塔日勒嘎水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用

佟 雷彭 剛

（1克州新隆能源開發(fā)有限公司 新疆 烏恰 845450 2四川小金川水電開發(fā)有限公司 四川 阿壩州 624000）

塔日勒嘎水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用

佟 雷1彭 剛2

（1克州新隆能源開發(fā)有限公司 新疆 烏恰 845450 2四川小金川水電開發(fā)有限公司 四川 阿壩州 624000）

簡要介紹塔日勒嘎水電站大壩自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)采集、整理系統(tǒng)、資料分析系統(tǒng)。應(yīng)用于大壩的滲流、繞滲，溢洪道的壓力與高邊坡的位移等與大壩安全密切相關(guān)的參量，提供測(cè)值預(yù)報(bào)，進(jìn)行視圖分析，描繪趨勢(shì)曲線。采用合理的數(shù)學(xué)模型和評(píng)判準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線綜合分析大壩安全運(yùn)行性態(tài)，對(duì)大壩安全隱患進(jìn)行預(yù)警。實(shí)現(xiàn)大壩安全數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理的模型化、分析評(píng)判的智能化。

塔日勒嘎水電站；大壩安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化系統(tǒng)

引言

塔日勒嘎水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州克孜勒蘇河中游，是一座以發(fā)電為主的三等中型水利工程, 水庫總庫容0.418億m3,正常蓄水位2250m,設(shè)計(jì)洪水位2250m,校核洪水位2252.21m。樞紐工程包括粘土心墻砂礫石壩、左岸泄洪沖沙洞、右岸溢洪道、發(fā)電引水隧洞、電站廠房、110KVGIS樓、退水渠、上壩公路等主要建筑物組成。

為了及時(shí)了解大壩的運(yùn)行性態(tài)和發(fā)展趨勢(shì),及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患,提高水庫大壩安全管理水平,中工武大公司與管理單位對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化進(jìn)行開發(fā)和建設(shè),建立一套功能實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、結(jié)構(gòu)開放的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，能在線或離線分析大壩安全運(yùn)行性態(tài)，為管理單位和上級(jí)主管部門實(shí)時(shí)提供輔助決策信息，實(shí)現(xiàn)資源共享，提高水庫大壩安全監(jiān)測(cè)與管理的信息化水平。

水庫大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為大壩滲流監(jiān)測(cè)、繞壩滲流監(jiān)測(cè)、溢洪道應(yīng)變監(jiān)測(cè)、廠房變形監(jiān)測(cè)和環(huán)境量監(jiān)測(cè)。

一、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體構(gòu)成

系統(tǒng)包括各種類型傳感器，測(cè)量控制單元和管理處中央控制室

1、現(xiàn)地監(jiān)測(cè)單元

塔日勒嘎水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化儀器共43個(gè)，主要包括滲壓計(jì)、測(cè)壓管、土壓力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、基巖變位計(jì)、量水堰流量計(jì)和環(huán)境量溫度計(jì)、氣壓計(jì)等。

2、網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接

網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接主要包括測(cè)量控制單元（MCU）和通信電纜等。測(cè)量控制單元（MCU）是系統(tǒng)中的主要部分，用于對(duì)各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，并與中央控制室計(jì)算機(jī)連接通訊，發(fā)送指令和數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)設(shè)2個(gè)測(cè)量控制單元，設(shè)在1#泄洪閘液壓啟閉機(jī)室，另外在廠房設(shè)置1個(gè)測(cè)量控制單元，設(shè)置在中控室。

3、中央控制中心

中央控制中心設(shè)在電站廠房中控室，它與測(cè)量控制單元通過光纖通訊，實(shí)現(xiàn)雙向通訊。系統(tǒng)配有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析軟件，可進(jìn)行在線監(jiān)控或離線監(jiān)控。

二、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能

1.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集功能

系統(tǒng)可對(duì)輸出為頻率、電壓、電流、脈沖及數(shù)字編碼等信號(hào)的傳感器進(jìn)行常規(guī)巡測(cè)，定時(shí)巡測(cè)，常規(guī)選測(cè)和人工測(cè)量。

2.數(shù)據(jù)通信與資源共享功能

中央控制室可以向測(cè)量控制單元發(fā)出指令，并接受測(cè)量控制單元采集數(shù)據(jù)；中央控制室與外界可以通過多種通迅媒介實(shí)現(xiàn)雙向通訊，實(shí)現(xiàn)資源分級(jí)共享。

3.資料維護(hù)與管理功能

系統(tǒng)對(duì)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的考證資料和監(jiān)測(cè)資料具有維護(hù)與管理功能，包括資料錄入、資料修改、資料刪除、資料查詢，以及對(duì)考證資料和監(jiān)測(cè)資料按年份進(jìn)行備份或恢復(fù)，保證資料的連續(xù)性和完整性。

4.資料整編與分析功能

系統(tǒng)按《土石壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)程》(SL169-96)的要求對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整編，及時(shí)制成圖表。并結(jié)合工程實(shí)際情況建立分析模型，實(shí)現(xiàn)在線處理或離線處理，對(duì)工程安全評(píng)價(jià)提供輔助信息。

5.系統(tǒng)自檢功能

系統(tǒng)具有自檢能力，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，有設(shè)備故障報(bào)警功能，顯示故障信息，以便及時(shí)維修。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與測(cè)量控制單元（MCU）通訊，完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集。

1.MCU自檢

MCU自檢是通過計(jì)算機(jī)與MCU通訊，使MCU進(jìn)行自檢，并將自檢結(jié)果返回至計(jì)算機(jī)，顯示給操作人員，達(dá)到遠(yuǎn)程診斷MCU的目的。自檢的內(nèi)容包括：通信、MCU內(nèi)部溫度、MCU工作電壓，MCU充電電壓、MCU測(cè)量模塊和通道。

