李生成，趙吉明，趙 暉

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司隴電分公司，甘肅 永靖，731601）

鹽鍋峽水電站大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)改造

李生成，趙吉明，趙 暉

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司隴電分公司，甘肅 永靖，731601）

鹽鍋峽水電站在1993年建設(shè)了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，由于存在問題較多，無法正常運行，于1998年全部停測。2009年編制了原系統(tǒng)的改造方案，2010年實施了改造工程，對各個項目和系統(tǒng)進行了全面的改造，2013年通過了竣工驗收。改造后的系統(tǒng)功能與性能滿足規(guī)范要求，目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定、正常。

鹽鍋峽水電站；大壩；自動化監(jiān)測系統(tǒng)；改造

1 電站概況及監(jiān)測系統(tǒng)簡介

鹽鍋峽水電站是黃河干流上最早建成的一座大型水力發(fā)電站，位于甘肅省永靖縣境內(nèi)，1961年11月18日第一臺機組正式投產(chǎn)發(fā)電，目前電站裝機容量471.2 MW。

電站以發(fā)電為主，兼顧灌溉效益，屬大（2）型工程，主要建筑物為2級。大壩由左、右岸混凝土實體重力壩、左岸混凝土寬縫重力壩、混凝土實體重力式隔墩、右岸混凝土實體溢流壩等20個壩段組成，全長321.00 m，壩頂高程1 624.20 m，最大壩高57.20 m。

鹽鍋峽水電站在52年的運行過程中，監(jiān)測項目經(jīng)過了多次變更，2010年改造前主要由變形、滲流、環(huán)境量監(jiān)測項目組成，共11項，測點總數(shù)243個，全部為人工監(jiān)測。

2 改造方案

2.1 原系統(tǒng)存在的問題

1993年首次進行了大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)，當(dāng)時納入自動化系統(tǒng)的主要項目包括：壩頂2條雙向引張線、管理廊道1條雙向引張線、兩組垂線、二條量距儀、壩頂及壩基靜力水準、測縫計、溫度等測點，共計78個。其中引張線及正倒垂線測點儀采用步進電機式、靜力水準儀采用電感式、溫度計采用電阻式，不同儀器采用各自的采集裝置。

由于當(dāng)時我國大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造剛剛起步，自動化監(jiān)測設(shè)備和儀器處在研發(fā)試驗階段，安裝投運后，整個系統(tǒng)故障頻繁，可靠性差，測值誤差大。電站雖然在改造系統(tǒng)環(huán)境、改善基礎(chǔ)設(shè)施等方面做了大量的工作，終因備品、配件用完，無法維持正常運行，于1999年全部停測。

2.2 改造方案編制

2009年根據(jù)原監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題，編制了《鹽鍋峽大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造方案》，并于2009年12月通過了審查。為了制定切實可行的改造方案，技術(shù)人員做了大量的前期準備工作，結(jié)合鹽鍋峽水電站第三次大壩定檢，對監(jiān)測資料進行了全面分析，對系統(tǒng)各個項目進行了綜合評價，使技術(shù)人員對系統(tǒng)運行狀況有了全面和總體的認識。在改造方案制定過程中，對需要改造的項目和測點經(jīng)過了多次論證，改造方案也幾易其稿，最終確定的改造方案，對改造項目的技術(shù)指標都提出了明確和細致的要求，為改造工作的順利實施打下了良好的基礎(chǔ)。

3 改造項目和主要內(nèi)容

改造工程于2010年6月開工，于2012年3月投入試運行，2013年10月通過了竣工驗收，開始投入正常運行。在改造過程中，對原自動化監(jiān)測系統(tǒng)全部進行了拆除，新系統(tǒng)基本上是重新建立的。納入自動化系統(tǒng)的有壩頂水平位移（1條引張線22個測點），2組正倒垂線（4個測點），壩基傾斜變形（6個靜力水準測點），壩基揚壓力（18個測點），左岸繞滲孔（4個測點），壩頂氣溫（1個測點），共計6個項目共55個測點。對壩基滲漏量等項目均做了完善改造。

3.1 正、倒垂線

更換了垂線的全部裝置，重新澆筑混凝土觀測墩，并對兩個倒垂孔進行了掃孔。掃孔時維持原孔深不變，將錨塊及線體全部取出，把倒垂孔清理干凈后，量測有效孔徑，確定中心線，重新安裝新錨塊和鋼絲。每條垂線在正、倒垂連接處安裝1臺雙向垂線坐標儀，共安裝4臺。正垂測點以PL1、PL10命名，倒垂測點以IP1、IP10命名。

為了防止冷凝水和滲水流入垂線坐標儀內(nèi)，在正垂垂線坐標儀上方加裝了防雨傘；為了減小空氣流動對測值造成的影響，在正垂線外部加裝了?160 mm的PVC保護管，在垂線室通道口安裝了隔離門等。

