滕世敏 崔何亮 張 猛
(國家能源局大壩安全監(jiān)察中心,浙江 杭州 311122)
安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)已在水電水利工程領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用,為進(jìn)一步掌握當(dāng)前大壩監(jiān)測系統(tǒng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)情況,了解監(jiān)測自動(dòng)化應(yīng)用中存在的問題,采用問卷調(diào)查和數(shù)據(jù)分析等方式,對(duì)35座大壩的有關(guān)情況進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)查分析的內(nèi)容包括大壩監(jiān)測系統(tǒng)自動(dòng)化接入范圍、監(jiān)測自動(dòng)化設(shè)施的類型、儀器設(shè)備的運(yùn)行效果、人工比測工作開展等各方面情況和存在問題。
本次調(diào)研的35座大壩,電力系統(tǒng)的有34座,水利系統(tǒng)的有1座,主要分布于華南、華中和西部地區(qū);壩型主要包括混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩、混凝土拱壩;壩高在100 m以下的有7座,在100 m~200 m的有22座,在200 m以上的有6座;庫容在1億m3以內(nèi)的有2座,在1億m3~10億m3的有11座,庫容在10億m3~100億m3的有18座,庫容在100億m3以上的有4座;首次蓄水時(shí)間在2000年以前的有17座,在2000年以后的有18座。
本次調(diào)研,對(duì)35座大壩的自動(dòng)化監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)行了細(xì)分,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1,分析可知:
1)壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測的重要性高、自動(dòng)化監(jiān)測實(shí)施較簡單,因此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的比例最高,達(dá)到97%。
2)壩體水平位移的自動(dòng)化比例也較高,為91%,相比之下,壩體垂直位移的自動(dòng)化程度則僅有63%。其主要原因有兩方面:一是從自動(dòng)化系統(tǒng)角度,相比垂直位移監(jiān)測,水平位移可選儀器設(shè)備多、運(yùn)行可靠性和維護(hù)難易度相對(duì)也較好;二是從人工觀測角度,垂直位移(主要是水準(zhǔn))的監(jiān)測難度較小,精度也更容易得到控制。
3)滲流量和繞壩滲流的自動(dòng)化監(jiān)測比例均在70%左右,總體不高。
目前大壩安全監(jiān)測領(lǐng)域中,較常見的自動(dòng)化設(shè)備廠家(型號(hào))主要有國網(wǎng)電力科學(xué)研究院(DAMS-IV)、南京水利水文自動(dòng)化研究所(DG-2000)、國電南自(FWC2000)、北京/西安木聯(lián)能工程科技有限公司(LN1018II)、北京基康儀器有限公司(BGK-MICRO)、東北勘測設(shè)計(jì)研究院、長春市朝陽監(jiān)測技術(shù)有限公司、湖南遠(yuǎn)程電子有限公司等。本次調(diào)研的35座大壩中,建設(shè)采用的監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)最多的是國網(wǎng)電科院的DAMS,有26家(76%)使用該系統(tǒng);采用其他廠家的有9家。
調(diào)研對(duì)象大壩接入自動(dòng)化系統(tǒng)的儀器數(shù)量、現(xiàn)場監(jiān)測站和監(jiān)測管理站、監(jiān)測管理中心站數(shù)量等統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:
2.4 CT掃描輻射劑量 所有病例單次低劑量CT掃描層數(shù)為7-15層,其影像質(zhì)量與常規(guī)劑量CT影像對(duì)比差異不大,能夠滿足穿刺定位要求。單次容積掃描CT劑量:容積CT質(zhì)量指數(shù)(CTDI vol)4.09-8.06mGy,長度乘積(DLP)20.75-80.33mGy/cm;總有效劑量(Total Exam DLP):62.25-240.99mGy,與常規(guī)120mA掃描參數(shù)相比,每次掃描輻射降低幅度達(dá)41.7%-58.3%。
1)各座大壩的監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)均布置有1個(gè)監(jiān)測管理中心站。
2)多數(shù)大壩監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)未設(shè)置監(jiān)測管理站,僅個(gè)別電廠設(shè)有監(jiān)測管理站。從功能上看,監(jiān)測管理站主要作用是接收數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換、按規(guī)定的格式統(tǒng)一存放在數(shù)據(jù)庫中,并接收監(jiān)測管理中心站上位機(jī)的相關(guān)指令及對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置下達(dá)控制指令,與監(jiān)測管理中心站功能有所重復(fù);而目前的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已經(jīng)能夠滿足監(jiān)測管理中心站直接接受、管理數(shù)據(jù)采集裝置,因此多數(shù)電廠不設(shè)監(jiān)測管理站。
3)現(xiàn)場監(jiān)測站數(shù)量與工程規(guī)模有關(guān),大多數(shù)大壩的現(xiàn)場監(jiān)測站在30個(gè)以下,最多的達(dá)到了100個(gè)。
4)大多數(shù)大壩使用的自動(dòng)化模塊數(shù)量在100個(gè)以內(nèi),但最多的達(dá)到了687個(gè)模塊。
5)絕大多數(shù)大壩接入自動(dòng)化系統(tǒng)的儀器數(shù)量在101支~2 000支之間,最多的達(dá)到8 360支。
調(diào)研的35座大壩中,所有大壩都使用了振弦式傳感器,30座使用了差阻式的傳感器。使用電容式、光電式儀器的各有約20座,此外還有少數(shù)大壩使用電位器式、變送器電流/電壓式等儀器。
