盐锅峡水电站大坝安全自动化监测系统改造

李生成，赵吉明，赵 晖

（黄河上游水电开发有限责任公司陇电分公司，甘肃 永靖，731601）

盐锅峡水电站大坝安全自动化监测系统改造

李生成，赵吉明，赵 晖

（黄河上游水电开发有限责任公司陇电分公司，甘肃 永靖，731601）

盐锅峡水电站在1993年建设了大坝安全监测自动化系统，由于存在问题较多，无法正常运行，于1998年全部停测。2009年编制了原系统的改造方案，2010年实施了改造工程，对各个项目和系统进行了全面的改造，2013年通过了竣工验收。改造后的系统功能与性能满足规范要求，目前系统运行稳定、正常。

盐锅峡水电站；大坝；自动化监测系统；改造

1 电站概况及监测系统简介

盐锅峡水电站是黄河干流上最早建成的一座大型水力发电站，位于甘肃省永靖县境内，1961年11月18日第一台机组正式投产发电，目前电站装机容量471.2 MW。

电站以发电为主，兼顾灌溉效益，属大（2）型工程，主要建筑物为2级。大坝由左、右岸混凝土实体重力坝、左岸混凝土宽缝重力坝、混凝土实体重力式隔墩、右岸混凝土实体溢流坝等20个坝段组成，全长321.00 m，坝顶高程1 624.20 m，最大坝高57.20 m。

盐锅峡水电站在52年的运行过程中，监测项目经过了多次变更，2010年改造前主要由变形、渗流、环境量监测项目组成，共11项，测点总数243个，全部为人工监测。

2 改造方案

2.1 原系统存在的问题

1993年首次进行了大坝监测自动化系统建设，当时纳入自动化系统的主要项目包括：坝顶2条双向引张线、管理廊道1条双向引张线、两组垂线、二条量距仪、坝顶及坝基静力水准、测缝计、温度等测点，共计78个。其中引张线及正倒垂线测点仪采用步进电机式、静力水准仪采用电感式、温度计采用电阻式，不同仪器采用各自的采集装置。

由于当时我国大坝监测自动化系统改造刚刚起步，自动化监测设备和仪器处在研发试验阶段，安装投运后，整个系统故障频繁，可靠性差，测值误差大。电站虽然在改造系统环境、改善基础设施等方面做了大量的工作，终因备品、配件用完，无法维持正常运行，于1999年全部停测。

2.2 改造方案编制

2009年根据原监测系统的现状和存在的问题，编制了《盐锅峡大坝安全监测自动化系统改造方案》，并于2009年12月通过了审查。为了制定切实可行的改造方案，技术人员做了大量的前期准备工作，结合盐锅峡水电站第三次大坝定检，对监测资料进行了全面分析，对系统各个项目进行了综合评价，使技术人员对系统运行状况有了全面和总体的认识。在改造方案制定过程中，对需要改造的项目和测点经过了多次论证，改造方案也几易其稿，最终确定的改造方案，对改造项目的技术指标都提出了明确和细致的要求，为改造工作的顺利实施打下了良好的基础。

3 改造项目和主要内容

改造工程于2010年6月开工，于2012年3月投入试运行，2013年10月通过了竣工验收，开始投入正常运行。在改造过程中，对原自动化监测系统全部进行了拆除，新系统基本上是重新建立的。纳入自动化系统的有坝顶水平位移（1条引张线22个测点），2组正倒垂线（4个测点），坝基倾斜变形（6个静力水准测点），坝基扬压力（18个测点），左岸绕渗孔（4个测点），坝顶气温（1个测点），共计6个项目共55个测点。对坝基渗漏量等项目均做了完善改造。

3.1 正、倒垂线

更换了垂线的全部装置，重新浇筑混凝土观测墩，并对两个倒垂孔进行了扫孔。扫孔时维持原孔深不变，将锚块及线体全部取出，把倒垂孔清理干净后，量测有效孔径，确定中心线，重新安装新锚块和钢丝。每条垂线在正、倒垂连接处安装1台双向垂线坐标仪，共安装4台。正垂测点以PL1、PL10命名，倒垂测点以IP1、IP10命名。

