國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)儀器鑒定

李云友，李端有,2,3，胡蕾,2,3

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院工程安全與災(zāi)害防治研究所，湖北武漢，430010；2.水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢，430010；3.國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心，湖北武漢，430010）

0 引言

為了保證大壩安全，實(shí)時(shí)監(jiān)控大壩運(yùn)行狀態(tài)，需對(duì)大壩進(jìn)行全面的安全監(jiān)測(cè)和檢查?，F(xiàn)今一系列型譜齊全、性能穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)儀器基本可滿足安全監(jiān)測(cè)的各類需求[1]。鑒于大壩等水工建筑物設(shè)計(jì)使用年限較長(zhǎng)、工作條件復(fù)雜等原因，安全監(jiān)測(cè)儀器可能出現(xiàn)觀測(cè)誤差增加甚至損壞失效，進(jìn)而影響對(duì)大壩運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估，因此需定期對(duì)各類監(jiān)測(cè)儀器的可靠性進(jìn)行鑒定。

監(jiān)測(cè)儀器的鑒定工作一直是國(guó)內(nèi)學(xué)者探究的方向之一。王為勝[2]、趙花城[3]解釋了差動(dòng)電阻式儀器鑒定過程中主要技術(shù)指標(biāo)的取舍及其參數(shù)閾值的確定依據(jù)。金國(guó)光[4]提出差動(dòng)電阻式應(yīng)變計(jì)的鑒定應(yīng)包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、長(zhǎng)期觀測(cè)資料分析及對(duì)兩者的綜合評(píng)價(jià)。鄧檢華[5]按照不同接線儀器分別提出了不同的鑒定項(xiàng)目。賈萬波[6]提出了基于頻域分析的鋼弦式儀器鑒定方法。

參考DL/T1254-2013《差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》[7]、DL/T1271-2013《鋼弦式監(jiān)測(cè)儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》[8]和SL766-2018《大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鑒定技術(shù)規(guī)范》[9]，對(duì)國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站的差動(dòng)電阻式、鋼弦式儀器及水管式沉降儀[10]進(jìn)行鑒定。

1 安全監(jiān)測(cè)儀器鑒定方法

儀器鑒定除了現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)以外，還需對(duì)儀器的歷史測(cè)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果及歷史測(cè)值評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)儀器性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最后，對(duì)所有監(jiān)測(cè)儀器的可靠性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理?？煽康谋O(jiān)測(cè)儀器應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；基本可靠的監(jiān)測(cè)儀器可繼續(xù)監(jiān)測(cè)，應(yīng)在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步評(píng)價(jià)其可靠性；不可靠的監(jiān)測(cè)儀器可按有關(guān)管理制度流程或標(biāo)準(zhǔn)[11]停測(cè)、封存或報(bào)廢。

歷史測(cè)值評(píng)價(jià)主要以測(cè)值過程線分析為主，采用測(cè)值合理性與規(guī)律性分析的方法，結(jié)合基本資料和維護(hù)資料，檢查監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)是否正常，歷史測(cè)值評(píng)價(jià)分三個(gè)等級(jí)：可靠、基本可靠和不可靠[9]。

現(xiàn)場(chǎng)工作包括現(xiàn)場(chǎng)檢查、測(cè)試、評(píng)價(jià)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查主要是對(duì)觀測(cè)房或集線箱環(huán)境及儀器線纜等外觀條件的檢查，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用經(jīng)計(jì)量院檢定或校準(zhǔn)合格且在有效期內(nèi)的南瑞SQ-2A數(shù)字式電橋、基康GK-403鋼弦式讀數(shù)儀、兆歐表、萬用表等對(duì)相應(yīng)儀器進(jìn)行測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)檢查、測(cè)試、評(píng)價(jià)結(jié)果分為可靠、基本可靠和不可靠三個(gè)等級(jí)。

綜合評(píng)價(jià)即根據(jù)歷史測(cè)值評(píng)價(jià)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)檢查、測(cè)試、評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)儀器工作狀態(tài)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按以下三個(gè)等級(jí)進(jìn)行分類：（1）可靠：歷史測(cè)值評(píng)價(jià)結(jié)果為可靠或基本可靠，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果為可靠。（2）基本可靠：歷史測(cè)值評(píng)價(jià)結(jié)果為可靠或基本可靠，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果為基本可靠。（3）不可靠：歷史測(cè)值評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)檢查、測(cè)試、評(píng)價(jià)結(jié)果中任一項(xiàng)為不可靠。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某抽水蓄能電站為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房、下水庫(kù)、地面開關(guān)站等建筑物組成。電站裝有4臺(tái)250 MW可逆式發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量13.382億kWh。