3.2 壩頂1622廊道引張線

拆除原1622廊道內(nèi)兩條引張線測點全部觀測墩及坐標儀，更換整套引張線系統(tǒng)。在1622廊道內(nèi)設(shè)置一條浮托式單向引張線，固定端設(shè)在右岸平硐中，張緊端設(shè)在擋Ⅰ壩段。引張線共布置22個測點，安裝單向引張線儀22套。引張線長276.2 m，溢流壩段每個壩段設(shè)置兩個測點，共12個；擋Ⅱ～擋Ⅹ及隔墩壩段各設(shè)置一個測點，共10個。測點以EX1～EX22命名，順序從左岸往右岸排列。

為了達到防塵的效果，對1 622廊道窗戶進行了密封，對引張線保護箱蓋處加裝了密封條，對保護管與測點箱連接處、各電源箱和采集單元箱進出線口用玻璃膠進行了密封。

3.3 靜力水準

在三條橫向廊道內(nèi)布置靜力水準監(jiān)測的壩基傾斜，共6個測點，每條橫向廊道內(nèi)上下游側(cè)各布置1個測點，測點以“SL3-1”型式命名（“SL”代表靜力水準；“3”代表擋Ⅲ壩段橫向廊道，“7”代表擋Ⅶ壩段橫向廊道，“5”代表溢Ⅴ壩段橫向廊道；“1”代表上游側(cè)，“2”代表下游側(cè)）。拆除原靜力水準全部觀測墩及設(shè)施，重新澆筑觀測墩，更換靜力水準儀及配套水管、電纜。每個觀測墩內(nèi)設(shè)置4根?28豎向插筋，插筋深入壩體0.3 m，儀器底座安裝高程誤差控制在5 mm之內(nèi)。

3.4 繞壩滲流

將在監(jiān)控范圍內(nèi)的左岸的14號、67號、76號和15號等4個繞滲孔均納入自動化系統(tǒng)，測點以原孔號命名。儀器安裝前，對76號繞滲孔進行了掃孔，掃至完整基巖并入巖1.0 m。各孔口加裝了永久性管口保護裝置，滲壓計安裝在各孔近5年以來最低水位1.5 m以下，電纜加裝了DN50鍍鋅鋼管進行保護。

3.5 壩基揚壓力

壩基揚壓力共69個測點，在這次改造中，從每個壩段中選擇一個靈敏度好、具有代表性、測值可靠的測孔進行自動化改造，共改造18個測點，各測點名稱編號不變。改造更換所有測點孔口裝置，取消原U型管監(jiān)測方式，所有有壓孔均安裝或更換為0.4級壓力表。揚壓孔在接入自動化系統(tǒng)前，對各孔用自來水進行了沖洗，滲壓計放入測孔深1 m的位置。

3.6 氣溫監(jiān)測

此次自動化改造，設(shè)立1個氣溫測點，具體方法為：在壩頂擋Ⅴ壩段防浪墻上原氣溫測點位置安裝1個鉑電阻溫度計，實現(xiàn)壩頂氣溫自動化監(jiān)測，測點編號為T1，并更換百葉箱。電纜敷設(shè)在DN50鍍鋅鋼管內(nèi)。

3.7 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用分布式自動監(jiān)測系統(tǒng)，在觀測班設(shè)1個監(jiān)測管理站，在壩頂及廊道內(nèi)共設(shè)置4個采集單元，其中壩頂左岸氣力泵樓三樓觀測機房內(nèi)設(shè)3個；灌漿廊道內(nèi)擋Ⅶ壩段設(shè)1個。

變形部分傳感器采用CCD式引張線儀、垂線儀及靜力水準儀；壩基揚壓力和左岸繞壩滲流采用VW2100A滲壓計，壩頂氣溫采用鉑電阻溫度計；數(shù)據(jù)采集裝置分別采用北京木聯(lián)能公司生產(chǎn)的D型（CCD式儀器）、R型（差阻式儀器）、VB型（弦式儀器）MCU；監(jiān)測軟件采用北京木聯(lián)能公司研發(fā)的大壩安全管理軟件MS4.0，用電纜、光纜等將傳感器、MCU、服務(wù)器、客戶端連接成一個完整的系統(tǒng)。為了解決防干擾問題，4個采集單元與電站主接地網(wǎng)進行了連接，監(jiān)測管理站與電站通訊接地網(wǎng)進行了連接，并安裝了防雷轉(zhuǎn)換器。

4 系統(tǒng)運行分析

4.1 垂線

圖1為PL1 X方向人工比測與自動化監(jiān)測測值過程線。

圖1 PL1 X方向測值對比過程線Fig.1 Graphs of the monitoring data in the X direction of the PL1 point

