大型水電站大壩安全監(jiān)測(cè)磁致伸縮液位計(jì)改造效果分析
發(fā)布時(shí)間：2019-07-17 發(fā)布作者：
摘要：主要介紹了大型水電站大壩安全監(jiān)測(cè)磁致伸縮液位計(jì)改造的項(xiàng)目?jī)?nèi)容、采取的主要措施及改造前后的運(yùn)行效果分析評(píng)價(jià)，并指出了目前系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出相關(guān)建議。該系統(tǒng)對(duì)大型水電站大壩的安全監(jiān)測(cè)發(fā)揮了重要的作用，可為同類項(xiàng)目實(shí)施提供工程經(jīng)驗(yàn)。
1 工程概況
大型水電站位于青海省尖扎縣、化隆縣交界處，距青海省會(huì)西寧市112km，上游距龍羊峽水電站108.6km。電站總裝機(jī)容量2000MW（5×400MW），是以發(fā)電為主，兼顧灌溉、供水等綜合利用的大型水電工程。大型水電站為一等大（Ⅰ）型工程，電站樞紐由三圓心雙曲混凝土拱壩、左岸重力墩、左岸副壩、左右中孔及底孔泄水建筑物、1#~5#引水壓力鋼管、壩后雙排機(jī)組廠房、330kV出線站及左壩溝、德龍尖巴溝防洪工程等永久性建筑物組成。
工程于1988年4月開工，1996年12月底初期蓄水，1999年一期4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，2001年12月19日通過(guò)工程竣工驗(yàn)收。
改造工程于2010年9月開工，2011年12月通過(guò)完工驗(yàn)收，2013年9月14日通過(guò)竣工驗(yàn)收。
2 改造前的主要問(wèn)題
大型水電站
磁致伸縮液位計(jì)自2004年12月投入運(yùn)行至2009年9月，由于廊道環(huán)境潮濕、供電線路運(yùn)行可靠性低、設(shè)備自身存在缺陷等原因，故障頻繁，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失率、平均無(wú)故障工作時(shí)間指標(biāo)達(dá)不到自動(dòng)化監(jiān)測(cè)規(guī)范要求。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)報(bào)警共計(jì)37221次，MCU報(bào)警共計(jì)743次。
3 改造的項(xiàng)目?jī)?nèi)容及主要措施
3.1 大壩安全監(jiān)測(cè)磁致伸縮液位計(jì)優(yōu)化
改造內(nèi)容涉及系統(tǒng)供電電源、通信網(wǎng)絡(luò)垂線、靜力水準(zhǔn)、壩基揚(yáng)壓力、內(nèi)觀及軟件等。
（1）網(wǎng)絡(luò)及供電電源改造內(nèi)容包括線路規(guī)劃、電纜更換、機(jī)房供電電源盤柜更換、MCU電源接線端子更換、新增MCU安裝；
（2）垂線系統(tǒng)的改造內(nèi)容為垂線坐標(biāo)儀更換、電源電纜及通信電纜更換；
（3）靜力水準(zhǔn)改造內(nèi)容傳感器返廠標(biāo)定、連通管更換、傳感器準(zhǔn)確性試驗(yàn)、采集單元開關(guān)電源更換；
（4）揚(yáng)壓力改造內(nèi)容為滲壓計(jì)率定、信號(hào)電纜更換、管口裝置滲水及銹蝕處理；
（5）內(nèi)觀改造內(nèi)容為系統(tǒng)優(yōu)化、測(cè)站遷移、測(cè)站合并、保護(hù)箱更換、手動(dòng)集線箱更換；
（6）計(jì)算機(jī)設(shè)備及軟件更新、系統(tǒng)管理軟件升級(jí)。
3.1.1 供電系統(tǒng)的規(guī)劃與優(yōu)化
