程綱為,帥永建,湯 榮

(1.龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300;2.中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都610081)

龍灘水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工

程綱為1,帥永建2,湯 榮2

(1.龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300;2.中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都610081)

詳細(xì)介紹了龍灘水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)、組織架構(gòu)、設(shè)備選型、接引施工、安裝調(diào)試、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與處理等成功經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐證明,該自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)讀迅速、與人工比測(cè)符合性良好。

安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；施工；龍灘水電站

1 工程概況

龍灘水電站監(jiān)測(cè)項(xiàng)目種類齊全,包括環(huán)境量監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)、強(qiáng)震監(jiān)測(cè)、水力學(xué)監(jiān)測(cè)等。為代替和減輕人工觀測(cè)工作,通過自動(dòng)化的功能以及時(shí)準(zhǔn)確的收集大壩內(nèi)監(jiān)測(cè)儀器所獲得的大壩內(nèi)的監(jiān)測(cè)信息,實(shí)時(shí)掌握大壩運(yùn)行狀況,在充分借鑒監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),組織了龍灘安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工,建成系統(tǒng)指標(biāo)先進(jìn)、運(yùn)行可靠。

安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)分為混凝土大壩及右岸導(dǎo)流洞子系統(tǒng)、左岸高邊坡子系統(tǒng)和左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)子系統(tǒng)。其中大壩子系統(tǒng)主要是由擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段、進(jìn)水口壩段、通航壩段(包括基礎(chǔ)灌漿廊道與基礎(chǔ)排水廊道)及轉(zhuǎn)彎壩段等建筑物的觀測(cè)儀器及設(shè)備組成。

2 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

龍灘水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)接入儀器數(shù)量1 581支,其中混凝土大壩及右岸導(dǎo)流洞子系統(tǒng)804支、左岸地下輸水發(fā)電系統(tǒng)子系統(tǒng)577支、左岸高邊坡子系統(tǒng)200支。

監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)由各種類型傳感器、測(cè)量控制單元(MCU)、數(shù)據(jù)傳輸線路和中央控制室組成。傳感器包括測(cè)縫計(jì)、滲壓計(jì)、應(yīng)力應(yīng)變計(jì)、鋼筋計(jì)等；測(cè)量控制單元(MCU)設(shè)在大壩、左右岸邊坡及左岸地下輸水發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)測(cè)站內(nèi),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)發(fā)送指令和數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

整個(gè)系統(tǒng)采用基康公司的安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集管理軟件采用基康公司的BGKlogger.net大壩安全信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由各測(cè)站數(shù)據(jù)采集單元DAU(集線箱)、供電網(wǎng)絡(luò)、通訊網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)設(shè)備管理站及監(jiān)測(cè)中心站組成。

整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)采用RS485及光纜通信,自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)RS485傳輸并放大后轉(zhuǎn)換為光信號(hào),經(jīng)光纖傳送至位于龍灘電廠中控樓監(jiān)測(cè)管理站內(nèi)的自化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集/管理計(jì)算機(jī)；通過龍灘電廠中控樓與塘英基地之間的局域網(wǎng)將采集計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)備份至安裝于塘英基地的監(jiān)測(cè)中心站內(nèi)的備份服務(wù)器。

為了保證安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行,方便系統(tǒng)的管理、現(xiàn)場(chǎng)線路的敷設(shè)、后期的維護(hù)保養(yǎng)等工作的開展,安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式、多級(jí)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)涫疽?/p>

混凝土大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化子系統(tǒng)(A子系統(tǒng))共計(jì)設(shè)置21個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、左岸地下輸水發(fā)電監(jiān)測(cè)自動(dòng)化子系統(tǒng)(地下廠房子系統(tǒng))共計(jì)設(shè)置21個(gè)監(jiān)測(cè)站、左岸高邊坡監(jiān)測(cè)自動(dòng)化子系統(tǒng)(左岸邊坡子系統(tǒng))共設(shè)置9個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站。

自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理站主要分為自動(dòng)化設(shè)備站及中心站兩個(gè)站,其中自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備站位于于龍灘電廠中控樓三樓自動(dòng)化系統(tǒng)機(jī)房,中心站位于龍灘電廠塘英基地機(jī)房。