2.參數(shù)設(shè)置

在MCU能夠正常工作之前，要根據(jù)工程的具體情況，對(duì)MCU的參數(shù)和數(shù)據(jù)庫中的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置的內(nèi)容有：通信速率、系統(tǒng)時(shí)間等。

3．單點(diǎn)測(cè)量

單點(diǎn)測(cè)量用于測(cè)量某種儀器的某個(gè)測(cè)點(diǎn)的各種電測(cè)量（如孔隙水壓力計(jì)的頻率和溫度）和相關(guān)儀器測(cè)量（如測(cè)量測(cè)壓管內(nèi)的孔隙水壓力計(jì)，還要測(cè)量氣壓計(jì)），計(jì)算出工程物理量。具有打印和保存測(cè)量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫的功能。

4．巡回測(cè)量

巡回測(cè)量用于測(cè)量一個(gè)MCU或多個(gè)MCU上的測(cè)點(diǎn)，所測(cè)儀器類型可以是一種，也可以是多種。得到電測(cè)量后，計(jì)算出工程物理量，還可以直接取上一次巡回測(cè)量數(shù)據(jù)。巡回測(cè)量時(shí)，數(shù)據(jù)采集軟件以列表的形式給出MCU、與各MCU相連的儀器類型，供操作人員選擇。能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)超出量程范圍或事先設(shè)置的安全警戒，將給出提示或告警。能夠按儀器類型打印測(cè)量數(shù)據(jù)和保存測(cè)量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫。

5．定時(shí)測(cè)量

定時(shí)測(cè)量主要用來取定時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出工程物理量，測(cè)量所得的電測(cè)量和工程物理量在列表中顯示。能夠按儀器類型打印測(cè)量數(shù)據(jù)和保存測(cè)量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫。取定時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)可以是計(jì)算機(jī)自動(dòng)取數(shù)也可以是人工取數(shù)。

四、資料整編系統(tǒng)

資料整編系統(tǒng)由資料維護(hù)、報(bào)表打印、圖形繪制等模塊組成，其中資料維護(hù)又包括考證資料查詢添加修改刪除、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)添加、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢修改、監(jiān)測(cè)資料刪除、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)。

五、資料分析系統(tǒng)

資料分析軟件包括對(duì)垂直位移、水平位移、滲流壓力水位、滲流量、基巖變位計(jì)分析。

1、現(xiàn)場(chǎng)檢查：現(xiàn)場(chǎng)檢查提供把現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況錄入到系統(tǒng)中以及查詢和修改這些現(xiàn)場(chǎng)檢查信息。

2、垂直位移分析：包括建立統(tǒng)計(jì)模型、沉降分析、裂縫分析。

（1）建立統(tǒng)計(jì)模型：利用連續(xù)監(jiān)測(cè)資料，建立垂直位移與時(shí)間的單因子優(yōu)化統(tǒng)計(jì)模型，如果統(tǒng)計(jì)模型相關(guān)系數(shù)好、剩余標(biāo)準(zhǔn)差小,則可利用統(tǒng)計(jì)模型對(duì)個(gè)別漏測(cè)資料進(jìn)行插補(bǔ)推算。

（2）沉降分析：沉降分析主要包括沉降率計(jì)算、沉降速率計(jì)算，并根據(jù)沉降率與沉降速率判斷沉降發(fā)展趨勢(shì)及是否可能存在裂縫。

（3）裂縫分析：裂縫分析通過計(jì)算縱向傾度和縱向拉應(yīng)變判斷壩體是否存在剪切裂縫和橫向不均勻沉降裂縫。

3、水平位移分析：水平位移分析利用連續(xù)監(jiān)測(cè)資料，對(duì)水平位移與上游水深、時(shí)間等因子建立多因子統(tǒng)計(jì)模型，根據(jù)相關(guān)系數(shù)，就回歸效果給出定性結(jié)論。

4、滲流壓力分析：滲流壓力分析包括滯后時(shí)間分析、建立統(tǒng)計(jì)模型、位勢(shì)分析、壩體浸潤線分析、壩基抗?jié)B分析等。

5、滲流量分析：滲流量分析包括建立統(tǒng)計(jì)模型、化引流量分析等。

6、基巖變位計(jì)分析：基巖變位計(jì)分析利用連續(xù)監(jiān)測(cè)資料，建立廠房基礎(chǔ)的變化情況，計(jì)算縱向和橫向的不均勻沉降發(fā)展趨勢(shì)及可能存在的沉降裂縫。

7、多點(diǎn)位移計(jì)分析：多點(diǎn)位移計(jì)分析利用連續(xù)監(jiān)測(cè)資料，建立邊坡基巖的變化情況，計(jì)算邊坡內(nèi)基巖的變化方向與變化量。

結(jié)束語：

塔日勒嘎水電站安全監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔日勒嘎水電站安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警，在發(fā)電過程中發(fā)揮了重要的輔助決策作用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。塔日勒嘎水電站安全監(jiān)控系統(tǒng)是為大壩和廠房的安全運(yùn)行、水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制、洪水資源化及水資源優(yōu)化配置起到重要作用，也將對(duì)以后大壩安全運(yùn)行管理提供一些經(jīng)驗(yàn)。

[1]李楊. 水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀和展望[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015,28∶233.

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G322

B

1007-6344（2017）01-0261-01

佟雷（1977-），男，工程師，本科，主要從事水電站水工運(yùn)行。

彭剛（1975-），男，高級(jí)工程師，主要從事工程建設(shè)管理工作。