索風(fēng)營水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)試運(yùn)行與評價

國電南京自動化股份有限公司 吳志偉

索風(fēng)營水電站是烏江梯級開發(fā)的第五級水電站。本文通過對索風(fēng)營水電站大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)施工完成后投入試運(yùn)行一年的數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行了評價，闡述了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、精度等各項技術(shù)指標(biāo)，對照相關(guān)驗收規(guī)范，滿足了規(guī)范和設(shè)計要求，為電站安全監(jiān)測智能化管理打下了基礎(chǔ)。

1 工程概況

索風(fēng)營水電站位于貴州省黔西、修文縣交界的烏江中游六廣河段，是烏江梯級開發(fā)的第五級水電站。電站總裝機(jī)容量600MW（3×200MW），水庫總庫容2.012億m3。工程屬二等大（2）型工程，電站樞紐由碾壓混凝土重力壩、右岸引水系統(tǒng)和地下廠房等主要建筑物組成。工程以發(fā)電為主，承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等任務(wù)，兼有養(yǎng)殖、旅游等效益。

2 自動化系統(tǒng)概況

2.1 自動化系統(tǒng)規(guī)模

索風(fēng)營水電站樞紐工程安全監(jiān)測共在大壩、引水隧洞、尾水隧洞、地下廠房洞室、邊坡、危巖體和堆積體共埋設(shè)各類觀測儀器有1697支(個)。大壩中心對索風(fēng)營電站大壩監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行評價，正常使用的各類觀測儀器有1260支(套)。

依據(jù)“重點(diǎn)性”、“必要性”和“可靠性”原則,索風(fēng)營自動化系統(tǒng)共接入701支儀器。按工程部位分：其中壩址氣溫1支，大壩200支，大壩和廠房帷幕35支，引水隧洞94支，地下廠房及主變洞166支，尾水隧洞54支，壩肩邊坡9支，Dr2#危巖體104支，III號堆積體19支，Ⅳ號堆積體7支，I號堆積體12支。按儀器類型分：其中弦式502支，差阻式181支，光電式18支。共使用自動化系統(tǒng)測量模塊27套（其中差阻式模塊7套，弦式模塊20套）。

2.2 監(jiān)測自動化系統(tǒng)的組成

索風(fēng)營水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按三級設(shè)置，即現(xiàn)場監(jiān)測站、監(jiān)測中心站、營地后方管理站。系統(tǒng)通訊采用光纜作為主要通訊介質(zhì)，光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)合屏蔽雙絞線組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。營地后方管理站采用內(nèi)部局域網(wǎng)與中心站連接。系統(tǒng)主要采用集中供電方式，中心站配備不間斷電源。

2.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

索風(fēng)營電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由1個中心站，10個測站組成，分為2個環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)1包括：2#BCZ—4#BCZ—1#BCZ—1#CCZ—3#BCZ—5#施工支洞測站—2#CCZ，左岸EL781m廊道新增測站采用屏蔽雙絞線接入2#BCZ，并聯(lián)至測站光端機(jī)連入環(huán)網(wǎng)；環(huán)網(wǎng)2包括：5#BCZ—Dr2危巖體測站。2#營地后方管理站通過內(nèi)部局域網(wǎng)與中心站連接，可實(shí)現(xiàn)通過FWC2000E大壩安全信息管理系統(tǒng)自動測量、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)瀏覽。

2.2.2 測站內(nèi)組網(wǎng)

測站內(nèi)設(shè)備包括：差阻式、振弦式自動化采集裝置及485接口傳感器（主要是CCD光電式靜力水準(zhǔn)儀、雙金屬標(biāo)儀和垂線坐標(biāo)儀），采用屏蔽雙絞線接入光端機(jī)。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置直接與傳感器相接，各采集模塊有其自身的日歷和時鐘，可獨(dú)立完成監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換，同時可接受采集計算機(jī)的指令完成有關(guān)操作等。

2.3 監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)和試運(yùn)行情況

2.3.1 施工情況

工程分為兩期實(shí)施，于2012年4月開工，2014年12月完成主體施工及自動化系統(tǒng)的調(diào)試。后期于2015年10月完成危巖體測站的自動化接入和調(diào)試，隨后進(jìn)行了項目的竣工驗收。對照合同、設(shè)計文件及規(guī)范，檢查采集軟件、信息管理軟件、數(shù)據(jù)分析軟件功能，自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、遠(yuǎn)程操作、報警、報表制作、圖形顯示等功能，滿足設(shè)計文件及合同要求。同意系統(tǒng)自2016年1月1日正式進(jìn)入1年試運(yùn)行。

