黃河上游梯級(jí)水電站群大壩安全管理遠(yuǎn)程診斷

王雪梅,張 毅,孔慶梅

(黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，西寧 810008)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)01—0092—04

黃河上游梯級(jí)水電站群大壩安全管理遠(yuǎn)程診斷

王雪梅,張 毅,孔慶梅

(黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，西寧 810008)

通過大壩安全信息管理系統(tǒng)對(duì)黃河上游梯級(jí)水電站群進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析、處理梯級(jí)電站群運(yùn)行中的異常情況，提高大壩運(yùn)行中異常和隱患判斷的準(zhǔn)備性，保障大壩運(yùn)行安全。

水電站;大壩;安全;遠(yuǎn)程診斷；管理系統(tǒng)

0 前 言

黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱黃河公司)管理著黃河上游干流10余座梯級(jí)水電站群。目前已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電的有班多、龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、蘇只、積石峽、鹽鍋峽、八盤峽和青銅峽等水電站。這些水電站均處于地質(zhì)條件復(fù)雜、地震烈度高的環(huán)境中，管理難度很大。因此，要保證梯級(jí)水電站群大壩安全運(yùn)行是一項(xiàng)艱巨而繁重的任務(wù)。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩運(yùn)行中存在的問題，準(zhǔn)確判斷大壩運(yùn)行中存在的異常和隱患，滿足流域化水電站大壩統(tǒng)一管理的需要，滿足特殊情況下(如：遭遇大洪水、地震發(fā)生、氣候異常、出現(xiàn)高水位、水工建筑物運(yùn)行異常等等)的觀測(cè)資料及時(shí)分析，達(dá)到對(duì)水電站大壩安全運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，通過長(zhǎng)期的實(shí)踐，我們總結(jié)出了以運(yùn)用大壩自動(dòng)化觀測(cè)和大壩安全信息管理系統(tǒng)達(dá)到對(duì)水電站大壩進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的一些實(shí)際做法。

1 大壩安全信息管理系統(tǒng)的建立及其功能

黃河公司2007年下半年啟動(dòng)建設(shè)大壩安全信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)包括1個(gè)西寧中心站(負(fù)責(zé)信息的統(tǒng)一管理和發(fā)布)、每個(gè)水電站1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)站(負(fù)責(zé)信息的采集并上傳中心站)；中心站與現(xiàn)場(chǎng)站之間采用虛擬專網(wǎng)通信；主系統(tǒng)軟件采用國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心的Damsafety2005，輔助軟件為南京南瑞集團(tuán)公司的DSIMS，2套軟件互為備份，軟件均采用windows系統(tǒng)和SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)。至2011年，陸續(xù)接入了龍羊峽、李家峽、公伯峽、蘇只、鹽鍋峽、八盤峽、青銅峽7座水電站大壩安全信息，拉西瓦、班多、積石峽水電站的信息也已經(jīng)通過人工方式納入系統(tǒng)之中。

該系統(tǒng)由中心站、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、報(bào)送客戶、瀏覽用戶、離線分析客戶和傳輸子系統(tǒng)6部分組成。主要工作流程：及時(shí)發(fā)現(xiàn)信息錯(cuò)誤和異常情況(見圖1)—發(fā)現(xiàn)異常進(jìn)行分析、判斷—異常情況可控，轉(zhuǎn)入重點(diǎn)關(guān)注，隨時(shí)進(jìn)行分析—異常情況不可控，上報(bào)，采取措施(包括專家咨詢、深度分析)—按規(guī)定發(fā)布信息和提供查詢服務(wù)。

軟件分析功能包括測(cè)值圖形顯示、測(cè)點(diǎn)之間的相關(guān)分析、測(cè)值回歸分析等。

圖1 大壩安全信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.1 遠(yuǎn)程采集和傳輸

運(yùn)用Web Services 技術(shù)建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)大壩變形、滲流、應(yīng)力及環(huán)境量等所有觀測(cè)項(xiàng)目的遠(yuǎn)距離自動(dòng)觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集，并采用互聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行遠(yuǎn)程連網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸和網(wǎng)上信息查詢與調(diào)用，并能同時(shí)進(jìn)行成果計(jì)算。

