大型水电工程智能通水关键技术和成套设备
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完成单位:中国三峡建工(集团)有限公司、清华大学、中国水利水电科学研究院
登记编号:ZSXC-2023-DL-1-052
登记年份:2023
发布时间:2023-06-29
成果主要完成人
杨宗立、陈文夫、杨 宁、乔 雨、林 鹏、魏鹏程、林 星、谭 鹏、刘 毅、黄玉龙、王 宇
项目概况
乌东德大坝是300米级特高拱坝,地质条件复杂,深V型干热河谷、大风频发,高陡狭窄坝肩对坝体约束超强,混凝土施工质量、温控防裂难度大,主要技术指标和综合技术难度位居世界前列。项目组围绕大体积混凝土温控防裂通水冷却智能化控制难题,研发了基于Fuzzy-PID的自适应诊断调整通水冷却智能降温控温算法,实现了通水冷却水温-水量-历时等参数自动计算、温度与仓内温度梯度的自适应调整,发明了集成模块化的数据采集、介质换热、流温一体的智能通水冷却降温控温装备,实现了温控设备的完全国产化,研发了支持多终端的智能通水降温控制系统,集成并支持16类温控参数的分项查询、分析、控制及预警预报,实现了人机交互、智能控制与专家诊断等功能。项目授权发明专利9项、实用新型专利5项、软件著作权4项,国家标准1部、企业标准4部,发表论文9篇,研究成果在白鹤滩、乌东德等水电站与西拉沐伦河特大桥等工程全面应用,大型水电工程温控合格率高达99.7%,全面实现了精细化、标准化、智能化管控,助力了“无缝大坝、智能大坝、精品大坝”安全高效优质建设。
主要创新点
(1)研发了温度自适应调整、温度控制诊断、硬件检测和数据监测等远程控制算法现有混凝土智能温控采集、传输、分析、控制等算法存在采集间隔长、控制精度低、缺乏异常自动诊断功能等关键难题,本项目发明了Fuzzy-PID混凝土温度智能控制算法,实现了混凝土温度与仓内温度梯度的自适应调整;发明了混凝土温控数据多维移动平均的数据处理方法,降低了原始数据误差,为软件控制提供高质量数据支撑(图1);构建了智能温控专家系统与具备数据监测、硬件检测功能的远程诊断软件平台,形成分类分级预警判据。解决了温控数据高质量获取难题,实现了混凝土温度智能精细化控制、异常状态自诊断与预警。
(2)发明了集成模块化的数据采集、介质换热智能控制等成套温控装备
目前以回路控制为单元的小型一体装备易损、易丢失,存在不利于集中吊装施工与运行管理等技术难点,项目自主研发了多类温控数据采集核心元件与测控芯片,形成了集成模块化成套控温装备,解决了智能温控设备大规模应用难题(图2)。发明了水工数字温度计、超声波流量计、管道内部温度测量装置、光纤测温、环境监测、大坝移动式实时多点温度采集装置等温控数据采集核心元器件;自主设计了一种数据采集柜和通水柜;研发了一种介质换热智能控制系统及方法,实现了温控设备的完全国产化。
(3)研发了支持多终端的智能温控云平台
针对工程建设过程混凝土温控多源数据的实时在线展示、人机交互、用户管理等技术难点,本项目开发了支持工控机端、网页端、微信移动端的智能温控云平台,满足参建各方对温控平台的个性化需求;开发了温控2D图查询模块,实现灌区、龄期等16类温控参数分项查询、分析预警、智能控制。