原通信網(wǎng)絡(luò)與供電線路同步布設(shè)，主壩5層廊道按右、中、左位置分A、B、C3個(gè)網(wǎng)段。電源電纜為二芯銅線電纜，電纜敷設(shè)中，在廊道分層、豎井、垂線室等位置設(shè)置分線箱，電纜中間段每200m左右有1個(gè)接頭。存在的問(wèn)題：①電纜接頭和分線箱的線頭接入點(diǎn)未做防水處理，遇水易造成斷路；②線路均偏長(zhǎng)，設(shè)備供電電壓不足200v；③電流泄露大，運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性較差。
為解決上述問(wèn)題，對(duì)供電線路進(jìn)行重新規(guī)劃和優(yōu)化改進(jìn)，具體內(nèi)容為：
（1）優(yōu)化供電線路結(jié)構(gòu)，采用樹型結(jié)構(gòu)，減少線路往返重復(fù)。
供電電源線路在主壩8#壩段電纜豎井中垂直布設(shè)主供電電纜，在各層廊道入口處干燥位置設(shè)置分線箱，線頭接入點(diǎn)用密封膠封閉，分線箱蓋增設(shè)密封圈以增強(qiáng)防水性能。各層廊道分層供電，從分線箱向廊道兩端的各測(cè)站處延伸。
（2）更換老化、分段電源線，采用合理線徑。各個(gè)MCU之間、垂線CCD之間連線均為整根線，中間不設(shè)接頭。主線路選用2.5mm2三芯銅芯屏蔽電纜，各層分線電纜選用1.5mm2三芯銅芯屏蔽電纜。
（3）做好線頭絕緣和密封，防止線體老化。對(duì)線頭芯線和絕緣皮之間用密封膠密封，防止潮氣進(jìn)入，對(duì)芯線線頭刮錫并加壓冷壓頭，防止線體外露部分氧化。
（4）各層分線箱內(nèi)根據(jù)各層模塊功率配置保險(xiǎn)，防止短路電流導(dǎo)致設(shè)備損壞。
電源系統(tǒng)接地線設(shè)置：A網(wǎng)段在2150層32#MCU、33#MCU、2114層23#MCU、24#MCU；B網(wǎng)段在2150層37#MCU、2114層26#MCU、；C網(wǎng)段在2150層40#MCU、2162層44#MCU、2114層30#MCU；D、E網(wǎng)段在前方六樓機(jī)房配電柜設(shè)置接地；計(jì)算機(jī)監(jiān)控機(jī)房處也設(shè)置了接地點(diǎn)。電源線接地點(diǎn)選擇建筑物內(nèi)電阻符合要求的鋼筋頭或金屬物，采用寬50mm厚4mm鍍鋅扁鐵焊接，就近連接至采集單元，經(jīng)測(cè)試接地電阻均小于10Ω。
經(jīng)過(guò)重新規(guī)劃和優(yōu)化的供電線路，主供電電纜長(zhǎng)度875m，各層廊道電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)為2114層1066m，較短為2150層869m，比原來(lái)較長(zhǎng)的C網(wǎng)段2896m減少955m。
新布設(shè)的供電線路，經(jīng)實(shí)測(cè)較大壓降11V，滿足系統(tǒng)供電要求。
3.1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化
主壩通信網(wǎng)絡(luò)保持原來(lái)A、B、C3個(gè)網(wǎng)段分段方式不變，D、E網(wǎng)段保持不變，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化：
（1）將原來(lái)存在分叉的線路調(diào)整為總線結(jié)構(gòu)，即各網(wǎng)段按“葫蘆串”方式將各個(gè)采集單元連接起來(lái)。
（2）更換已老化的信號(hào)線，并對(duì)信號(hào)線接頭進(jìn)行密封處理。
（3）對(duì)于故障率高、年變幅不大的右岸交通洞測(cè)點(diǎn)、右中孔測(cè)點(diǎn)、左底孔測(cè)點(diǎn)，從整體網(wǎng)絡(luò)中剔除。線路長(zhǎng)度分別由原來(lái)的2345m、1900m、2896m減少到1547m、1169m、1662m。縮短線路長(zhǎng)度，增加了通信可靠性。
