龍灘水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設計及施工

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)測自動化系統(tǒng)的設計及施工

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)

詳細介紹了龍灘水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的布置設計、組織架構、設備選型、接引施工、安裝調試、數(shù)據的導入與處理等成功經驗。實踐證明,該自動化系統(tǒng)運行穩(wěn)定、測讀迅速、與人工比測符合性良好。

安全監(jiān)測；自動化系統(tǒng)；設計；施工；龍灘水電站

1 工程概況

龍灘水電站監(jiān)測項目種類齊全,包括環(huán)境量監(jiān)測、變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、應力應變及溫度監(jiān)測、強震監(jiān)測、水力學監(jiān)測等。為代替和減輕人工觀測工作,通過自動化的功能以及時準確的收集大壩內監(jiān)測儀器所獲得的大壩內的監(jiān)測信息,實時掌握大壩運行狀況,在充分借鑒監(jiān)測自動化系統(tǒng)技術發(fā)展的先進經驗,組織了龍灘安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設計和施工,建成系統(tǒng)指標先進、運行可靠。

安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)分為混凝土大壩及右岸導流洞子系統(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、進水口壩段、通航壩段(包括基礎灌漿廊道與基礎排水廊道)及轉彎壩段等建筑物的觀測儀器及設備組成。

2 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設計

龍灘水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設計接入儀器數(shù)量1 581支,其中混凝土大壩及右岸導流洞子系統(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)測自動化系統(tǒng)由各種類型傳感器、測量控制單元(MCU)、數(shù)據傳輸線路和中央控制室組成。傳感器包括測縫計、滲壓計、應力應變計、鋼筋計等；測量控制單元(MCU)設在大壩、左右岸邊坡及左岸地下輸水發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測測站內,用于對各種傳感器進行數(shù)據采集和存儲并與中央控制室計算機發(fā)送指令和數(shù)據傳輸,實現(xiàn)實時監(jiān)測。

整個系統(tǒng)采用基康公司的安全監(jiān)測自動化系統(tǒng),數(shù)據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)由各測站數(shù)據采集單元DAU(集線箱)、供電網絡、通訊網絡、監(jiān)測設備管理站及監(jiān)測中心站組成。

整個現(xiàn)場網絡采用RS485及光纜通信,自動化系統(tǒng)數(shù)采集單元所采集的數(shù)據經RS485傳輸并放大后轉換為光信號,經光纖傳送至位于龍灘電廠中控樓監(jiān)測管理站內的自化系統(tǒng)數(shù)據采集/管理計算機；通過龍灘電廠中控樓與塘英基地之間的局域網將采集計算機中的數(shù)據備份至安裝于塘英基地的監(jiān)測中心站內的備份服務器。

為了保證安全監(jiān)測自動化穩(wěn)定、可靠的運行,方便系統(tǒng)的管理、現(xiàn)場線路的敷設、后期的維護保養(yǎng)等工作的開展,安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用分布式、多級連接的網絡結構形式設計組網如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構拓撲示意

混凝土大壩監(jiān)測自動化子系統(tǒng)(A子系統(tǒng))共計設置21個現(xiàn)場監(jiān)測站、左岸地下輸水發(fā)電監(jiān)測自動化子系統(tǒng)(地下廠房子系統(tǒng))共計設置21個監(jiān)測站、左岸高邊坡監(jiān)測自動化子系統(tǒng)(左岸邊坡子系統(tǒng))共設置9個現(xiàn)場監(jiān)測站。

自動化系統(tǒng)數(shù)據管理站主要分為自動化設備站及中心站兩個站,其中自動化系統(tǒng)設備站位于于龍灘電廠中控樓三樓自動化系統(tǒng)機房,中心站位于龍灘電廠塘英基地機房。

考慮到地下廠房、大壩廊道環(huán)境潮濕,摒棄了傳統(tǒng)設計的鍍鋅機柜,自動化設備選用不銹鋼機柜。

以往設計的供電電源多采用普通電纜,從安全角度考慮,本自動化系統(tǒng)改用阻燃電纜(芯數(shù)×標稱截面：2芯×4 mm2),結構形式為圓形壓緊(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)測自動化系統(tǒng)施工

