儀主要優缺點：重量輕、體積小，可連續多次自動記錄，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，較難進行頻譜分析。

（2）數字磁帶加速度地震儀主要優缺點：重量輕、體積小，可連續多次自動記錄，傳感器與記錄儀之間用導線連接，導線長可達300m以上，可與頻譜分析儀及計算機聯網，但記錄存儲數據量有限。

（3）位移換能、力平衡電子反饋式加速度強震儀，其主要特點：加速度計與相應地震數據采集器采用現代微型計算機測控和網絡技術，靈敏度高、數據存儲量大、布點組網靈活（分布式），能實現連續不間斷監測。

目前技術水平較先進且應用較多的是三分向一體結構位移換能、力平衡電子反饋式加速度計。實際應用中，對于加速度計的基本要求如下：

（1）儀器的量程和精度能夠滿足水工建筑物地震反應監測要求，各項技術指標符合國標及儀器系列型譜的有關規定。

（2）儀器的性能必須穩定可靠，能適應水工工程惡劣的環境條件和長期持續工作的要求。

（3）儀器在滿足穩定性前提下，綜合考慮高性能、數據處理速度和性價比諸因素。

3.2 數據采集器

數據采集器應盡量選用與位移換能、力平衡電子反饋式加速度計配套的三通道采集與記錄儀器，要求能實現IP通訊方式，具有高分辨率、大動態范圍，支持基于INTERNET的網絡通訊和數據傳輸，支持大容量數據存儲、功耗低等特點，適合國家和地方區域數字地震臺網互聯互通。另外，需要配置內置充電電源，提供斷電、過載保護，保證事件與數據記錄的完整性。實際應用中，對于數據采集器的基本要求如下：

（1）采用10M/100M以太網自適應LAN接口，支持WWW遠程管理，支持TCP、FTP、HTTP等協議，支持FTP遠程數據管理與傳輸。

（2）24位A/D轉換，支持連續數據紀錄和觸發記錄，其精度等技術指標應滿足項目所在國地震臺網站點建設標準及要求。

（3）地震數據采集器性能必須穩定可靠，能適應水工工程惡劣的環境條件和長期性的要求。

（4）使用GPS接收機校時方式，授時/守時精度優于1ms；支持實時數據流輸出，具有防雷、防潮、電源過載與接地保護功能，便于連接、維修和更換等。

3.3 數據采集器鐘差保證方案

地震記錄中對于時間的要求相當嚴格，鐘差為毫秒級。為記錄地震時發電進水口建筑物不同點位的同震反應，可采用成熟的GPS授時應用技術，即每一臺數據采集器配套一個GPS天線接收衛星信號，以此保證每臺采集器鐘差可靠。GPS天線應架設于開闊地帶，即將每個測點的GPS天線頭通過最近電纜溝引至進水口閘門操作平臺及進水口邊坡開闊地帶，如電纜較長還需采用中繼信號放大單元放大GPS信號，使其接收端信號有足夠的凈增益，以保證數據采集器能正常接收衛星信號，從而正常的接收時間信號獲得準確授時。

4 結束語

在水電站進水口配置地震監測裝置需綜合考慮水電站工程的應用功能，以集中布置、兼顧全面、便于實現自動化觀測為原則，以保證工程安全運行、全面反映在強震動作用下進水口結構反應的全過程為主題，在儀器設備布置時突出重點，兼顧全面，力求少且精。盡量采用現代計算機網絡技術，選用具備連續數據記錄和觸發記錄、遠程遙測、遙控等功能的地震監測設備，確保觀測資料的實時性、準確性和可靠性。

參考文獻

[1]霍國良，劉禮華，魏曉斌，等.某水電站導流洞進水口閘門安全監測研究[J].中國農村水利水電，2010（8）：142-143.

[2]吳濤，袁景花，陳友輝，余翔.北盤江光照水電站數字地震臺網的建設與運行[J].貴州水力發電，2008（6）：52-55.

[3]牟光迅，董曉陽.基于計算機網絡技術的天津市防震減災技術系統[J].災害學，2002（1）：32-36.