考慮到地下廠房、大壩廊道環(huán)境潮濕,摒棄了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的鍍鋅機(jī)柜,自動(dòng)化設(shè)備選用不銹鋼機(jī)柜。

以往設(shè)計(jì)的供電電源多采用普通電纜,從安全角度考慮,本自動(dòng)化系統(tǒng)改用阻燃電纜(芯數(shù)×標(biāo)稱截面：2芯×4 mm2),結(jié)構(gòu)形式為圓形壓緊(壓緊系數(shù)≥0.9),鎧裝層采用鍍鋅鋼帶(厚度0.2～0.8 mm),鋼帶層數(shù)為2層。

3 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)施工

3.1 設(shè)備采購及安裝調(diào)試

安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備采購及安裝調(diào)試工程工作內(nèi)容：

(1)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備(包括備品備件)的采購、出廠前檢驗(yàn)測(cè)試、包裝運(yùn)輸、到貨驗(yàn)收、保管、安裝前的檢驗(yàn)及測(cè)試等,系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀器電(光)纜敷設(shè)、系統(tǒng)軟件安裝調(diào)試。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫建立、人工比測(cè)(配合)、驗(yàn)收及相關(guān)服務(wù)等。

(2)對(duì)接入系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行全面測(cè)試和鑒定。

(3)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)化建設(shè),所需要的儀器設(shè)備的采購、檢驗(yàn)率定、電纜敷設(shè)以及接入安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)等所需的相關(guān)工作。

3.2 施工程序

自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備站及中心站的設(shè)備根據(jù)合同及設(shè)計(jì)要求報(bào)批采購到場(chǎng)后,對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行組裝即完成設(shè)備站及中心站的設(shè)備安裝工作。軟件安裝主要為安裝自動(dòng)化系統(tǒng)采集軟件BGKDataLogger.net及大壩中心軟件iDam并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)錄入工作。

3個(gè)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化子系統(tǒng)施工程序椐據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)所需安裝的儀器設(shè)備不同而大同小異,以大壩子系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的施工為例,其施工程序如下：

(1)分層分廊道進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)光纜及電纜安裝。

(2)根據(jù)每個(gè)測(cè)站須接入的儀器數(shù)量,安裝滿足儀器接入數(shù)量的自動(dòng)化系統(tǒng)集線箱(數(shù)據(jù)采集箱)。

(3)將電源電纜接入自動(dòng)化系統(tǒng)集線箱、進(jìn)行光纜終端盒安裝和光纜跳線的熔接。

(4)安裝光端機(jī)及中繼器,并將光纖跳線集自動(dòng)化集線箱的通信線與光端機(jī)及中繼器進(jìn)行連接。

(5)接入大壩內(nèi)的監(jiān)測(cè)儀器并對(duì)接入的儀器掛標(biāo)志牌。

(6)安裝管理站和中心站的工控機(jī)及自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集軟件

(7)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3 施工重點(diǎn)

(1)電源線及信號(hào)線的敷設(shè)。目前電源電纜及數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)墓饫|的產(chǎn)品已成熟,產(chǎn)品的參數(shù)及性能按照國家相關(guān)規(guī)范制造都能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。水電工程潮濕、陰暗復(fù)雜的環(huán)境影響到安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的電源電纜及數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸光纜的敷設(shè)方式,電纜及光纜采用Ф25 mm的PVC管或鍍鋅鋼管進(jìn)行穿管保護(hù),并利用現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電橋架(廊道內(nèi))、塑料膨脹螺栓帶線卡(廊道內(nèi))或者通過鋼膨脹螺栓(邊坡)進(jìn)行固定,并規(guī)劃為橫平豎直,整齊美觀。

(2)光纖的熔接及信號(hào)的放大。按照規(guī)范的要求對(duì)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)限號(hào)傳輸光纜采用熔接套裝,對(duì)光纖進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熔接。為了保證數(shù)據(jù)的正常、有效的傳輸,在水電工程陰暗、潮濕、震動(dòng)、電輻射、電磁感應(yīng)等復(fù)雜的條件下,需要采用減震、防潮、屏蔽等措施,比如現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)考慮水輪機(jī)層電器設(shè)備產(chǎn)生的震動(dòng)影響、排水廊道滲水的影響等。

