索风营水电站安全监测自动化系统试运行与评价

国电南京自动化股份有限公司 吴志伟

索风营水电站是乌江梯级开发的第五级水电站。本文通过对索风营水电站大坝安全监测自动化系统施工完成后投入试运行一年的数据采集和运行指标进行了评价，阐述了系统运行的稳定性、可靠性、精度等各项技术指标，对照相关验收规范，满足了规范和设计要求，为电站安全监测智能化管理打下了基础。

1 工程概况

索风营水电站位于贵州省黔西、修文县交界的乌江中游六广河段，是乌江梯级开发的第五级水电站。电站总装机容量600MW（3×200MW），水库总库容2.012亿m3。工程属二等大（2）型工程，电站枢纽由碾压混凝土重力坝、右岸引水系统和地下厂房等主要建筑物组成。工程以发电为主，承担调峰、调频、事故备用等任务，兼有养殖、旅游等效益。

2 自动化系统概况

2.1 自动化系统规模

索风营水电站枢纽工程安全监测共在大坝、引水隧洞、尾水隧洞、地下厂房洞室、边坡、危岩体和堆积体共埋设各类观测仪器有1697支(个)。大坝中心对索风营电站大坝监测系统进行评价，正常使用的各类观测仪器有1260支(套)。

依据“重点性”、“必要性”和“可靠性”原则,索风营自动化系统共接入701支仪器。按工程部位分：其中坝址气温1支，大坝200支，大坝和厂房帷幕35支，引水隧洞94支，地下厂房及主变洞166支，尾水隧洞54支，坝肩边坡9支，Dr2#危岩体104支，III号堆积体19支，Ⅳ号堆积体7支，I号堆积体12支。按仪器类型分：其中弦式502支，差阻式181支，光电式18支。共使用自动化系统测量模块27套（其中差阻式模块7套，弦式模块20套）。

2.2 监测自动化系统的组成

索风营水电站安全监测自动化系统网络结构按三级设置，即现场监测站、监测中心站、营地后方管理站。系统通讯采用光缆作为主要通讯介质，光纤环网结合屏蔽双绞线组成数据传输网络。营地后方管理站采用内部局域网与中心站连接。系统主要采用集中供电方式，中心站配备不间断电源。

2.2.1 系统网络

索风营电站安全监测自动化系统网络由1个中心站，10个测站组成，分为2个环网。环网1包括：2#BCZ—4#BCZ—1#BCZ—1#CCZ—3#BCZ—5#施工支洞测站—2#CCZ，左岸EL781m廊道新增测站采用屏蔽双绞线接入2#BCZ，并联至测站光端机连入环网；环网2包括：5#BCZ—Dr2危岩体测站。2#营地后方管理站通过内部局域网与中心站连接，可实现通过FWC2000E大坝安全信息管理系统自动测量、远程控制、数据浏览。

2.2.2 测站内组网

测站内设备包括：差阻式、振弦式自动化采集装置及485接口传感器（主要是CCD光电式静力水准仪、双金属标仪和垂线坐标仪），采用屏蔽双绞线接入光端机。现场数据采集装置直接与传感器相接，各采集模块有其自身的日历和时钟，可独立完成监测数据采集、A/D转换，同时可接受采集计算机的指令完成有关操作等。

2.3 监测自动化系统建设和试运行情况

2.3.1 施工情况

工程分为两期实施，于2012年4月开工，2014年12月完成主体施工及自动化系统的调试。后期于2015年10月完成危岩体测站的自动化接入和调试，随后进行了项目的竣工验收。对照合同、设计文件及规范，检查采集软件、信息管理软件、数据分析软件功能，自动化系统实现了数据采集、存储、显示、远程操作、报警、报表制作、图形显示等功能，满足设计文件及合同要求。同意系统自2016年1月1日正式进入1年试运行。

2.3.2 系统试运行维护情况

系统从2016年1月1日正式进入试运行,故障情况如下：

序号 类别 累计次数(次) 比例1测量模块 4 25.00%2光端机 2 12.50%3传感器 8 50.00%4电源 1 6.25%5计算机 1 6.25%合计 16 100.00%

3 监测自动化系统运行和考核评价

索风营自动化系统共接入701支仪器，使用自动化系统测量模块27套。依据设计、合同及规范，为了验证自动化监测设备的稳定性、可靠性以及测量精度，随机选择了10套测量模块（占模块总数的37.04%），模块接入的仪器共183支（占仪器总数的26.11%），其中差阻式103支，弦式80支。

3.1 人工比测

测量精度需满足最新《混凝土大坝安全监测技术规范》要求。人工比测的计算方法参考《大坝安全监测自动化系统技术规范》要求。103支差阻式仪器，比测电阻比差值小于6*10-4的有95支，占95.63%；80支振弦式仪器中比测差值小于3个模数的有75支，占93.75%，最大差值为3.83个模数。

3.2 稳定性

3.2.1 短期稳定性

依据《大坝安全监测自动化系统实用化要求及验收规程》，自动化系统短期测值稳定性考核主要通过短时间内的重复性测试，根据重复量结果的中误差来评价。根据《大坝安全监测数据自动化采集装置》的规范要求，差阻式传感器测量模块电阻比测值不大于2，电阻值不大于0.02Ω。振弦式传感器测量模块频率测值变化不大于0.2Hz。

本次对仪器运行情况进行了连续测量15次的测值准确度统计。共测试103支差阻式仪器，电阻比超限4支，占总数的3.92%，电阻值超限4支，占总数的3.92%。电阻比和电阻值超限均为同一支仪器，合格96.08%。振弦式仪器80支，超限6支，占总数7.5%，合格92.5%。

3.2.2 长期稳定性

本次对183支仪器过程线进行绘制，通过人工与自动化数据过程线趋势对比，数据无系统性偏移，变化规律基本一致，变幅相近。

3.3 可靠性

按照合同及规范要求，系统设备的平均无故障工作时间不小于6300h。平均无故障工作时间(MTBF)是指两次相邻故障间的正常工作时间。依据《大坝安全监测自动化系统实用化要求及验收规程》。因此，按照规程计算方法，试运行期内系统MTBF=7048h，大于6300h。满足合同及规范要求。

4 结论

系统试运行以来，整体运行正常，经受住了汛期现场潮湿环境的考验，取得了大量的数据。在整个运行过程种，通过与业主的紧密配合，及时解决了系统出现的一些问题，有利于自动化系统长期运行和管理。

索风营水电站安全监测自动化系统设计和施工方案合理、功能齐全。经过对系统总体功能和性能指标的考核，系统功能满足规范、设计与大坝现场运行的各项要求。该自动化系统的建立，实现了大坝安全的自动监控，为电站安全监测智能化管理打下了基础。

参考：DL/T 5178-2016，混凝土坝安全监测技术规范：中国电力出版社，2016；DL/T 1134-2009，大坝安全监测数据自动采集装置：中国电力出版社，2009；DL/T 5211-2005，大坝安全监测自动化技术规范：中国电力出版社，2005；DL/T 5272-2012，大坝安全监测自动化系统实用化要求及验收规程：中国电力出版社，2012。