本次調(diào)研,共有15座調(diào)研對(duì)象大壩反饋了自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行考核指標(biāo)計(jì)算成果,年平均無故障時(shí)間(MTBF)、數(shù)據(jù)缺失率、平均維修時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表1和圖2,結(jié)果表明:
1)所有大壩的監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)年平均無故障時(shí)間均大于規(guī)范要求的6 300 h,其中大多超過8 000 h,說明多數(shù)大壩維護(hù)較好;
2)除1座大壩因數(shù)據(jù)傳輸線路老化等原因,數(shù)據(jù)缺失率較高外,其他大壩均小于規(guī)范要求的3%;
3)規(guī)范要求的平均維修時(shí)間為2 h,指的是現(xiàn)場維修工作的時(shí)間,但從反饋的數(shù)據(jù)看,各電廠可能理解為了發(fā)生故障到修復(fù)的時(shí)間,除龍開口0.5 h、百龍灘5 h外,其他均填的12 h,24 h,36 h,48 h等,基本是按0.5 d或1 d為單位。從運(yùn)用上考慮,發(fā)生故障到修復(fù)的時(shí)間更能反映自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)情況,以此作為平均維修時(shí)間更加合理;
4)由圖2可見,平均無故障運(yùn)行時(shí)間和數(shù)據(jù)缺失率無明顯的相關(guān)性,作為獨(dú)立的考核指標(biāo)是合適的。
表1 自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行考核指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表
選擇垂線坐標(biāo)儀、引張線儀、真空激光儀、靜力水準(zhǔn)儀、雙金屬標(biāo)儀、量水堰儀、采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)作為儀器故障調(diào)研的對(duì)象,各類儀器設(shè)備的故障條數(shù)、類型的統(tǒng)計(jì)見表2,表3,分析可知:
1)各類儀器的故障既有儀器本身的原因,也有維護(hù)不到位的原因,兩種原因數(shù)量接近,儀器原因略多于維護(hù)原因;
2)從不同監(jiān)測目的的儀器來看,垂線坐標(biāo)儀因維護(hù)原因造成的故障條數(shù)有16條,維護(hù)保養(yǎng)不到位的問題比較突出,其中9條為潮濕環(huán)境影響,而引張線和靜力水準(zhǔn)儀因裝置原因損壞造成的故障相對(duì)較多;
3)電容式設(shè)備的問題中,關(guān)于中間極損壞的故障有14條,在儀器原因的故障中相對(duì)較多;
4)采集系統(tǒng)的故障主要是模塊損壞,采集模塊由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,各種組件多,容易發(fā)生故障。
表2 自動(dòng)化測量裝置故障統(tǒng)計(jì)表
表3 自動(dòng)化采集和通信設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)表
對(duì)自動(dòng)化儀器設(shè)備進(jìn)行人工比測時(shí),一般分為三種方式:一是利用“人工設(shè)備”,諸如引張線的人工讀數(shù)尺、垂線的讀數(shù)盤或光學(xué)垂線坐標(biāo)儀等;二是采用“比測儀表”,如差阻式、振弦式儀器的讀數(shù)儀;三是“其他監(jiān)測方法”,如通過視準(zhǔn)線對(duì)垂線進(jìn)行校測、人工引張線對(duì)真空激光進(jìn)行校測等方式。根據(jù)本次35座大壩的調(diào)查結(jié)果,單獨(dú)或結(jié)合采用了人工設(shè)備的有29座,比測儀表的有20座,其他監(jiān)測方法進(jìn)行對(duì)比的有10座。
另據(jù)統(tǒng)計(jì),在對(duì)自動(dòng)化的測控單元進(jìn)行比測時(shí),采用便攜式檢測儀表的有24座(69%),采用便攜式計(jì)算機(jī)的有18座(51%)。有10座電站(29%)反饋,在人工比測時(shí),需要插拔傳感器的接頭,給人工比測帶來不便。
絕大多數(shù)被調(diào)研的電站,都對(duì)人工數(shù)據(jù)和自動(dòng)化測值進(jìn)行了對(duì)比分析。從比測分析的方法看:有27座(77%)采用的是“過程線定性判斷”,其中10座還同時(shí)采用了“限差或方差分析”;有4座僅采用了限差或方差的定量分析方法;4座未分析或未填寫。
根據(jù)本次調(diào)研的結(jié)果,為進(jìn)一步優(yōu)化大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),提升自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果,提出以下建議:
1)隨著自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的演變和電腦軟硬件性能的提升,監(jiān)測管理站和監(jiān)測管理中心站的界限越來越模糊,建議取消監(jiān)測管理站和監(jiān)測管理中心站,如合成為監(jiān)測管理站。
2)規(guī)范要求的平均維修時(shí)間為2 h,指的是現(xiàn)場維修工作的時(shí)間,不能反映由此導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失情況,建議在新規(guī)范中,規(guī)定以發(fā)生故障到修復(fù)的時(shí)間作為平均維修時(shí)間。
3)維護(hù)不到位屬于監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)故障問題中比較普遍的問題,因此加強(qiáng)《監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》的宣貫,提高電廠運(yùn)維人員的培訓(xùn),以及促進(jìn)電廠提高維護(hù)的意識(shí)和水平均很有必要。
4)儀器設(shè)備的問題中,電容式儀器中間極損壞的問題較為突出,廠家宜針對(duì)這一問題提出解決方案;人工比測比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力,廠家也需對(duì)此作出專門的改進(jìn)。