4 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際接入儀器1 449個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中,混凝土大壩及導(dǎo)流洞子系統(tǒng)810個(gè)測(cè)點(diǎn)；左岸地下輸水發(fā)電系統(tǒng)子系統(tǒng)469個(gè)測(cè)點(diǎn)；左岸高邊坡子系統(tǒng)170個(gè)測(cè)點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用基康公司BGKLogger.NET信息管理系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.1 測(cè)點(diǎn)的管理

(1)測(cè)點(diǎn)必須在監(jiān)測(cè)項(xiàng)目或者測(cè)點(diǎn)分組下。

(2)測(cè)點(diǎn)分組必須在監(jiān)測(cè)項(xiàng)目下。

(3)創(chuàng)建測(cè)點(diǎn)前,必須創(chuàng)建并選擇相應(yīng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目或測(cè)點(diǎn)分組。

(4)同一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目或測(cè)點(diǎn)組內(nèi)測(cè)點(diǎn)名稱不能重復(fù)。

(5)不同歸屬的測(cè)點(diǎn)可重名。

4.2 數(shù)據(jù)的錄入

安全監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)可以通過人工錄入原始數(shù)據(jù)、Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入、自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入等方式進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

4.3 資料整編

在安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中通過選擇資料整編模板、設(shè)置整編工程部位及數(shù)據(jù)范圍、自動(dòng)生成自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)整編報(bào)告、進(jìn)行整編報(bào)告的逐項(xiàng)審核等工作進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)資料的整編。

5 結(jié)語以及建議

龍灘水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)于2016年3月全部調(diào)試實(shí)施完成,并且部分測(cè)站已運(yùn)行了一段時(shí)間,所有自動(dòng)化系統(tǒng)開始進(jìn)行試運(yùn)行階段,通過試運(yùn)行過程中的不斷調(diào)試、故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與排除,為掌握工程的實(shí)際運(yùn)行形態(tài)和充分發(fā)揮工程效益提供了有力的保障。

本系統(tǒng)建成后,至今已經(jīng)順利運(yùn)行1年多時(shí)間,除了系統(tǒng)檢修,工作人員不再頻繁到壩頂、廊道等地段工作,保證了工作人員的安全,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)由于系統(tǒng)全自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,杜絕人為誤差。另外,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與大壩中心數(shù)據(jù)庫對(duì)接,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理后自動(dòng)傳輸至大壩中心,保證大壩中心隨時(shí)掌控大壩安全運(yùn)行狀態(tài),能直接、快速的對(duì)大壩安全問題進(jìn)行診斷。

本系統(tǒng)在充分借鑒國內(nèi)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合龍灘安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn),進(jìn)行了科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和施工方案的優(yōu)化,建成系統(tǒng)指標(biāo)先進(jìn)、運(yùn)行可靠。系統(tǒng)在國內(nèi)已有的技術(shù)基礎(chǔ)上,進(jìn)行了性能改進(jìn)和調(diào)整,給其他流域發(fā)電公司大壩安全監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)參考,并方便了各級(jí)主管單位領(lǐng)導(dǎo)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能方便的看到電站的大壩安全運(yùn)行狀態(tài),保證安全生產(chǎn)。

[1]陳宏偉. 彭水水電站樞紐工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)[C]∥2013年中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)大壩安全監(jiān)測(cè)專委會(huì)年會(huì)暨大壩安全評(píng)價(jià)技術(shù)交流會(huì)論文集, 2013: 479- 484．

[2]韓笑, 李強(qiáng). 大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)改造施工中關(guān)鍵問題的討論[C]∥2013年中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)大壩安全監(jiān)測(cè)專委會(huì)年會(huì)暨大壩安全評(píng)價(jià)技術(shù)交流會(huì)論文集, 2013: 461- 467．

[3]梁志海, 梁若霖. 觀測(cè)自動(dòng)化在水豐水電站主壩上的應(yīng)用[C]∥2013年中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)大壩安全監(jiān)測(cè)專委會(huì)年會(huì)暨大壩安全評(píng)價(jià)技術(shù)交流會(huì)論文集, 2013: 485- 490．

(責(zé)任編輯 高 瑜)

