十三陵蓄能电厂上池水工建筑物自动监测系统设计

'第24卷第3期四　川　水　力　发　电Vol.24,No.32005年6月SichuanWaterPowerJun.,2005十三陵蓄能电厂上池水工建筑物自动监测系统设计12方卫华,　张邦全(11水利部南京水利水文自动化研究所,江苏南京　210098;21四川川投田湾河开发有限责任公司,四川成都　610015)摘　要:通过十三陵水库上池水工建筑物自动监测系统的设计,探讨了抽水蓄能电厂水工建筑物监测自动化系统设计应注意的问题,具体包括系统的兼容性、环境适应性、运行周期和准确性要求等。设计时应该考虑的因素和具体方案为类似工程提供了参考。关键词:十三陵抽水蓄能电厂;水工建筑物;监测自动化;设计;注意问题中图分类号:TV69811文献标识码:B文章编号:100122184(2005)0320057204　　十三陵抽水蓄能电厂位于北京市昌平区西压管40支则分布在上池四周。量水堰3个,分别北,是京、津电网重要的事故备用电厂,同时又在布置在主坝下游和廊道内。气象站监测包括雨量、电网中担负着重要的调峰作用。电厂最大水头差风向、风速、温度、气压、蒸发等监测项目,仪器包为481m,总装机容量800MW。工程为大(É)等括雨量计、风向计、风速计、温度计、气压计、蒸发工程,枢纽建筑物为É级建筑物,水库下游有八家器各一台。综上所述,本次自动化改造将实现监测村、凤山水泥综合矿铁路,库区西岸山下为北京国的仪器测点数量为516支(包括气象站中的6台际高尔夫球俱乐部及十三陵风景区,地理位置十仪器和电缆沟内散放的4支仪器)。分重要。同时,由于上池水工建筑物结构复杂、地2　自动监测系统的设计形地质条件较差、主坝坝基面倾向下游等因素的211　系统设计依据存在,因此,水工建筑物的安全监测就显得十分重系统设计依据大坝安全监测技术规范、上池要。根据十三陵蓄能电厂的具体情况,结合国家规监测设计及观测要求、《大坝安全自动监测系统设范,在施工期就已布置了大量的安全监测仪器。由备基本技术条件》(报批稿)、《土石坝安全监测资于仪器数量多、人工监测劳动强度大、资料同步性料整编规程》(SL169296)、《水电站大坝安全管理差、难以实现管理现代化等原因,迫切需要实现监办法》、《水电站大坝安全检查施行细则》及《水电测自动化。根据电厂要求,首先要实施上池的监测站大坝安全监测工作管理规定》等规程规范。自动化,然后再实施地下厂房和下库部分的水工212　系统设计要求建筑物监测自动化。十三陵电厂已被国家电力公司评为“一流水1　已有的监测设施和仪器力发电厂”,正在为争创国际一流电厂而努力,因本次自动化设计是针对已有监测仪器和设施此,管理水平和自动化程度非常重要。根据水工建的自动化改造。经过现场调研(包括对已埋设仪器筑物的特点,要求系统满足下列要求:和设施进行测试),将实施自动监测的仪器列于表(1)抽水蓄能电站抽水、发电频繁,系统应具1。此外,还有4支散放在电缆沟内的国产振弦式备巡测速度快、可处理系统全部监测仪器任意采仪器。集频次数据量的能力,与“无人值班,少人值守”相已引入上池值班室内的集线箱的仪器包括振适应。弦式仪器76支、TS位移计6支、12组3DM三(2)上池地处北方寒冷地区,实测极限最低气向测缝计36支、TS型测缝计3组9支。引入上池温为-19.6℃,最高气温为4011℃,冬季冻土厚周边电缆沟内的18台集线箱中的为差阻式仪器1～1.2m。因此,系统的测控装置需满足恶劣气317支。水管式沉降仪4套13点、引张线式水平候环境要求,能够在极端温度条件下正常工作。位移计2套6点,集中在主坝下游的观测房内,测(3)上池监测仪器数量多,系统规模大,并采收稿日期:200420122557 表1　上池自动监测测点仪器(传感器)统计表序号仪器名称类　型数　量厂　家测量方式备　注1孔隙水压力计双线圈弦式2支南自厂测频率、激振电压180V2孔隙水压力计单线圈弦式50支南科院测频率、激振电压160V已埋设3孔隙水压力计单线圈弦式6支Sinco测频率、激振电压5V4孔隙水压力计单线圈弦式40支(测压管)Geokon测频率、激振电压5V待安装5土压力计单线圈弦式5组15支南科院测频率6土压力计差动电阻式44支南自厂测电阻比、电阻7钢筋计差动电阻式121支南自厂测电阻比、电阻8测缝计差动电阻式57支南自厂测电阻比、电阻9应变计差动电阻式42支南自厂测电阻比、电阻10无应力计差动电阻式13支南自厂测电阻比、电阻12温度计差动电阻式17支南自厂测电阻比、电阻已埋设13锚索测力计差动电阻式南自厂半桥测量23支14锚索测力计差动电阻式南自厂全桥测量15测缝计弦式3支Geokon测频率16三向测缝计TS型滑动电阻式3×3支水文所测电压0～5V3DM2300型ö17三向测缝计12×3支南自院测电压可变电阻式18位移计TS型滑动电阻式6支水文所测电压0～5V19量水堰单线圈弦式3支Geoken测频率、激振电压5V待安装20水管式沉降仪YS型4套13点水文所水管式沉降仪控制装置(CJ26)配套自动监测仪器21引张线式水平位移计YS型2套6点水文所引张线式水平位移计控制装置(SW型)未安装22雨量计ZJD0151台23风向计FC221台24风速计FC211台水文所水文所待安装25温度计HBM1台26气压计DYM2121台27蒸发器FZZ21B1台用了8种类型的仪器和传感器:①差动电阻式仪留有人工观测的备用手段,且人工观测与自动化器;②滑动电阻式仪器;③可变电阻式仪器;④双观测互不干扰,以便对自动化系统进行定期校测线圈国产弦式仪器;⑤单线圈国产弦式仪器;⑥单和作为自动化系统发生故障时的备用观测手段。