采用國(guó)家能源局大壩中心研制開發(fā)的“DamSafety2005水電站大壩安全信息管理系統(tǒng)”軟件，和南瑞集團(tuán)公司“多壩集成管理DSIMS 4.0系統(tǒng)”軟件，可以直接將觀測(cè)信息傳輸?shù)轿鲗幹行恼镜哪先鸺瘓F(tuán)公司大壩安全信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，能源局大壩中心管理系統(tǒng)直接從南瑞集團(tuán)公司大壩安全信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中提取觀測(cè)信息，從而實(shí)現(xiàn)能源局大壩中心和南瑞集團(tuán)公司管理系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)信息的雙系統(tǒng)管理。能源局大壩中心需要報(bào)送的信息由能源局大壩中心管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直報(bào)。黃河公司、各發(fā)電分公司、黃河公司大壩管理中心進(jìn)行大壩安全管理所需的信息可以在“黃河公司大壩安全信息管理專業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)”上瀏覽下載。大壩管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 大壩安全信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 大壩觀測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程管理

借助DamSafety2005系統(tǒng)軟件，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按指定的規(guī)則整理計(jì)算后，轉(zhuǎn)入到西寧中心站服務(wù)器上的整編數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

(1) 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行管理(創(chuàng)建和修改服務(wù)器上的整編數(shù)據(jù)庫(kù)，更改測(cè)點(diǎn)屬性，自定義測(cè)點(diǎn)集)；

(2) 設(shè)置報(bào)警條件和計(jì)算公式；

(3) 查看管理日志對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；

(4) 查詢數(shù)據(jù)和導(dǎo)出數(shù)據(jù)；

(5) 整編觀測(cè)數(shù)據(jù)。

大壩安全規(guī)范化管理要求將大壩監(jiān)測(cè)成果按規(guī)定的格式進(jìn)行整編，便于以表格的形式存檔和報(bào)送。用戶可以制作出符合工程習(xí)慣的報(bào)表和整編表?？梢赃x擇不同的報(bào)表類型(如周報(bào)表、月報(bào)表、逐日年報(bào)表、單測(cè)點(diǎn)年度逐日統(tǒng)計(jì)表、多測(cè)點(diǎn)年度逐日統(tǒng)計(jì)表等)，實(shí)現(xiàn)大壩安全觀測(cè)數(shù)據(jù)的集中管理。

圖3 某大壩面板測(cè)斜儀IN-31測(cè)點(diǎn)測(cè)值過程圖

圖4 某大壩體填筑完成后電磁沉降儀觀測(cè)值過程圖

2 遠(yuǎn)程診斷大壩運(yùn)行中的異常情況

以往國(guó)內(nèi)大多數(shù)水電站的大壩觀測(cè)資料每隔數(shù)年或在一些特殊(如：大壩定檢)情況下才組織分析，分析中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些異常情況難于解釋、難于回溯，影響對(duì)大壩運(yùn)行性態(tài)的判斷，問題判斷的時(shí)效性差?，F(xiàn)在借助大壩安全信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程診斷，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩運(yùn)行中存在的異常隱患。

2.1 遠(yuǎn)程診斷中異常數(shù)據(jù)的判識(shí)

資料錯(cuò)誤和異常判斷的依據(jù)：擬定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)——觀測(cè)資料是否出現(xiàn)規(guī)律性改變或量值較大的改變，巡視檢查是否發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)的缺陷或老缺陷的發(fā)展等，進(jìn)行異常的判斷。

異常認(rèn)定的依據(jù)：采用相關(guān)分析和回歸分析，結(jié)合以往分析、研究成果，以及必要的現(xiàn)場(chǎng)檢查進(jìn)行判斷。