2.3.2 系統(tǒng)試運(yùn)行維護(hù)情況

系統(tǒng)從2016年1月1日正式進(jìn)入試運(yùn)行,故障情況如下：

序號 類別 累計次數(shù)(次) 比例1測量模塊 4 25.00%2光端機(jī) 2 12.50%3傳感器 8 50.00%4電源 1 6.25%5計算機(jī) 1 6.25%合計 16 100.00%

3 監(jiān)測自動化系統(tǒng)運(yùn)行和考核評價

索風(fēng)營自動化系統(tǒng)共接入701支儀器，使用自動化系統(tǒng)測量模塊27套。依據(jù)設(shè)計、合同及規(guī)范，為了驗證自動化監(jiān)測設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性以及測量精度，隨機(jī)選擇了10套測量模塊（占模塊總數(shù)的37.04%），模塊接入的儀器共183支（占儀器總數(shù)的26.11%），其中差阻式103支，弦式80支。

3.1 人工比測

測量精度需滿足最新《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》要求。人工比測的計算方法參考《大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求。103支差阻式儀器，比測電阻比差值小于6*10-4的有95支，占95.63%；80支振弦式儀器中比測差值小于3個模數(shù)的有75支，占93.75%，最大差值為3.83個模數(shù)。

3.2 穩(wěn)定性

3.2.1 短期穩(wěn)定性

依據(jù)《大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實(shí)用化要求及驗收規(guī)程》，自動化系統(tǒng)短期測值穩(wěn)定性考核主要通過短時間內(nèi)的重復(fù)性測試，根據(jù)重復(fù)量結(jié)果的中誤差來評價。根據(jù)《大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化采集裝置》的規(guī)范要求，差阻式傳感器測量模塊電阻比測值不大于2，電阻值不大于0.02Ω。振弦式傳感器測量模塊頻率測值變化不大于0.2Hz。

本次對儀器運(yùn)行情況進(jìn)行了連續(xù)測量15次的測值準(zhǔn)確度統(tǒng)計。共測試103支差阻式儀器，電阻比超限4支，占總數(shù)的3.92%，電阻值超限4支，占總數(shù)的3.92%。電阻比和電阻值超限均為同一支儀器，合格96.08%。振弦式儀器80支，超限6支，占總數(shù)7.5%，合格92.5%。

3.2.2 長期穩(wěn)定性

本次對183支儀器過程線進(jìn)行繪制，通過人工與自動化數(shù)據(jù)過程線趨勢對比，數(shù)據(jù)無系統(tǒng)性偏移，變化規(guī)律基本一致，變幅相近。

3.3 可靠性

按照合同及規(guī)范要求，系統(tǒng)設(shè)備的平均無故障工作時間不小于6300h。平均無故障工作時間(MTBF)是指兩次相鄰故障間的正常工作時間。依據(jù)《大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實(shí)用化要求及驗收規(guī)程》。因此，按照規(guī)程計算方法，試運(yùn)行期內(nèi)系統(tǒng)MTBF=7048h，大于6300h。滿足合同及規(guī)范要求。

4 結(jié)論

系統(tǒng)試運(yùn)行以來，整體運(yùn)行正常，經(jīng)受住了汛期現(xiàn)場潮濕環(huán)境的考驗，取得了大量的數(shù)據(jù)。在整個運(yùn)行過程種，通過與業(yè)主的緊密配合，及時解決了系統(tǒng)出現(xiàn)的一些問題，有利于自動化系統(tǒng)長期運(yùn)行和管理。

索風(fēng)營水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計和施工方案合理、功能齊全。經(jīng)過對系統(tǒng)總體功能和性能指標(biāo)的考核，系統(tǒng)功能滿足規(guī)范、設(shè)計與大壩現(xiàn)場運(yùn)行的各項要求。該自動化系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)了大壩安全的自動監(jiān)控，為電站安全監(jiān)測智能化管理打下了基礎(chǔ)。

參考：DL/T 5178-2016，混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：中國電力出版社，2016；DL/T 1134-2009，大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集裝置：中國電力出版社，2009；DL/T 5211-2005，大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范：中國電力出版社，2005；DL/T 5272-2012，大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實(shí)用化要求及驗收規(guī)程：中國電力出版社，2012。