线圈进口弦式仪器;⑦水管式沉降仪;⑧引张线式213　总体设计水平位移计。21311　监测仪器和系统选型上述8类仪器的测量原理不同。同时,还需考为保证建成一个先进、可靠、实用、经济的自虑弦式仪器既有国外进口和国内生产之分,也有动化监测系统,在仪器和系统选型上进行了大量单线圈和双线圈之分,即使同是单线圈弦式仪器,的调研,并根据实际情况选择了进口GEOKON不同厂家仪器的激振电压也各不相同,因此,要求公司振弦式仪器用于实现已有测压管和量水堰的本系统应具有很高的兼容性。监测自动化;选择南京水利水文自动化研究所的(4)上池地处蟒山顶,雷击强度大、频次高,因电位器式配套仪器,用于实现水管式沉降仪和引此,监测系统需具备较强的防雷和抗干扰能力。张线式水平位移计的自动监测,见表1。监测系统(5)上池水工建筑物现有人工监测系统存在选择DG22000型分布式自动监测系统。位置分散、点多面广、信号传输距离远的情况,因21312　系统组成此,系统应具有有效的解决长电缆信号衰减问题十三陵水库上池水工建筑物自动监测系统由的能力。分布式数据采集系统和工程安全监控信息管理系(6)考虑到二期工程需实现厂房部分监测自统组成。上池水工建筑物自动监测系统作为一期动化,本系统还应具备可扩展性和可分期实施的工程是整个水工建筑物自动监测系统的一部分特点。(子系统),同时又在全厂水工建筑物监测系统中(7)对所有进行自动化改造的监测项目都须独立自成系统。子系统具有数据采集、信息管理等58 全部功能,同时能很方便地扩充和扩展,以保证和(4)系统防雷。本系统所处地理位置海拔高,将来厂房部分监测系统组成一个整体网络。系统雷击频繁,为增强系统可靠性,特为整个系统增设数据采集网络采用总线拓扑,即以中控装置作为了避雷针,使整个自动化系统都处于避雷针的保中央节点,用总线向外延伸,连接所有测控装置。护范围,从而避免了雷的打击。除上述措施外,在中控装置与监控主机连接构成局域网,通过电厂防雷方面,系统还考虑了以下措施:①系统长距离所提供的上池至地下厂房光纤通讯系统,连接地信号传输采用光缆,同时对所有暴露在外的电源下厂房信息管理主机和昌平终端,同时,系统具有电缆、信号电缆、通讯电缆均采用钢管保护,钢管与电厂MIS系统联网的接口和功能。之间以及钢管与所有经过测试接地电阻低(<521313　系统总体配置与布置8)的测压管之间采用焊接的方式进行连接。②采根据现场集线箱布置、测压管、量水堰和已有用集中供电,在系统的供电入口采用进口组合电观测房位置、仪器类型和数量等,为系统配置测量源防雷器、隔离变压器、UPS等隔离稳压防雷设控制装置、中央控制装置、相应软件以及配套设施备,以减少从电源线上的雷电感应;在电源引入测(包括隔离变压器、UPS等)和备品备件等。在进控装置处设置电源防雷器,在传感器接入测控装行测量控制装置配置时,既要保证测控装置容量置时采用继电器电路,在不测量时切断干扰入口,和现有观测房的充分利用,又要考虑到监测仪器以减少雷电感应对信号的干扰。③上池西外坡部(传感器)增加的可能性,以确保在一定位置的测分抗滑桩顶有结构钢筋头出露,存在引雷的可能控装置留有一定的测量通道余量。在设计中,根据性。在抗滑桩内埋有锚索测力计需接入自动监测十三陵电厂的具体情况,我们在以下方面作了有系统,为避免将来雷击对系统破坏的可能性,对于针对性的设计。外露钢筋头要切除,并用混凝土覆盖。④上池电缆(1)通讯方式。根据测控装置布置情况(有些沟作为系统及仪器电缆(光缆)通道和仪器安装位测控装置布置在同一个位置),采用以“光缆为主、置,需考虑防雷需要。由于上池电缆沟内的扁铁已电缆为辅、光缆和电缆相结合”的方式实现测控装经与上池周边的照明电线杆相连,存在引雷的可置与中央控制装置之间的通讯,以减少投资和施能性,故在上池仪器的安装过程中,注意了自动监工工作量。即在同一个位置的不同测控装置之间测系统与电缆沟内扁铁的相互绝缘。采用电缆通讯,相距较远的测控装置之间采用光214　自动监测系统的技术要求缆通讯,以提高系统的可靠性和防雷能力。21411　功能要求(2)系统运行方式。为方便管理,系统可直接(1)数据采集功能。包括对各类传感器的实测用中控装置进行操作运行,或由上池或地下厂房数据进行自动采集和对实测数据作出越限报警。监控主机控制中央控制装置操作运行,也可由昌系统应设置以下工作方式:巡回测量、选点测量、平基地水工部计算机或生技部水工专责计算机控选箱测量、人工测量。系统数据采集功能在实现上制中控装置操作运行。述四种常规方式的基础上,还应具备下述功能:①(3)系统的故障备用。考虑到系统设备元器必要时,系统运管人员可通过监控主机进行任意件、通讯线路等发生损坏和故障的可能性,为尽可测量,主要用于在特殊情况下可任意加密测次及能地减少故障造成数据的丢失,为此,采用下述措对重点监测部位实施任意频次的测量。②具备网施以保证资料的连续性:①中控装置发生故障时,络化测量功能。