對(duì)該電站接入自動(dòng)化的488支差動(dòng)電阻式儀器、536支鋼弦式儀器及35支水管式沉降儀，嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范做了儀器鑒定工作，并從每類儀器中各選取3支儀器為代表進(jìn)行詳細(xì)展開。

2.2 鑒定準(zhǔn)備工作

鑒定開始前，收集了待鑒定儀器的埋設(shè)基本資料、歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。對(duì)待鑒定儀器的安裝、埋設(shè)等基本信息做了基本了解，整理待鑒定儀器的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以便進(jìn)行歷史測(cè)值評(píng)價(jià)，并準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)用于記錄的表格。

準(zhǔn)備本次鑒定所需的相應(yīng)測(cè)試儀表，所有測(cè)試儀表均經(jīng)計(jì)量院檢定或校準(zhǔn)合格且在有效期內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試開始前，用電橋率定器和信號(hào)發(fā)生器對(duì)鑒定所用的數(shù)字電橋和鋼弦式讀數(shù)儀進(jìn)行了二次校驗(yàn)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 SQ-2A數(shù)字電橋準(zhǔn)確性校驗(yàn)表Table 1 Accuracy checklist for the SQ-2A digital electric bridge

表2 GK-403鋼弦式讀數(shù)儀準(zhǔn)確性校驗(yàn)表Table 2 Accuracy checklist for the GK-403 vibrating wire reading meter

2.3 差動(dòng)電阻式儀器鑒定

488支差動(dòng)電阻式儀器鑒定結(jié)果為：可靠?jī)x器196支，占40.2%；基本可靠?jī)x器170支，占34.8%；不可靠?jī)x器122支，占25%。本研究選取的3支差動(dòng)電阻式儀器分別為布置在巖壁吊車梁部位的測(cè)縫計(jì)Jy1和鋼筋計(jì)Ry2，以及布置在2號(hào)尾水調(diào)壓室部位的無應(yīng)力計(jì)Nwt2-1。

2.3.1 歷史測(cè)值評(píng)價(jià)

圖1為測(cè)縫計(jì)Jy1測(cè)值過程線，電阻比測(cè)值雖有部分小幅跳動(dòng)，但整體呈現(xiàn)出與電阻值負(fù)相關(guān)的關(guān)系，變化區(qū)間也在合理范圍內(nèi)，歷史測(cè)值評(píng)價(jià)結(jié)果為可靠；圖2為無應(yīng)力計(jì)Nwt2-1測(cè)值過程線，電阻比與電阻值呈正相關(guān)關(guān)系，突變值較少，評(píng)價(jià)結(jié)果為可靠；圖3為鋼筋計(jì)Ry2測(cè)值過程線，電阻比與電阻值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但過程線有較多突變值，故評(píng)價(jià)結(jié)果為基本可靠。

圖1 測(cè)縫計(jì)Jy1歷史測(cè)值過程線Fig.1 Measured values from the joint meter Jy1

圖2 無應(yīng)力計(jì)Nwt2-1歷史測(cè)值過程線Fig.2 Measured values from the non-stress meter Nwt2-1

圖3 鋼筋計(jì)Ry2歷史測(cè)值過程線Fig.3 Measured values from the steel bar meter Ry 2

2.3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7]，五芯連接儀器與四芯連接儀器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)評(píng)價(jià)略有不同：五芯連接儀器電阻比測(cè)試采用電阻比極差一項(xiàng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，四芯連接儀器電阻比測(cè)試采用電阻比極差和正反測(cè)電阻比相關(guān)參數(shù)（ ||Zt-N）兩項(xiàng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中Zt為正測(cè)電阻比Z和反測(cè)電阻比Z‘之和，N=20000+M2，M=（10000-Z）/100。

3支四芯連接差動(dòng)電阻式儀器的現(xiàn)場(chǎng)檢查評(píng)價(jià)結(jié)果均為合格，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。測(cè)縫計(jì)Jy1電阻比極差小于3， ||Zt-N小于5，電阻比評(píng)價(jià)為合格；電阻值極差小于0.05 Ω，電阻值評(píng)價(jià)為合格；絕緣電阻大于0.1 MΩ，絕緣電阻評(píng)價(jià)為合格。綜上，測(cè)縫計(jì)Jy1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為可靠。無應(yīng)力計(jì)Nwt2-1電阻比和電阻值評(píng)價(jià)均合格，絕緣電阻小于0.1 MΩ，評(píng)價(jià)為不合格，因此其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為基本合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為基本可靠。鋼筋計(jì)Ry2電阻比、電阻值和絕緣電阻三項(xiàng)測(cè)試均不合格，因此其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為不合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為不可靠。