为了防止冷凝水和渗水流入垂线坐标仪内，在正垂垂线坐标仪上方加装了防雨伞；为了减小空气流动对测值造成的影响，在正垂线外部加装了ϕ160 mm的PVC保护管，在垂线室通道口安装了隔离门等。

3.2 坝顶1622廊道引张线

拆除原1622廊道内两条引张线测点全部观测墩及坐标仪，更换整套引张线系统。在1622廊道内设置一条浮托式单向引张线，固定端设在右岸平硐中，张紧端设在挡Ⅰ坝段。引张线共布置22个测点，安装单向引张线仪22套。引张线长276.2 m，溢流坝段每个坝段设置两个测点，共12个；挡Ⅱ～挡Ⅹ及隔墩坝段各设置一个测点，共10个。测点以EX1～EX22命名，顺序从左岸往右岸排列。

为了达到防尘的效果，对1 622廊道窗户进行了密封，对引张线保护箱盖处加装了密封条，对保护管与测点箱连接处、各电源箱和采集单元箱进出线口用玻璃胶进行了密封。

3.3 静力水准

在三条横向廊道内布置静力水准监测的坝基倾斜，共6个测点，每条横向廊道内上下游侧各布置1个测点，测点以“SL3-1”型式命名（“SL”代表静力水准；“3”代表挡Ⅲ坝段横向廊道，“7”代表挡Ⅶ坝段横向廊道，“5”代表溢Ⅴ坝段横向廊道；“1”代表上游侧，“2”代表下游侧）。拆除原静力水准全部观测墩及设施，重新浇筑观测墩，更换静力水准仪及配套水管、电缆。每个观测墩内设置4根ϕ28竖向插筋，插筋深入坝体0.3 m，仪器底座安装高程误差控制在5 mm之内。

3.4 绕坝渗流

将在监控范围内的左岸的14号、67号、76号和15号等4个绕渗孔均纳入自动化系统，测点以原孔号命名。仪器安装前，对76号绕渗孔进行了扫孔，扫至完整基岩并入岩1.0 m。各孔口加装了永久性管口保护装置，渗压计安装在各孔近5年以来最低水位1.5 m以下，电缆加装了DN50镀锌钢管进行保护。

3.5 坝基扬压力

坝基扬压力共69个测点，在这次改造中，从每个坝段中选择一个灵敏度好、具有代表性、测值可靠的测孔进行自动化改造，共改造18个测点，各测点名称编号不变。改造更换所有测点孔口装置，取消原U型管监测方式，所有有压孔均安装或更换为0.4级压力表。扬压孔在接入自动化系统前，对各孔用自来水进行了冲洗，渗压计放入测孔深1 m的位置。

3.6 气温监测

此次自动化改造，设立1个气温测点，具体方法为：在坝顶挡Ⅴ坝段防浪墙上原气温测点位置安装1个铂电阻温度计，实现坝顶气温自动化监测，测点编号为T1，并更换百叶箱。电缆敷设在DN50镀锌钢管内。

3.7 自动化监测系统

监测自动化系统采用分布式自动监测系统，在观测班设1个监测管理站，在坝顶及廊道内共设置4个采集单元，其中坝顶左岸气力泵楼三楼观测机房内设3个；灌浆廊道内挡Ⅶ坝段设1个。

变形部分传感器采用CCD式引张线仪、垂线仪及静力水准仪；坝基扬压力和左岸绕坝渗流采用VW2100A渗压计，坝顶气温采用铂电阻温度计；数据采集装置分别采用北京木联能公司生产的D型（CCD式仪器）、R型（差阻式仪器）、VB型（弦式仪器）MCU；监测软件采用北京木联能公司研发的大坝安全管理软件MS4.0，用电缆、光缆等将传感器、MCU、服务器、客户端连接成一个完整的系统。为了解决防干扰问题，4个采集单元与电站主接地网进行了连接，监测管理站与电站通讯接地网进行了连接，并安装了防雷转换器。

4 系统运行分析

4.1 垂线

图1为PL1 X方向人工比测与自动化监测测值过程线。

图1 PL1 X方向测值对比过程线Fig.1 Graphs of the monitoring data in the X direction of the PL1 point

