国外某大型水电站进水口地震监测方案分析及研究

李卫斌　张仁平

摘 要：国外某大型水电站项目需在进水口监测地震情况，文章从测点布置、监测流程、主要仪器设备等三个方面对水电站进水口地震监测方案进行了简要的分析，希望对相关工作者提供一些参考。

关键词：水电站；进水口；地震監测；研究

引言

国外某大型水电站工程由大坝、输水系统、地面厂房和开关站等主要建筑物组成，其中引水系统采用一洞两机的供水方式，电站安装两台单机225MW立轴混流式水轮发电机组。该项目进水口设备和土建结构应能承受重现期为500年的设计基准地震，其水平加速度为0.29g。布置地震监测装置是为了监测进水口建筑物在强震动作用下结构反应的全过程，通过对强震记录的实时处理发出地震害评估，必要时可配合自动启动进水口工作闸门紧急关闭操作。

1 地震监测测点布置

为保证电站安全运行，分别在进水口闸门操作平台及进水口边坡各布置1台三分向一体结构的加速度计，分别为水平径向、水平切向和竖向三分量。地震数据采集器安装在进水口闸门操作平台设备间内，各测点设置专用光纤局域网络与强震数据汇集处理中心进行通讯，再通过电厂局域网或互联网传输到强震数据分析处理中心，系统网络结构见图1。

2 地震监测数据流程

进水口各强震测点加速度计监测到地面振动加速度值后，经过专用信号电缆传送到数据采集器，通过数据采集器进行数字化采集与存储。采集到的数据通过专用光纤局域网络传输至强震数据汇集中心进行实时处理与记录。然后，通过强震数据汇集中心与库区地震台网中心的通讯系统将处理后的强震数据传送到强震台网数据处理中心进行处理分析。这样可以实现强震测点无人值守实时监测。

3 主要仪器设备

3.1 强震仪

强震仪主要有直接光记录式、磁带记录式和位移换能力平衡电子反馈式加速度计等三类仪器。上述三种强震仪的主要优缺点如下：

（1）直接光记录式加速度强震仪主要优缺点：重量轻、体积小，可连续多次自动记录，传感器与记录成为一体，为光线记录，冲洗胶卷，但只能读最大值，不能连动，较难进行频谱分析。

（2）数字磁带加速度地震仪主要优缺点：重量轻、体积小，可连续多次自动记录，传感器与记录仪之间用导线连接，导线长可达300m以上，可与频谱分析仪及计算机联网，但记录存储数据量有限。

（3）位移换能、力平衡电子反馈式加速度强震仪，其主要特点：加速度计与相应地震数据采集器采用现代微型计算机测控和网络技术，灵敏度高、数据存储量大、布点组网灵活（分布式），能实现连续不间断监测。

目前技术水平较先进且应用较多的是三分向一体结构位移换能、力平衡电子反馈式加速度计。实际应用中，对于加速度计的基本要求如下：

（1）仪器的量程和精度能够满足水工建筑物地震反应监测要求，各项技术指标符合国标及仪器系列型谱的有关规定。

（2）仪器的性能必须稳定可靠，能适应水工工程恶劣的环境条件和长期持续工作的要求。

（3）仪器在满足稳定性前提下，综合考虑高性能、数据处理速度和性价比诸因素。

3.2 数据采集器

数据采集器应尽量选用与位移换能、力平衡电子反馈式加速度计配套的三通道采集与记录仪器，要求能实现IP通讯方式，具有高分辨率、大动态范围，支持基于INTERNET的网络通讯和数据传输，支持大容量数据存储、功耗低等特点，适合国家和地方区域数字地震台网互联互通。另外，需要配置内置充电电源，提供断电、过载保护，保证事件与数据记录的完整性。实际应用中，对于数据采集器的基本要求如下：

（1）采用10M/100M以太网自适应LAN接口，支持WWW远程管理，支持TCP、FTP、HTTP等协议，支持FTP远程数据管理与传输。

（2）24位A/D转换，支持连续数据纪录和触发记录，其精度等技术指标应满足项目所在国地震台网站点建设标准及要求。

（3）地震数据采集器性能必须稳定可靠，能适应水工工程恶劣的环境条件和长期性的要求。

（4）使用GPS接收机校时方式，授时/守时精度优于1ms；支持实时数据流输出，具有防雷、防潮、电源过载与接地保护功能，便于连接、维修和更换等。

3.3 数据采集器钟差保证方案

地震记录中对于时间的要求相当严格，钟差为毫秒级。为记录地震时发电进水口建筑物不同点位的同震反应，可采用成熟的GPS授时应用技术，即每一台数据采集器配套一个GPS天线接收卫星信号，以此保证每台采集器钟差可靠。GPS天线应架设于开阔地带，即将每个测点的GPS天线头通过最近电缆沟引至进水口闸门操作平台及进水口边坡开阔地带，如电缆较长还需采用中继信号放大单元放大GPS信号，使其接收端信号有足够的净增益，以保证数据采集器能正常接收卫星信号，从而正常的接收时间信号获得准确授时。

4 结束语

在水电站进水口配置地震监测装置需综合考虑水电站工程的应用功能，以集中布置、兼顾全面、便于实现自动化观测为原则，以保证工程安全运行、全面反映在强震动作用下进水口结构反应的全过程为主题，在仪器设备布置时突出重点，兼顾全面，力求少且精。尽量采用现代计算机网络技术，选用具备连续数据记录和触发记录、远程遥测、遥控等功能的地震监测设备，确保观测资料的实时性、准确性和可靠性。

参考文献

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