表3 差動(dòng)電阻式儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 3 Data from on-site test of differential resistance instrument

2.3.3 綜合評(píng)價(jià)

綜上，測(cè)縫計(jì)Jy1歷史測(cè)值評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)均為可靠；無應(yīng)力計(jì)Nwt2-1歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為可靠，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為基本可靠；鋼筋計(jì)Ry2歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為基本可靠，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為不可靠。參照綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)縫計(jì)Jy1綜合評(píng)價(jià)為可靠，無應(yīng)力計(jì)Nwt2-1綜合評(píng)價(jià)為基本可靠，鋼筋計(jì)Ry2綜合評(píng)價(jià)為不可靠，評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。鋼筋計(jì)Ry2可作報(bào)廢處理，其余兩支儀器可繼續(xù)觀測(cè)。

表4 差動(dòng)電阻式儀器綜合評(píng)價(jià)表Table 4 Comprehensive evaluation of differential resistance instrument

2.4 鋼弦式儀器鑒定

536支鋼弦式儀器鑒定結(jié)果為：可靠?jī)x器94支，占17.5%；基本可靠?jī)x器317支，占59.2%；不可靠?jī)x器125支，占23.3%。本研究選取的3支鋼弦式儀器分別為埋設(shè)在主變室監(jiān)測(cè)斷面的多點(diǎn)位移計(jì)M10-3、輸水系統(tǒng)1號(hào)岔管部位的滲壓計(jì)Pcg1-1及廠房主變洞部位的錨桿應(yīng)力計(jì)Kf2-3。

2.4.1 歷史測(cè)值評(píng)價(jià)

圖4為多點(diǎn)位移計(jì)M10-3測(cè)值過程線，過程線較為平順，測(cè)值變化區(qū)間在合理范圍內(nèi)，歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為可靠；圖5滲壓計(jì)Pcg1-1測(cè)值過程線呈現(xiàn)明顯年周期性變化，并且頻率測(cè)值與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，變化規(guī)律合理，無明顯突變，歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為可靠；圖6錨桿應(yīng)力計(jì)Kf2-3測(cè)值過程線中突變值較多，無法辨識(shí)變化規(guī)律，歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為不可靠。

圖4 多點(diǎn)位移計(jì)M10-3歷史測(cè)值過程線Fig.4 Measured values from the multi-point displacement meter M10-3

圖5 滲壓計(jì)Pcg1-1歷史測(cè)值過程線Fig.5 Measured values from the osmometer Pcg1-1

圖6 錨桿應(yīng)力計(jì)Kf2-3歷史測(cè)值過程線Fig.6 Measured values from the anchor stress gauge Kf2-3

2.4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)

3支鋼弦式儀器的現(xiàn)場(chǎng)檢查評(píng)價(jià)結(jié)果均為合格，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)見表5。多點(diǎn)位移計(jì)M10-3頻率測(cè)值大于1 000 Hz，頻率極差不大于3 Hz，故頻率測(cè)試合格；溫度極差不大于0.5℃，溫度評(píng)價(jià)為合格；絕緣電阻測(cè)值大于0.1 MΩ，絕緣電阻評(píng)價(jià)為合格。因此，多點(diǎn)位移計(jì)M10-3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為可靠。滲壓計(jì)Pcg1-1頻率和溫度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)均為合格，絕緣電阻值小于0.1 MΩ，絕緣電阻評(píng)價(jià)為不合格，故其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為基本合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為基本可靠。錨桿應(yīng)力計(jì)Kf2-3頻率和絕緣電阻評(píng)價(jià)為不合格，溫度評(píng)價(jià)為合格，故其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為不合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為不可靠。

表5 鋼弦式儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 5 Data from on-site test of vibrating wire instrument

2.4.3 綜合評(píng)價(jià)

綜上，多點(diǎn)位移計(jì)M10-3歷史測(cè)值評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)均為可靠，滲壓計(jì)Pcg1-1歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為可靠，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果為基本可靠，錨桿應(yīng)力計(jì)Kf2-3兩項(xiàng)評(píng)價(jià)均為不可靠。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，3支鋼弦式儀器的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：多點(diǎn)位移計(jì)M10-3綜合評(píng)價(jià)為可靠，滲壓計(jì)Pcg1-1綜合評(píng)價(jià)為基本可靠，錨桿應(yīng)力計(jì)Kf2-3綜合評(píng)價(jià)為不可靠，評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。錨桿應(yīng)力計(jì)Kf2-3可作報(bào)廢處理，另外兩支儀器可繼續(xù)觀測(cè)。