从以上过程线对比来看，人工比测与自动化测值变化趋势一致，量值相当。

4.2 引张线

图2是以绝对位移值绘制的过程线。

图2 引张线EX10、EX11、EX12绝对位移过程线Fig.2 Graphs of absolute displacement of the point EX10, EX11 and EX12

从引张线的测值过程线可以看出坝顶位移随温度变化而变化的规律。

4.3 扬压力

扬压力的人工比测是采用读取安装在孔口的压力表测值来进行的，人工比测频次为每月两次。图3为挡Ⅸ-2人工与自动化测值过程线。

图3 坝基扬压测管水位对比过程线Fig.3 Graphs of the water level in piezometric tube of dam foundation uplift pressure by automatic monitoring and man measured

从以上过程线对比来看，人工比测与自动化测值变化趋势一致，量值相当。

4.4 绕坝渗流

图4为15号测点人工比测与自动化测值对比过程线。

图4 绕坝渗流15号孔人工与自动化对比过程线Fig.4 Graphs of the bypass seepage at the hole 15#by auto⁃matic monitoring and man measured

从以上过程线来看，渗压计测量的测管水位与压力表测到的基本一致。

4.5 坝顶气温

人工观测每日取自记式温度计4个数据计算均值作为日平均气温，自动化测量每日取24个数据计算均值作为日平均气温，图5为人工和自动化日平均气温对比过程线。

从以上过程线可以看出，温度计自动化测值与自记温度计测值基本一致，运行正常。

大坝自动化监测系统在运行期内各改造项目人工比测与自动化测值变化趋势一致，量值相当，符合大坝变化的一般规律，改造工程达到了预期的目标。

图5 人工与自动化日平均气温对比过程线Fig.5 Graphs of daily average temperature by automatic moni⁃toring and man measured

5 可靠性评价

5.1 平均无故障时间

系统可靠性采用平均无故障时间来考核。本系统数据采集单元在试运行期间未发生故障，垂线、静力水准、坝顶气温、渗压计在试运行期间均未发生故障，引张线在试运行期间平均无故障时间为8 567 h，均大于规范要求的6 300 h。

5.2 监测系统自动采集数据的缺失率

在试运行期间内，垂线测值缺失率1.40%，引张线测值缺失率2.40%，静力水准测值缺失率2.12%，渗压计测值缺失率0.55%，坝顶气温测值缺失率1.99%。都小于规范要求的3%。

6 结语

大坝自动化监测系统改造要达到预期的目标，首先要做好前期准备工作，使技术人员对系统运行状况有全面和总体的掌握；其次，要制定详细和完善的改造方案，对改造项目要提出明确和细致的技术要求；第三，要注重改造过程的细部处理。

盐锅峡水电站是运行50多年的老电站，建设期时值国家困难时期，各种基础设施相对较差。首次大坝自动化监测系统的建立，又正处我国大坝自动化监测的初步探索阶段，建立的系统故障频发，最终走到了不得不停测的困境。本次成功改造大坝自动化监测系统，也为运行多年的老电站和早期大坝自动化监测系统的改造提供了借鉴。 ■

[1]赵吉明，李生成，周涛.盐锅峡水电站大坝安全监测资料分析[J].大坝与安全.2009（6）：32-36;45.

[2]赵晖.盐锅峡大坝安全监测自动化系统改造方案[R]. 2009.

[3]西北勘测设计院.盐锅峡水电站技施设计[R].

[4]DL/T5211-2005,大坝安全监测自动化技术规范[S].

[5]DL/T5178-2003,混凝土坝安全监测技术规范[S].

The original automatic dam safety monitoring system of Yanguoxia hydropower station was constructed in 1993.As many problems occurred,its operation was ended in 1998.Further,the renova⁃tion plan was advanced in 2009 and was implemented in 2010.The new system is stable and working well.Its functions and performance are good enough to meet the requirements in technical standards.

Yanguoxia hydropower station;dam;automatic monitoring system;renovation

TV736

B

1671-1092（2014）03-0019-04

2014-03-27

李生成（1965-），男，本科，高级工程师，现从事水工管理工作。

Title:Renovation of the automatic dam safety monitoring system at Yanguoxia hydropower station//by LI Sheng-cheng,ZHAO Ji-ming and ZHAO Hui//Longdian Branch Company of Yellow River Upstream Hydropower Co.,Ltd.