大型水電站大壩安全監(jiān)測磁致伸縮液位計改造效果分析
發(fā)布時間：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)測磁致伸縮液位計改造的項目內(nèi)容、采取的主要措施及改造前后的運行效果分析評價，并指出了目前系統(tǒng)存在的問題，提出相關(guān)建議。該系統(tǒng)對大型水電站大壩的安全監(jiān)測發(fā)揮了重要的作用，可為同類項目實施提供工程經(jīng)驗。
1 工程概況
大型水電站位于青海省尖扎縣、化隆縣交界處，距青海省會西寧市112km，上游距龍羊峽水電站108.6km。電站總裝機容量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臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電，2001年12月19日通過工程竣工驗收。
改造工程于2010年9月開工，2011年12月通過完工驗收，2013年9月14日通過竣工驗收。
2 改造前的主要問題
大型水電站
磁致伸縮液位計自2004年12月投入運行至2009年9月，由于廊道環(huán)境潮濕、供電線路運行可靠性低、設(shè)備自身存在缺陷等原因，故障頻繁，監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失率、平均無故障工作時間指標(biāo)達不到自動化監(jiān)測規(guī)范要求。經(jīng)統(tǒng)計，系統(tǒng)測點報警共計37221次，MCU報警共計743次。
3 改造的項目內(nèi)容及主要措施
3.1 大壩安全監(jiān)測磁致伸縮液位計優(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、壩基揚壓力、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）靜力水準改造內(nèi)容傳感器返廠標(biāo)定、連通管更換、傳感器準確性試驗、采集單元開關(guān)電源更換；
（4）揚壓力改造內(nèi)容為滲壓計率定、信號電纜更換、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、測站遷移、測站合并、保護箱更換、手動集線箱更換；
（6）計算機設(shè)備及軟件更新、系統(tǒng)管理軟件升級。
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個接頭。存在的問題：①電纜接頭和分線箱的線頭接入點未做防水處理，遇水易造成斷路；②線路均偏長，設(shè)備供電電壓不足200v；③電流泄露大，運行穩(wěn)定性和可靠性較差。
為解決上述問題，對供電線路進行重新規(guī)劃和優(yōu)化改進，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，線頭接入點用密封膠封閉，分線箱蓋增設(shè)密封圈以增強防水性能。各層廊道分層供電，從分線箱向廊道兩端的各測站處延伸。
（2）更換老化、分段電源線，采用合理線徑。各個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。對線頭芯線和絕緣皮之間用密封膠密封，防止潮氣進入，對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，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)段在前方六樓機房配電柜設(shè)置接地；計算機監(jiān)控機房處也設(shè)置了接地點。電源線接地點選擇建筑物內(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)測試接地電阻均小于10Ω。
經(jīng)過重新規(guī)劃和優(yōu)化的供電線路，主供電電纜長度875m，各層廊道電纜長度較長為2114層1066m，較短為2150層869m，比原來較長的C網(wǎng)段2896m減少955m。
新布設(shè)的供電線路，經(jīng)實測較大壓降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A、B、C3個網(wǎng)段分段方式不變，D、E網(wǎng)段保持不變，在此基礎(chǔ)上，對其進行了優(yōu)化：
（1）將原來存在分叉的線路調(diào)整為總線結(jié)構(gòu)，即各網(wǎng)段按“葫蘆串”方式將各個采集單元連接起來。
（2）更換已老化的信號線，并對信號線接頭進行密封處理。
（3）對于故障率高、年變幅不大的右岸交通洞測點、右中孔測點、左底孔測點，從整體網(wǎng)絡(luò)中剔除。線路長度分別由原來的2345m、1900m、2896m減少到1547m、1169m、1662m。縮短線路長度，增加了通信可靠性。