（4）5個(gè)網(wǎng)段匯集處，加裝485通信集線器，避免該處產(chǎn)生由“星型”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的信號(hào)衰減。
（5）各網(wǎng)段末端增加100Ω的匹配電阻，進(jìn)一步提高通信能力。
3.1.3 各子系統(tǒng)改造和優(yōu)化
3.1.3.1 垂線系統(tǒng)的改造與維修
（1）將全部的垂線坐標(biāo)儀升級(jí)為目前該產(chǎn)品較新版本的儀器；
（2）加裝2臺(tái)采集模塊，原來(lái)所有32個(gè)垂線測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集均有安裝與2014層的單個(gè)模塊采集，在此次改造中，分別在2087層和2059層分別增加1臺(tái)采集模塊，用來(lái)承擔(dān)原來(lái)模塊2087層和2059層及下層垂線坐標(biāo)儀的數(shù)據(jù)采集，提高了數(shù)據(jù)采集及時(shí)性了完整性；
（3）更換垂線坐標(biāo)儀老化通信線，線路中間不設(shè)接頭，線路兩頭進(jìn)行密封處理。
3.1.3.2 揚(yáng)壓力系統(tǒng)的改造與維修
（1）對(duì)38只滲壓計(jì)全部拆除后，清理表面污垢和透水石內(nèi)部堵塞；
（2）對(duì)38只滲壓計(jì)全部進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，重新確定其靈敏度，對(duì)于標(biāo)定已損壞的滲壓計(jì)進(jìn)行更換；
（3）對(duì)38只滲壓計(jì)通信線全部進(jìn)行更換，除與滲壓計(jì)連接處外不設(shè)接頭，模塊內(nèi)部線體接頭進(jìn)行密封處理。
3.1.3.3 靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的改造與維修
（1）測(cè)點(diǎn)優(yōu)化。優(yōu)化的原則是“監(jiān)測(cè)有效、重點(diǎn)突出，取舍合理”，監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是拱冠、左右岸1/4拱、拱壩基礎(chǔ)重點(diǎn)部位。取消原設(shè)置的標(biāo)定墩，對(duì)同一壩段設(shè)置2個(gè)以上的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的測(cè)點(diǎn)數(shù)量由原來(lái)的60個(gè)減少為50個(gè)。
（2）通過(guò)靜力水準(zhǔn)儀返廠標(biāo)定，對(duì)儀器靈敏度系數(shù)重新確認(rèn)，對(duì)誤差較大和運(yùn)行中穩(wěn)定性較差的4支傳感器進(jìn)行了更換。
（3）對(duì)缽體、浮子進(jìn)行清洗。清洗方法為采用酒精對(duì)缽體和浮子進(jìn)行浸泡，擦拭去除表面的水垢，用蒸餾水沖洗干凈。
（4）拆除靜力水準(zhǔn)連通管路，更換為Φ20mm白色透明塑料管。考慮到廊道內(nèi)溫差對(duì)靜力水準(zhǔn)觀測(cè)值有一定的影響，采用隔熱材料對(duì)管路進(jìn)行保溫。隔熱材料選用Φ75mm壁厚25mm泡沫石棉管，用30mm寬塑料綁扎帶分段扎緊。
3.1.3.4 內(nèi)觀系統(tǒng)的改造與維修
磁致伸縮液位計(jì)按地理位置分為A、B、C、D、E5個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，測(cè)點(diǎn)分散，系統(tǒng)龐大。為減少磁致伸縮液位計(jì)負(fù)荷，防止系統(tǒng)供電電源線和網(wǎng)線過(guò)長(zhǎng)而造成系統(tǒng)末端電壓過(guò)低和維護(hù)帶來(lái)的不方便，改善設(shè)備運(yùn)行條件，使布設(shè)合理、簡(jiǎn)潔，便于運(yùn)行維護(hù)。8#MCU、46#~58#MCU中所接儀器不再接入磁致伸縮液位計(jì)，采用人工觀測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)保留MCU及電源線、通信線、網(wǎng)線、手動(dòng)集線箱。