從以上過程線對比來看，人工比測與自動化測值變化趨勢一致，量值相當(dāng)。

4.2 引張線

圖2是以絕對位移值繪制的過程線。

圖2 引張線EX10、EX11、EX12絕對位移過程線Fig.2 Graphs of absolute displacement of the point EX10, EX11 and EX12

從引張線的測值過程線可以看出壩頂位移隨溫度變化而變化的規(guī)律。

4.3 揚壓力

揚壓力的人工比測是采用讀取安裝在孔口的壓力表測值來進行的，人工比測頻次為每月兩次。圖3為擋Ⅸ-2人工與自動化測值過程線。

圖3 壩基揚壓測管水位對比過程線Fig.3 Graphs of the water level in piezometric tube of dam foundation uplift pressure by automatic monitoring and man measured

從以上過程線對比來看，人工比測與自動化測值變化趨勢一致，量值相當(dāng)。

4.4 繞壩滲流

圖4為15號測點人工比測與自動化測值對比過程線。

圖4 繞壩滲流15號孔人工與自動化對比過程線Fig.4 Graphs of the bypass seepage at the hole 15#by auto?matic monitoring and man measured

從以上過程線來看，滲壓計測量的測管水位與壓力表測到的基本一致。

4.5 壩頂氣溫

人工觀測每日取自記式溫度計4個數(shù)據(jù)計算均值作為日平均氣溫，自動化測量每日取24個數(shù)據(jù)計算均值作為日平均氣溫，圖5為人工和自動化日平均氣溫對比過程線。

從以上過程線可以看出，溫度計自動化測值與自記溫度計測值基本一致，運行正常。

大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)在運行期內(nèi)各改造項目人工比測與自動化測值變化趨勢一致，量值相當(dāng)，符合大壩變化的一般規(guī)律，改造工程達到了預(yù)期的目標。

圖5 人工與自動化日平均氣溫對比過程線Fig.5 Graphs of daily average temperature by automatic moni?toring and man measured

5 可靠性評價

5.1 平均無故障時間

系統(tǒng)可靠性采用平均無故障時間來考核。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元在試運行期間未發(fā)生故障，垂線、靜力水準、壩頂氣溫、滲壓計在試運行期間均未發(fā)生故障，引張線在試運行期間平均無故障時間為8 567 h，均大于規(guī)范要求的6 300 h。

5.2 監(jiān)測系統(tǒng)自動采集數(shù)據(jù)的缺失率

在試運行期間內(nèi)，垂線測值缺失率1.40%，引張線測值缺失率2.40%，靜力水準測值缺失率2.12%，滲壓計測值缺失率0.55%，壩頂氣溫測值缺失率1.99%。都小于規(guī)范要求的3%。

6 結(jié)語

大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)改造要達到預(yù)期的目標，首先要做好前期準備工作，使技術(shù)人員對系統(tǒng)運行狀況有全面和總體的掌握；其次，要制定詳細和完善的改造方案，對改造項目要提出明確和細致的技術(shù)要求；第三，要注重改造過程的細部處理。

鹽鍋峽水電站是運行50多年的老電站，建設(shè)期時值國家困難時期，各種基礎(chǔ)設(shè)施相對較差。首次大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)的建立，又正處我國大壩自動化監(jiān)測的初步探索階段，建立的系統(tǒng)故障頻發(fā)，最終走到了不得不停測的困境。本次成功改造大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)，也為運行多年的老電站和早期大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)的改造提供了借鑒。 ■

[1]趙吉明，李生成，周濤.鹽鍋峽水電站大壩安全監(jiān)測資料分析[J].大壩與安全.2009（6）：32-36;45.

[2]趙暉.鹽鍋峽大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造方案[R]. 2009.

[3]西北勘測設(shè)計院.鹽鍋峽水電站技施設(shè)計[R].

[4]DL/T5211-2005,大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范[S].

[5]DL/T5178-2003,混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

The original automatic dam safety monitoring system of Yanguoxia hydropower station was constructed in 1993.As many problems occurred,its operation was ended in 1998.Further,the renova?tion plan was advanced in 2009 and was implemented in 2010.The new system is stable and working well.Its functions and performance are good enough to meet the requirements in technical standards.

Yanguoxia hydropower station;dam;automatic monitoring system;renovation

TV736

B

1671-1092（2014）03-0019-04

2014-03-27

李生成（1965-），男，本科，高級工程師，現(xiàn)從事水工管理工作。

Title:Renovation of the automatic dam safety monitoring system at Yanguoxia hydropower station//by LI Sheng-cheng,ZHAO Ji-ming and ZHAO Hui//Longdian Branch Company of Yellow River Upstream Hydropower Co.,Ltd.