在配置必要的软件和硬件后,能够采用监控主机作为备用;②上池监控主机、地下厂在昌平基地有关领导、生技部、水工部和其他相关房监控主机互为备用;③数据总线故障或中央控部门的计算机终端上实施数据采集。制装置发生故障,各台测控装置能定期测量并储(2)数据存储和通讯功能。各测控装置能够暂存数据,等待笔记本电脑在各台测控装置处进行存采集数据,并且在断电情况下不丢失数据。测控采集;④测控装置发生故障时,可用便携式检测仪装置与中控装置之间、中控装置与监控主机(上池直接与测控装置上的仪器传感器引出接口连接进主机和地下厂房主机)、监控主机与昌平基地有关行测量并储存数据。领导和相关部门均应具备双向数据通讯能力。59 (3)操作功能。在上池及地下厂房监控主机或技术规范》(SDJ336289)及资料分析的需要。昌平基地的有关用户终端上可实现以下操作功(2)数据采集仪器类型。可同时实现以上所提能:①监视操作、输入ö输出、显示打印、报告现在及的全部各类监测仪器的自动监测。测值状态、调用历史数据、评估运行状态。②进行(3)数据采集周期。考虑到抽水蓄能电厂上池整个系统的管理:包括系统调度、过程信息文件的水位变化较快,变幅大,监测系统数据采集的时间形成、进库、通讯等。③利用键盘调度各级显示画间隔可根据需要自行设置,能满足《十三陵抽水蓄面及修改相应的参数等。④修改系统配置、进行系能电站工程初期蓄水和运行期安全监测技术要统测试、系统维护等。求》(北京勘测设计研究院1995204)。(4)数据管理功能。①在线监控:运用监测数(4)数据采集速度。为保证测值的实时性,根据、监控数学模型及有关监控指标对水工建筑的据水工建筑物形态及自变量(水位等)变化的频安全进行在线监控,对越限数据进行报警。②综合率,要求:①系统巡测一遍的时间不超过10min;信息管理:应用数据库文件对监测数据、图形、工②系统选测一点的时间不超过10s。程档案等各种信息进行综合管理。能够显示水工由于水管式沉降仪和引张线式位移计存在建筑物及监测系统总貌、各监测子系统概貌、监测“平衡”时间要求,为此,要求在测量时提前启动配布置图、测值过程线、监控图、报警状态窗口等,并套装置,尽可能地保证测值同步。设置相应的帮助系统。③离线分析和管理自动化:(5)系统可靠性要求。①硬件设备系统年平均用各种仪器的分析处理和制图软件,对监测数据故障率≤1次ö年(系统硬件年故障总数ö系统硬进行综合处理分析,通过建立数学模型,进行测值件数量)。②数据采集故障率≤1%(仪器因系统故预报、报表制作、图形制作等。障丢失数据ö年应测数据个数)。(5)远程控制及数据通讯功能。具有在十三陵3　结　语电厂昌平基地的有关用户终端或上池及地下厂房由于十三陵抽水蓄能电厂上池位置、地质条监控主机上,实现对上池测控装置进行远程或现件、运行工况和仪器类型等与一般水电站大坝不地控制的功能;也可实现上池、地下厂房监控主机同,因此,在自动监测系统设计时,应全面考虑到之间、监控主机与昌平基地有关用户终端之间的、具体实际情况,例如兼容性问题、防雷问题、低温传输数据及信息的通讯,并且能够按要求传输。环境下的适应性问题、测量周期问题、与下库、输(6)系统自检功能。系统具有自检能力,在中水系统监测子系统联网问题等。控装置、监控主机和昌平基地有关用户终端上显参考文献:示故障部位及类型,以便及时发现和维修。[1]方卫华1大坝安全自动监测仪器的选型[J]1红水河,2001,11(7)可扩充功能。系统具有广泛的兼容性和完全开放性结构,在系统设计时,测控装置容量已留作者简介:有一定冗余,以便接纳将来十三陵水库上池可能方卫华(19722),男,安徽安庆人,水利部南京水利水文自动化研增加的监测仪器。究所工程师,硕士,从事大坝安全监测自动化研究工作;张邦全(19712),男,四川达县人,四川川投田湾河开发有限责任21412　性能要求公司工程师,学士,在读硕士研究生,从事水电工程技术与(1)准确度。测量准确度满足《土石坝安全监管理工作1测技术规范》(SL60294)和《混凝土大坝安全监测(责任编辑:李燕辉)紫坪铺水利枢纽加快主体工程建设经过参建各方和全体建设者4年时间的艰苦努力,紫坪铺水利枢纽工程主体工程建设进度全面加快,为2005年安全度汛提供了保障。截止到3月底,完成工程投资511亿元,共完成土石方开挖37万m3、土石方填筑82万m3、混凝土浇筑11165万m3。溢洪道开挖全部完成,进口闸室段边墙混凝土浇筑完成。4条发电引水洞已开挖贯通;进水塔混凝土浇筑完成,门机、闸门、拦污栅已安装完成;钢管安装已完成1645m,已完成设计量的86%。发电厂房、副厂房及GIS楼土建工程基本完成,正在进行内、外装修。4号发电机安装已接近尾声,其余3台机组正按计划稳步实施。库区213国道及龙池公路淹没段改线工程路基施工全面完成,基本具备通车条件;库区初期蓄水位以下的清理和移民搬迁工作基本完成,库区验收工作正在进行中。