《脫貧攻堅(jiān)能源政策研究報(bào)告》成果已報(bào)送國家能源局

經(jīng)征求國家能源局發(fā)展規(guī)劃司意見，根據(jù)課題研究合同規(guī)定，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院承擔(dān)的《脫貧攻堅(jiān)能源政策研究報(bào)告》成果2016末已報(bào)送國家能源局。

受國家能源局委托，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院于2016年8月開始承擔(dān)脫貧攻堅(jiān)能源政策研究任務(wù)。我院高度重視該項(xiàng)研究工作，組織了水庫移民、規(guī)劃、新能源等專業(yè)的專家，并邀請(qǐng)了中國國際扶貧中心等單位專家，成立了脫貧攻堅(jiān)能源政策研究課題組。我院龔和平副院長任課題組組長，多次帶隊(duì)赴國家能源局匯報(bào)課題研究成果，指導(dǎo)研究報(bào)告編寫工作。

水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院在能源行業(yè)的水電、新能源等方面是強(qiáng)項(xiàng)，但對(duì)煤汽油等能源是弱項(xiàng)，而且對(duì)扶貧領(lǐng)域也相對(duì)陌生。課題組克服時(shí)間緊、任務(wù)重、領(lǐng)域新等困難，發(fā)揚(yáng)不畏艱難、連續(xù)作戰(zhàn)的優(yōu)良作風(fēng)，充分發(fā)揮水電新能源專業(yè)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)、惡補(bǔ)扶貧領(lǐng)域短板，通過查詢分析已有資料、主動(dòng)拜訪收集信息、信函征集意見建議、專家團(tuán)隊(duì)集體研討等多種形式，開展分析研究和報(bào)告撰寫工作。

課題組根據(jù)國家對(duì)脫貧攻堅(jiān)的目標(biāo)要求，結(jié)合當(dāng)前能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃的新形勢(shì)、新要求，通過對(duì)能源資源開發(fā)、設(shè)施建設(shè)、經(jīng)營管理、效益分配等方面進(jìn)行了分析研究，探討了能源行業(yè)幫助實(shí)現(xiàn)脫貧攻堅(jiān)的路徑，提出了具體的能源扶貧措施建議，編制形成了《脫貧攻堅(jiān)能源政策研究報(bào)告》。研究過程中，研究成果順利通過了國家能源局組織的中期檢查，得到了國務(wù)院扶貧辦開發(fā)指導(dǎo)司、能源局發(fā)展規(guī)劃司等有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家的充分肯定，并在2016年12月中旬廣泛征求了青海省能源局、甘肅省通渭縣人民政府、中國華能集團(tuán)公司等地方政府、能源主管部門、項(xiàng)目法人單位共計(jì)14家單位領(lǐng)導(dǎo)、專家的意見和建議。成果內(nèi)容設(shè)置為8章，共計(jì)5萬余字。研究認(rèn)為，借力能源項(xiàng)目可以在扶貧領(lǐng)域有所作為，主要集中在水電、光伏、農(nóng)村電網(wǎng)改造升級(jí)工程等項(xiàng)目，可在留存電量、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、電價(jià)等方面出臺(tái)相關(guān)鼓勵(lì)政策，在資產(chǎn)收益、有關(guān)稅費(fèi)分配使用方面可進(jìn)行探索試點(diǎn)，但同時(shí)也需要主管部門對(duì)能源扶貧政策進(jìn)行督查落實(shí)，對(duì)實(shí)施過程中已暴露出的問題進(jìn)行全面系統(tǒng)性地回顧總結(jié)。

(彭幼平)

Design and Construction of Automatic Safety Monitoring System for Longtan Hydropower Station

CHENG Gangwei1, SHUAI Yongjian2, TANG Rong2

(1. Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China; 2. Sinohydro Bureau 7 Co., Ltd., Chengdu 610081, Sichuan, China)

The layout design, organization structure, equipment selection, connection construction, installation and commissioning, and data import and processing of automatic safety monitoring system for Longtan Hydropower Station are introduced in detail herein. The actual monitoring shows that the automatic safety monitoring system is stable in operation, fast in data monitoring and read, and have good compliance with artificial monitoring results．

safety monitoring; automation system; design; construction; Longtan Hydropower Station

2017- 02- 18

程綱為(1973—),男,陜西石泉人,工程師,主要從事水電站水庫水情調(diào)度及電廠基建工作．

TM621.6(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0085- 04