表6 鋼弦式儀器綜合評(píng)價(jià)表Table 6 Comprehensive evaluation of vibrating wire instrument

2.5 水管式沉降儀鑒定

35支水管式沉降儀鑒定結(jié)果為：可靠?jī)x器14支，占40%；基本可靠?jī)x器1支，占2.9%；不可靠?jī)x器20支，占57.1%。本研究選取的3支水管式沉降儀編號(hào)分別為TCA1-3、TCA2-4和TCB1-9。

2.5.1 歷史測(cè)值評(píng)價(jià)

圖7為水管式沉降儀TCA1-3測(cè)值過程線，過程線基本平順，突變值較少且可排除，因此歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為基本可靠；圖8為水管式沉降儀TCA2-4測(cè)值過程線，過程線平順，存在小幅系統(tǒng)誤差但不影響測(cè)值量級(jí)，因此歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為可靠；圖9為水管式沉降儀TCB1-9測(cè)值過程線，2018年4月以后過程線跳動(dòng)較大，穩(wěn)定性較差，因此歷史測(cè)值評(píng)價(jià)為不可靠。

圖7 水管式沉降儀TCA1-3歷史測(cè)值過程線Fig.7 Measured values from the water-tube settlement gauge TCA1-3

圖8 水管式沉降儀TCA2-4歷史測(cè)值過程線Fig.8 Measured values from the water-tube settlement gauge TCA2-4

圖9 水管式沉降儀TCB1-9歷史測(cè)值過程線Fig.9 Measured values from the water-tube settlement gauge TCB1-9

2.5.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)

本次鑒定時(shí)間為夏季，水管式沉降儀中所加液體為蒸餾水[12]，依據(jù)規(guī)范SL 766-2018《大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鑒定技術(shù)規(guī)范》，3支儀器現(xiàn)場(chǎng)檢查評(píng)價(jià)結(jié)果均為合格，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果見表7。儀器TCA1-3三次讀數(shù)極差不大于2 mm，穩(wěn)定時(shí)間大于30 min但不大于2 h，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為基本合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為基本可靠。儀器TCA2-4三次讀數(shù)極差不大于2 mm且穩(wěn)定時(shí)間不大于30 min，故其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為可靠。儀器TCB1-9三次讀數(shù)極差大于2 mm且穩(wěn)定時(shí)間大于120 min，故其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)為不合格，現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)為不可靠。

表7 水管式沉降儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 7 Data from on-site test of water-tube settlement gauge

2.5.3 綜合評(píng)價(jià)

綜上，儀器TCA1-3歷史測(cè)值評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試評(píng)價(jià)均為基本可靠，TCA2-4兩項(xiàng)評(píng)價(jià)均為可靠，而TCB1-9兩項(xiàng)評(píng)價(jià)均為不可靠。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，3支水管式沉降儀的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：儀器TCA1-3綜合評(píng)價(jià)為基本可靠，儀器TCA2-4綜合評(píng)價(jià)為可靠，儀器TCB1-9綜合評(píng)價(jià)為不可靠，評(píng)價(jià)結(jié)果見表8。儀器TCA2-4可繼續(xù)觀測(cè)，TCA1-3穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，建議之后加水1 h后測(cè)讀，TCB1-9可作報(bào)廢處理。

表8 水管式沉降儀綜合評(píng)價(jià)表Table 8 Comprehensive evaluation of water-tube settlement gauge

3 結(jié)語

以規(guī)范DL/T 1254-2013《差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》、DL/T 1271-2013《鋼弦式監(jiān)測(cè)儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》和SL 766-2018《大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鑒定技術(shù)規(guī)范》為主要參考，對(duì)國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站中埋設(shè)的差動(dòng)電阻式、鋼弦式監(jiān)測(cè)儀器及水管式沉降儀進(jìn)行了儀器鑒定工作，并對(duì)其中共9支儀器的鑒定過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。定期對(duì)已埋安全監(jiān)測(cè)儀器開展鑒定工作，有利于幫助大壩運(yùn)營(yíng)單位更準(zhǔn)確了解儀器運(yùn)行性態(tài)，為后期安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造提供參考、節(jié)約成本。