（1）對(duì)于MCU內(nèi)觀測(cè)儀器較少，而臨近MCU有足夠通道的，將2個(gè)測(cè)站合并；如將2185層重力墩45#MCU、2185層3#重力墩9#MCU所接內(nèi)觀儀器合并到2162m高程44#MCU中；將2087層左岸基礎(chǔ)部位22#MCU所接儀器合并到14#～15#壩段騎縫廊道20#MCU中；將2135m高程43#MCU所接儀器合并到2114層8#～9#壩段騎縫廊道25#MCU中。
（2）對(duì)于運(yùn)行環(huán)境（如環(huán)境很潮濕）很差的MCU進(jìn)行遷移；如：2114層1#機(jī)背管內(nèi)觀25#MCU及集線箱、保護(hù)箱整體遷移至高程2114層5#～6#壩段騎縫廊道內(nèi)，遷移距離10m，遷移儀器13支。2135層43#MCU采集單元遷移至高程2114層5～6壩段騎縫廊道內(nèi)，與遷移后的25#MCU采集單元進(jìn)行合并，遷移儀器支數(shù)6支，遷移距離70m。2087層10#MCU位于第二橫向基礎(chǔ)排水廊道，整體遷移到5～6騎縫干燥處，遷移距離25m。
3.2 磁致伸縮液位計(jì)運(yùn)行環(huán)境的改善
（1）將各垂線室的滲水、冷凝水統(tǒng)一引至垂線室排水溝，然后統(tǒng)一排至廊道排水溝，清理排水溝雜物，保證排水通暢。
（2）更換各垂線室門，觀測(cè)完畢后及時(shí)關(guān)門，防止竄風(fēng).
（3）垂線線體頂部擋物罩安裝。垂線觀測(cè)孔孔徑過(guò)大，為減小或消除因垂線孔內(nèi)掉出的雜物、滴水對(duì)垂線自動(dòng)化觀測(cè)的影響，在垂線室頂部安裝擋物罩，擋物罩上設(shè)排水管。
（4）墻面滲水處理4處。處理方法：用Φ70mmPVC管在墻面開槽引至室外，PVC管管箍、彎管連接處涂抹PVC膠粘結(jié)，滲水接引點(diǎn)處用水泥砂漿抹面。
（5）垂線室地面積水處理8處。處理方法：先對(duì)頂部裸露開挖面用M10砂漿回填，使洞壁面平整；頂部安裝引水槽引至室外；地面排水溝開鑿寬度為15cm，深度為15cm，用M10砂漿抹面，坡度5%，排水溝穿過(guò)墻體通向室外。
3.3 系統(tǒng)管理軟件升級(jí)
將系統(tǒng)采集和管理軟件更新為較新版本。新版本重點(diǎn)解決了公式編輯、自動(dòng)計(jì)算、計(jì)算速度、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)管理與運(yùn)用等問(wèn)題。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，大型水電站大壩觀測(cè)磁致伸縮液位計(jì)自2011年12月通過(guò)預(yù)驗(yàn)收投入試運(yùn)行，2013年9月完成試運(yùn)行通過(guò)竣工驗(yàn)收，運(yùn)行相較之前系統(tǒng)運(yùn)行情況，設(shè)備運(yùn)行良好，故障率明顯降低，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量提高，能準(zhǔn)確、及時(shí)、完整地采集大壩各方面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反映大壩運(yùn)行狀態(tài)。改造效果明顯，對(duì)大型水電站大壩安全監(jiān)測(cè)具有積極意義。
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