3.1 設備采購及安裝調試

安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設備采購及安裝調試工程工作內容：

(1)工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設備(包括備品備件)的采購、出廠前檢驗測試、包裝運輸、到貨驗收、保管、安裝前的檢驗及測試等,系統(tǒng)監(jiān)測儀器電(光)纜敷設、系統(tǒng)軟件安裝調試。監(jiān)測數(shù)據庫建立、人工比測(配合)、驗收及相關服務等。

(2)對接入系統(tǒng)的監(jiān)測儀器進行全面測試和鑒定。

(3)對監(jiān)測設施進行自動化建設,所需要的儀器設備的采購、檢驗率定、電纜敷設以及接入安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)等所需的相關工作。

3.2 施工程序

自動化系統(tǒng)設備站及中心站的設備根據合同及設計要求報批采購到場后,對所有設備進行組裝即完成設備站及中心站的設備安裝工作。軟件安裝主要為安裝自動化系統(tǒng)采集軟件BGKDataLogger.net及大壩中心軟件iDam并進行相應的數(shù)據錄入工作。

3個監(jiān)測自動化子系統(tǒng)施工程序椐據自動化系統(tǒng)所需安裝的儀器設備不同而大同小異,以大壩子系統(tǒng)內監(jiān)測自動化系統(tǒng)的施工為例,其施工程序如下：

(1)分層分廊道進行自動化系統(tǒng)光纜及電纜安裝。

(2)根據每個測站須接入的儀器數(shù)量,安裝滿足儀器接入數(shù)量的自動化系統(tǒng)集線箱(數(shù)據采集箱)。

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

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

(5)接入大壩內的監(jiān)測儀器并對接入的儀器掛標志牌。

(6)安裝管理站和中心站的工控機及自動化數(shù)據采集軟件

(7)對整個系統(tǒng)進行調試并進行數(shù)據采集。

圖2 數(shù)據處理系統(tǒng)結構

3.3 施工重點

(1)電源線及信號線的敷設。目前電源電纜及數(shù)據信號傳輸?shù)墓饫|的產品已成熟,產品的參數(shù)及性能按照國家相關規(guī)范制造都能滿足現(xiàn)場施工要求。水電工程潮濕、陰暗復雜的環(huán)境影響到安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的電源電纜及數(shù)據信號傳輸光纜的敷設方式,電纜及光纜采用Ф25 mm的PVC管或鍍鋅鋼管進行穿管保護,并利用現(xiàn)場機電橋架(廊道內)、塑料膨脹螺栓帶線卡(廊道內)或者通過鋼膨脹螺栓(邊坡)進行固定,并規(guī)劃為橫平豎直,整齊美觀。

(2)光纖的熔接及信號的放大。按照規(guī)范的要求對安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的數(shù)據限號傳輸光纜采用熔接套裝,對光纖進行現(xiàn)場熔接。為了保證數(shù)據的正常、有效的傳輸,在水電工程陰暗、潮濕、震動、電輻射、電磁感應等復雜的條件下,需要采用減震、防潮、屏蔽等措施,比如現(xiàn)場重點考慮水輪機層電器設備產生的震動影響、排水廊道滲水的影響等。

4 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的數(shù)據處理

安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實際接入儀器1 449個測點，其中,混凝土大壩及導流洞子系統(tǒng)810個測點；左岸地下輸水發(fā)電系統(tǒng)子系統(tǒng)469個測點；左岸高邊坡子系統(tǒng)170個測點。數(shù)據處理系統(tǒng)采用基康公司BGKLogger.NET信息管理系統(tǒng),其結構如圖2所示。

4.1 測點的管理

(1)測點必須在監(jiān)測項目或者測點分組下。

(2)測點分組必須在監(jiān)測項目下。

(3)創(chuàng)建測點前,必須創(chuàng)建并選擇相應的監(jiān)測項目或測點分組。

(4)同一個監(jiān)測項目或測點組內測點名稱不能重復。

(5)不同歸屬的測點可重名。

4.2 數(shù)據的錄入

安全監(jiān)測儀器的數(shù)據可以通過人工錄入原始數(shù)據、Excel數(shù)據導入、自動化系統(tǒng)數(shù)據直接導入等方式進行安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。

4.3 資料整編

在安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)中通過選擇資料整編模板、設置整編工程部位及數(shù)據范圍、自動生成自動化系統(tǒng)監(jiān)測整編報告、進行整編報告的逐項審核等工作進行安全監(jiān)測資料的整編。