異常判識(shí)的方式：規(guī)律性判斷、極值判斷、突跳值判斷等。

2.1.1 出現(xiàn)與已知原因量無關(guān)的變化速率

由圖3看出，在大壩面板觀測(cè)中測(cè)斜儀IN-31測(cè)點(diǎn)，在2012、2013和2014年變化速率不同以往。在此期間，庫(kù)水位等相關(guān)量值均無變化。IN-31測(cè)點(diǎn)周邊部分測(cè)點(diǎn)的測(cè)值也有不同程度的速率突變。經(jīng)分析，此處面板有不均勻變形的可能。

2.1.2 變化趨勢(shì)突然加劇或變緩，或發(fā)生逆轉(zhuǎn)

由圖4看出，2004年8月份壩體沉降量加劇。經(jīng)分析，此時(shí)水庫(kù)開始蓄水。水庫(kù)蓄水后壩體沉降量出現(xiàn)了明顯加速增大的趨勢(shì)，其后逐漸向穩(wěn)定方面趨近。各測(cè)點(diǎn)測(cè)值表現(xiàn)為越高的位置沉降量越大。

2.1.3 出現(xiàn)超過歷史極值(最大值、最小值)、設(shè)計(jì)計(jì)算值、安全監(jiān)控限值或數(shù)學(xué)模型預(yù)報(bào)值

大壩面板周邊縫的工作狀態(tài)采用三向測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)量包括縫的開合度(X方向)、面板法向的錯(cuò)動(dòng)(Z方向)、順坡向錯(cuò)動(dòng)(Y方向)。監(jiān)測(cè)儀器采用南瑞公司的3DM-200電位器式測(cè)縫計(jì)，量程為225 mm。本工程周邊縫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為張開(X方向)20 mm、沉陷(Z方向)40 mm、剪切(Y方向)40 mm。

由圖5看出，測(cè)縫計(jì)JB-3-03、JB-3-04在面板法線方向錯(cuò)動(dòng)量值分別為-58.6、-77.8 mm，超出周邊縫變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 通過與歷史的或相鄰的觀測(cè)數(shù)據(jù)相比較判斷數(shù)據(jù)的合理性

由圖6可見，2005年11月WE43-1量水堰水位突增，大大超出歷史的和相鄰測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)值。經(jīng)分析：2005年庫(kù)水位達(dá)到歷史最高，且在高水位期間，有外來水進(jìn)入2 443.00 m高程基礎(chǔ)廊道。經(jīng)將外來水引排后，WE43-1量水堰觀測(cè)值穩(wěn)定。

2.1.5 以所測(cè)數(shù)據(jù)的物理意義判斷數(shù)據(jù)的合理性

由圖7看出，儀器埋設(shè)初期大壩引水道下部混凝土溫度達(dá)到27 ℃左右，2004年8月下閘蓄水后，該部位溫度逐漸降低并趨于穩(wěn)定，溫度值約為14～15 ℃。從長(zhǎng)序列過程線看雖然測(cè)值表現(xiàn)出趨勢(shì)性，但就物理意義判斷，變化規(guī)律是合理的，不是異常。

圖5 某大壩主壩面板周邊縫測(cè)值過程圖

圖6 2 443 m高程廊道滲漏量測(cè)值過程線圖

圖7 某大壩引水管道下部混凝土溫度過程圖

圖8 異常問題多重過濾流程圖

2.2 遠(yuǎn)程診斷中異常問題的處理

2.2.1 運(yùn)用數(shù)據(jù)審核的方法排查異常數(shù)據(jù)

