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大坝强震系统与观测自动化系统的联合运用

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成果主要完成人

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项目概况

水电站的大坝安全监测系统是大坝安全管理的重要手段,为评价大坝运行情况提供数据支持,是监视大坝运行性态的眼睛。水电站大坝的安全监测系统一般包括强震系统、大坝观测自动化系统,根据水电站大坝的不同类型,也会布设有真空激光准直系统、光纤光栅等系统。

目前国内的强震监测系统仅实现地震以后的地震通知功能,由于各监测系统分属不同的生产厂家且布置于大坝现场不同的部位,因此各安全监测系统处于独立运行状态,当强震系统监测到强震发生发生后,不能及时启动其他安全监测系统采集数据去及时评估地震给枢纽区建筑物造成的影响,往往需要监测人员到现场通过查询强震信息才能进行地震上报,并操作大坝观测自动化系统进行监测数据采集,最后通过监测数据编写强震报告,此时已是地震发生后几十分钟甚至几个小时,因此,对水工建筑物运行情况监测有空白区,存在水工建筑物、机组设施安全运行的隐患,缺乏强震动对大坝、边坡等部位的影响程度的数据支持,不利于大坝安全管理。同时,根据《水工建筑物强震动安全监测技术规范》(DL/T 5416-2009)第九条:加速度≥0.025g(25gal)时需上报主管部门,要求安全监测工作人员定期检查强震系统的记录文件,增加了相关工作人员的工作量。

阿海水电站大坝安全监测系统布置包括强震系统、大坝观测自动化系统、真空激光准直系统及光纤光栅系统。《大坝强震系统与观测自动化系统的联合运用》项目从阿海水电站大坝各监测系统独立运行的实际情况出发,对阿海水电站各大坝监测系统进行了深度集成,建设联合运用平台,大幅缩短了强震通知、监测系统数据采集、监测报告出具的时间,打破了特别是在地震、暴雨后监测人员必须到现场操作的限制。其创新及优势在于: ①创新性的引入开放型网络的思想,实现不同厂家系统互联。大坝安全监测自动化是大坝监测发展的趋势,国内现有部分实现自动化的网络是独立封闭系统,不利于设备的互联接入及系统的扩展,也不利于安全监测自动化技术的发展。通过引入开放型网络的思想,对各监测系统的通讯协议和数据库进行解码及开放,用统一标准进行软件编程,使用RJ45接口、UDP协议和XML数据格式,将各监测子系统接入监测局域网中,统一了各系统的通讯协议及数据库格式,创建联合运用平台,集成各监测系统,提升了监测工作效率。安全监测自动化系统基于RS485标准电气协议开发,采用开放型分布式通讯协议,具备设备的互联接入、系统扩展的基础条件。

②创建联合运用平台,实现不同地震烈度差别启动监测系统中的监测项目,并通过网络、短信预警。强震系统监测记录震动波形文件,并主动上传文件到联合运用平台,联合运用平台接收到该记录文件后根据烈度等级、报警台站数量等预置条件判断是否启动各监测系统进行安全监测数据采集,根据不同地震烈度等级,数据采集启用不同类别的监测方案,以实现系统利用最优化,同时,启动预警模块,利用短信方式通知相关人员,并按观测自动化系统内置的报告格式,提取地震信息和地震前后指定时间段的数据,计算其变化量,形成地震前后变形、渗漏等项目的专项报告,提高了大坝安全管理水平。

联合运用平台的应用增强了大坝在异常工况下的实时在线监测能力,为地震应急响应、水工建筑物鉴定评价提供理论依据;保障监测人员安全,特别是在发生地震、暴雨、大洪水等监测人员到现场有安全隐患的特殊情况下,监视大坝运行状态;自动化技术与现场实际的结合,保障了在资金投入最小化的基础上,实现监测效率最大化。

系统评价主要量化指标:监测效率提升500%。

项目实施前,强震发生后,监测人员必须到达现场才能进行地震信息获取,平均时间:30分钟,人工启动大坝观测自动化系统、光纤光栅系统、真空激光准直系统平均时间:30分钟,强震报告编写平均时间:40分钟,总共100分钟。

项目实施后,强震发生后1分钟内,联合运用平台通过短信通知地震信息, 5分钟之类控制各安全监测系统采集监测数据,并生成强震报告,总共平均花费15分钟。

该项目中的联合运用平台的技术可解决目前国内电站只能对各个独立安全系统进行数据层面集成的问题,可在国内大型水电站的自动化系统集成中推广运用。