5 結語以及建議

龍灘水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)于2016年3月全部調試實施完成,并且部分測站已運行了一段時間,所有自動化系統(tǒng)開始進行試運行階段,通過試運行過程中的不斷調試、故障的及時發(fā)現(xiàn)與排除,為掌握工程的實際運行形態(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,至今已經順利運行1年多時間,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,降低了勞動強度。同時由于系統(tǒng)全自動采集數(shù)據和處理監(jiān)測數(shù)據,降低了工作人員的勞動強度,杜絕人為誤差。另外,監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據庫與大壩中心數(shù)據庫對接,監(jiān)測數(shù)據處理后自動傳輸至大壩中心,保證大壩中心隨時掌控大壩安全運行狀態(tài),能直接、快速的對大壩安全問題進行診斷。

本系統(tǒng)在充分借鑒國內監(jiān)測自動化系統(tǒng)技術發(fā)展的先進經驗,并結合龍灘安全監(jiān)測系統(tǒng)的特點,進行了科學合理的設計和施工方案的優(yōu)化,建成系統(tǒng)指標先進、運行可靠。系統(tǒng)在國內已有的技術基礎上,進行了性能改進和調整,給其他流域發(fā)電公司大壩安全監(jiān)測提供了技術參考,并方便了各級主管單位領導利用計算機網絡能方便的看到電站的大壩安全運行狀態(tài),保證安全生產。

[1]陳宏偉. 彭水水電站樞紐工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設[C]∥2013年中國水力發(fā)電工程學會大壩安全監(jiān)測專委會年會暨大壩安全評價技術交流會論文集, 2013: 479- 484．

[2]韓笑, 李強. 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造施工中關鍵問題的討論[C]∥2013年中國水力發(fā)電工程學會大壩安全監(jiān)測專委會年會暨大壩安全評價技術交流會論文集, 2013: 461- 467．

[3]梁志海, 梁若霖. 觀測自動化在水豐水電站主壩上的應用[C]∥2013年中國水力發(fā)電工程學會大壩安全監(jiān)測專委會年會暨大壩安全評價技術交流會論文集, 2013: 485- 490．

(責任編輯 高 瑜)

《脫貧攻堅能源政策研究報告》成果已報送國家能源局

經征求國家能源局發(fā)展規(guī)劃司意見，根據課題研究合同規(guī)定，水電水利規(guī)劃設計總院承擔的《脫貧攻堅能源政策研究報告》成果2016末已報送國家能源局。

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

水電水利規(guī)劃設計總院在能源行業(yè)的水電、新能源等方面是強項，但對煤汽油等能源是弱項，而且對扶貧領域也相對陌生。課題組克服時間緊、任務重、領域新等困難，發(fā)揚不畏艱難、連續(xù)作戰(zhàn)的優(yōu)良作風，充分發(fā)揮水電新能源專業(yè)的傳統(tǒng)優(yōu)勢、惡補扶貧領域短板，通過查詢分析已有資料、主動拜訪收集信息、信函征集意見建議、專家團隊集體研討等多種形式，開展分析研究和報告撰寫工作。

課題組根據國家對脫貧攻堅的目標要求，結合當前能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃的新形勢、新要求，通過對能源資源開發(fā)、設施建設、經營管理、效益分配等方面進行了分析研究，探討了能源行業(yè)幫助實現(xiàn)脫貧攻堅的路徑，提出了具體的能源扶貧措施建議，編制形成了《脫貧攻堅能源政策研究報告》。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，得到了國務院扶貧辦開發(fā)指導司、能源局發(fā)展規(guī)劃司等有關領導和專家的充分肯定，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、中國華能集團公司等地方政府、能源主管部門、項目法人單位共計14家單位領導、專家的意見和建議。成果內容設置為8章，共計5萬余字。研究認為，借力能源項目可以在扶貧領域有所作為，主要集中在水電、光伏、農村電網改造升級工程等項目，可在留存電量、發(fā)電量、上網電量、電價等方面出臺相關鼓勵政策，在資產收益、有關稅費分配使用方面可進行探索試點，但同時也需要主管部門對能源扶貧政策進行督查落實，對實施過程中已暴露出的問題進行全面系統(tǒng)性地回顧總結。

(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度及電廠基建工作．

TM621.6(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0085- 04