編制《大壩安全監(jiān)測(cè)資料審核體系標(biāo)準(zhǔn)》，按照標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)對(duì)水電站群大壩按其主要觀測(cè)項(xiàng)目和重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)審核。從過程圖和長(zhǎng)序列觀測(cè)資料判斷觀測(cè)值是否在正常變化范圍之內(nèi)。運(yùn)用系統(tǒng)庫(kù)中的觀測(cè)成果和過程線圖查看各監(jiān)測(cè)量的變化規(guī)律和趨勢(shì)，判斷有無突跳、臺(tái)階、趨勢(shì)性等異常的觀測(cè)值，以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩運(yùn)行中存在的問題和異常。并按照《大壩安全監(jiān)測(cè)資料審核體系標(biāo)準(zhǔn)》的要求編制數(shù)據(jù)異常報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容包括異常測(cè)值發(fā)生的時(shí)間、部位、原因分析、處理建議等。

2.2.2 建立反饋機(jī)制對(duì)異常問題多重過濾

借助系統(tǒng)功能進(jìn)行異常問題多重過濾，防止在資料審核過程中忽略一些不太明顯的異常問題。并將系統(tǒng)運(yùn)行管理人員分為資料審核人員和分析人員2類，分工篩查和判斷異常問題，工作流程見圖8。

資料審核、初步分析、深入分析或?qū)ｎ}分析逐級(jí)反饋。如：庫(kù)水位發(fā)生較大變化時(shí)，將揚(yáng)壓力換算為揚(yáng)壓力系數(shù)進(jìn)行異常判斷。又如：壩基滲流量增大，將檢查壩面變化情況等。

實(shí)踐證明，通過異常問題多重過濾的審核方式，可以整體提高大壩運(yùn)行中存在問題的分析判斷的準(zhǔn)確性，使得大壩安全工作更加可控。

3 結(jié) 語(yǔ)

黃河公司借助大壩安全信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程診斷，不僅對(duì)水電站群大壩安全運(yùn)行進(jìn)行及時(shí)的診斷，也提高了對(duì)大壩特殊情況下(如：遭遇大洪水、地震發(fā)生、氣候異常、出現(xiàn)高水位、水工建筑物運(yùn)行異常等)運(yùn)行中存在問題判斷的及時(shí)性、大壩運(yùn)行中異常和隱患判斷的準(zhǔn)確性，使得大壩安全管理工作更加可控。實(shí)現(xiàn)了大壩安全管理從“觀測(cè)”到“監(jiān)測(cè)”的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了“大壩安全監(jiān)測(cè)”的理念。

[1] 西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黃河公伯峽水電站面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)資料分析報(bào)告[R].西安：中國(guó)水電顧問集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2012.

[2] 張群,陳樹聯(lián),顧永明.拉西瓦水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述[J].西北水電,2011,(S1):142-145.

[3] 王衛(wèi)國(guó),王新明. 蘇只水電站工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)[J].西北水電,2008,(2):60-62.

[4] 尹政國(guó),馬永福. 黃河萬家寨水利樞紐大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改進(jìn)完善方案[J].西北水電,2012,(2): 91-95.

[5] 吳駿,吳明波.瀾滄江流域大壩安全綜合信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].西北水電,2011，(S1): 186-191.

[6] 國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心.黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司大壩安全管理分系統(tǒng)手冊(cè)[M].北京：國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心,2013.

Remote Diagnosis of Safety Management of Dams of Cascade Hydropower Station Groups on Upper Yellow River

WANG Xue-mei, ZHANG Yi, KONG Qing-mei

(Huanghe Hydropower Development Co., Ltd., Xining 810008, China)

Through the safety data management system for dam, the cascade hydropower station groups on Upper Yellow Rive are remotely diagnosed, promptly finding, analyzing and handling the abnormal of the cascade hydropower stations, improving the preparation for judgment of the abnormal and risks in dam operation, securing the operation safety of the dams.

hydropower station; dam; safety; remote diagnosis; management system

2014-06-13

王雪梅 (1967- ),女,河北省青縣人,高級(jí)工程師,從事水電站大壩管理工作

TV697.1

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.01.024