(本刊编辑:李燕辉)60 第24卷第3期四　川　水　力　发　电Vol.24,No.32005年6月SichuanWaterPowerJun.,2005ABSTRACTConstructionofHydropowerProjectwithFriendlyEnvironmentGUOYong(SichuanInvestmentGroup,Chengdu,Sichuan,China,610055)Abstract:TianwanRiverisamediumsizedriverinShimianandKangdingcountiesinSichuanprovince,whichisthefirsttributaryontherightbankofDaduRiver.SichuanInvestmentGroupistheholdingcompanyandorganizesadevelopmentcorporation.Atthesametime,threecascadehydropowerstationsareconstructedontheriveraccordingtopattern“basin,whole,rapidandcomprehensive”.Therefore,manynewproblemsarosewithrespecttoprojectconstructionandmanagement.Tosolvetheseproblems,“FiveinOne”projectmanagementconceptisproposedtobediscussed.Keywords:hydropowerproject;construction;management;TianwanRiver;finehydropowerstation;“FiveinOne”conceptHighPressureJetGroutingDiaphragmWallinEarthandRockfillUpstreamCofferdamatLongtanHydropowerStationZHUDong(Chinese7thConstructionBureauofWaterConservancyandHydropowerEngineering,Pixian,Sichuan,China,611730)Abstract:Itiseffectivetoconstructadiaphragmwallinoriginaloverburdenorartificialembankmentwithhighpressurejetgroutingmethod.Especiallyintemporarycofferdamconstruction,thismethodiswidelyusedwithconvenientconstructionandlowcostandsuccessfullyappliedinconstructionofcofferdamatTaipingyiandFutanghydropowerstations.Aseriesofmethodsadoptedintheconstructionaresummarizedforreferencetosimilarprojects.Keywords:earthandrockfillcofferdam;diaphragmwall;highpressurejetgrouting;stratumApplicationofReplacementGroutinginXiaotianduHydropowerProjectDUPeng2xiaZHANGLin(CollegeofHydraulicEngineering,SichuanUniversity,Chengdu,Sichuan,China,610065)Abstract:Xiaotianduhydropowerstationislocatedinhighlyseismicregion.Therefore,itisimportanttotakemeasuresagainstliquefactionoffinesandlayersunderthedamfoundation.Finesandlayerssealing,vibratingpercussionandhighpressurejetgroutingmethodareadoptedusuallyinpracticetoimprovefinesandlayersstructureandpreventthemfrombeingliquefied.However,itisverydifficulttocarryouthighpressurejetgroutingandpiledrivingandvibratingpercussionisunabletobeputinpracticebecauseofabundantgroundwaterwithhighflowvelocityandhighwaterpressureatthedamsiteandhighcontentoflargesizedbouldersinriverbed.Fromtheconstructionexperienceoftheproject,replacementgroutingisfoundtotreatwithfinesandlayers,whichimprovesfinesandlayerstructurebyimprovingbearingcapacityofdamfoundationandpreventingfinesandlayersfrombeingliquefied.Keywords:replacementgrouting;finesandlayers;liquefaction;foundationtreatment;XiaotianduhydropowerstationRiskAnalysisonBlastingVibrationduringUndergroundCavernExcavationinTheSecondStageConstructionatOneHydropowerStationYINKunYANGXing2guoXIAOPei2wei(CollegeofHydraulicEngineering,SichuanUniversity,Chengdu,Sichuan,China,610065)Abstract:RiskAnalysisonvariationswhichaffectblastingvibrationeffectisconductedaccordingtooneundergroundcavernexcavationandblasting.ThefieldtestdatafromexcavationandblastingvibrationareusedtopredictriskvariationsandtheMonteCarte(MC)methodisadoptedtoestimatetheblastingvibrationrisk.Keywords:blastingvibration;prediction;riskanalysisDesignofAutomaticMonitoringSystemforHydraulicStructureinUpperReservoiratShisanlingPumpedStoragePowerPlant12FANGWei2huaZHANGBang2quan(1.NanjingWaterConservancyandHydrologyAutomationResearchInstitute,Nanjing,Jiangsu,China,210098);2.TianwanRiverDevelopmentCorporationofSichuanInvestmentGroup,Chengdu,Sichuan,China,610015)Abstract:IndesignofautomaticmonitoringsystemforhydraulicstructureinupperreservoiratShisanlingpumpedstoragepowerplant,problemsforattentionarediscussed,includingsystemcompatibility,environmentadaptability,operationperiodandaccuracy.Factorsandschemesconsideredinthedesignareprovidedforreferencetosimilarprojects.Keywords:Shisanlingpumpedstoragepowerplant;hydraulicstructures;automaticmonitoring;design;problemsforattentionCumulativeErrorCorrectionforBoreholeInclinometerLIDa2hong(MonitoringCenterofChengduHydroelectricInvestigationandDesignInstitute,CHECC,Chengdu,Sichuan,China,610072)Abstract:Boreholeinclinometerisakindofhighprecisionmonitoringinstrumentandiswidelyusedingeotechnicalobservation.However,duetocumulativeerror,thecumulativedeformationvaluesdiffergreatlyfromactualdeformationvalues,especiallyinshorttimeobservationresultswhicharenotinagreementwiththefacts.Generalruleforproducingerrorisfoundbystatisticalanalysisonobservationdata.Thecorrectedresultswillactuallyreflectrockdeformationcondition.Consequently,applicationconditionforboreholeinclinometercanbeenlargedandobservationresultsarequantifiedtobeclosetopracticalsituation.Keywords:boreholeinclinometer;monitoring;cumulativeerror;correction88'