（4）5個網(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)致的信號衰減。
（5）各網(wǎng)段末端增加100Ω的匹配電阻，進一步提高通信能力。
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)儀升級為目前該產(chǎn)品較新版本的儀器；
（2）加裝2臺采集模塊，原來所有32個垂線測點的數(shù)據(jù)采集均有安裝與2014層的單個模塊采集，在此次改造中，分別在2087層和2059層分別增加1臺采集模塊，用來承擔(dān)原來模塊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，線路兩頭進行密封處理。
3.1.3.2 揚壓力系統(tǒng)的改造與維修
（1）對38只滲壓計全部拆除后，清理表面污垢和透水石內(nèi)部堵塞；
（2）對38只滲壓計全部進行現(xiàn)場標(biāo)定，重新確定其靈敏度，對于標(biāo)定已損壞的滲壓計進行更換；
（3）對38只滲壓計通信線全部進行更換，除與滲壓計連接處外不設(shè)接頭，模塊內(nèi)部線體接頭進行密封處理。
3.1.3.3 靜力水準系統(tǒng)的改造與維修
（1）測點優(yōu)化。優(yōu)化的原則是“監(jiān)測有效、重點突出，取舍合理”，監(jiān)測的重點是拱冠、左右岸1/4拱、拱壩基礎(chǔ)重點部位。取消原設(shè)置的標(biāo)定墩，對同一壩段設(shè)置2個以上的測點進行優(yōu)化，優(yōu)化后的測點數(shù)量由原來的60個減少為50個。
（2）通過靜力水準儀返廠標(biāo)定，對儀器靈敏度系數(shù)重新確認，對誤差較大和運行中穩(wěn)定性較差的4支傳感器進行了更換。
（3）對缽體、浮子進行清洗。清洗方法為采用酒精對缽體和浮子進行浸泡，擦拭去除表面的水垢，用蒸餾水沖洗干凈。
（4）拆除靜力水準連通管路，更換為Φ20mm白色透明塑料管�？紤]到廊道內(nèi)溫差對靜力水準觀測值有一定的影響，采用隔熱材料對管路進行保溫。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
磁致伸縮液位計按地理位置分為A、B、C、D、E5個子網(wǎng)絡(luò)，測點分散，系統(tǒng)龐大。為減少磁致伸縮液位計負荷，防止系統(tǒng)供電電源線和網(wǎng)線過長而造成系統(tǒng)末端電壓過低和維護帶來的不方便，改善設(shè)備運行條件，使布設(shè)合理、簡潔，便于運行維護。8#MCU、46#~58#MCU中所接儀器不再接入磁致伸縮液位計，采用人工觀測。現(xiàn)場保留MCU及電源線、通信線、網(wǎng)線、手動集線箱。
（1）對于MCU內(nèi)觀測儀器較少，而臨近MCU有足夠通道的，將2個測站合并；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）對于運行環(huán)境（如環(huán)境很潮濕）很差的MCU進行遷移；如：2114層1#機背管內(nèi)觀25#MCU及集線箱、保護箱整體遷移至高程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 磁致伸縮液位計運行環(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，觀測完畢后及時關(guān)門，防止竄風(fēng).
（3）垂線線體頂部擋物罩安裝。垂線觀測孔孔徑過大，為減小或消除因垂線孔內(nèi)掉出的雜物、滴水對垂線自動化觀測的影響，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%，排水溝穿過墻體通向室外。
3.3 系統(tǒng)管理軟件升級
將系統(tǒng)采集和管理軟件更新為較新版本。新版本重點解決了公式編輯、自動計算、計算速度、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)管理與運用等問題。
4 結(jié)語
綜上所述，大型水電站大壩觀測磁致伸縮液位計自2011年12月通過預(yù)驗收投入試運行，2013年9月完成試運行通過竣工驗收，運行相較之前系統(tǒng)運行情況，設(shè)備運行良好，故障率明顯降低，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量提高，能準確、及時、完整地采集大壩各方面監(jiān)測數(shù)據(jù)，反映大壩運行狀態(tài)。改造效果明顯，對大型水電站大壩安全監(jiān)測具有積極意義。
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