国内某抽水蓄能电站安全监测仪器鉴定

李云友，李端有,2,3，胡蕾,2,3

（1.长江科学院工程安全与灾害防治研究所，湖北武汉，430010；2.水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，湖北武汉，430010；3.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉，430010）

0 引言

为了保证大坝安全，实时监控大坝运行状态，需对大坝进行全面的安全监测和检查。现今一系列型谱齐全、性能稳定的监测仪器基本可满足安全监测的各类需求[1]。鉴于大坝等水工建筑物设计使用年限较长、工作条件复杂等原因，安全监测仪器可能出现观测误差增加甚至损坏失效，进而影响对大坝运行状态的准确评估，因此需定期对各类监测仪器的可靠性进行鉴定。

监测仪器的鉴定工作一直是国内学者探究的方向之一。王为胜[2]、赵花城[3]解释了差动电阻式仪器鉴定过程中主要技术指标的取舍及其参数阈值的确定依据。金国光[4]提出差动电阻式应变计的鉴定应包括现场测试、长期观测资料分析及对两者的综合评价。邓检华[5]按照不同接线仪器分别提出了不同的鉴定项目。贾万波[6]提出了基于频域分析的钢弦式仪器鉴定方法。

参考DL/T1254-2013《差动电阻式监测仪器鉴定技术规程》[7]、DL/T1271-2013《钢弦式监测仪器鉴定技术规程》[8]和SL766-2018《大坝安全监测系统鉴定技术规范》[9]，对国内某抽水蓄能电站的差动电阻式、钢弦式仪器及水管式沉降仪[10]进行鉴定。

1 安全监测仪器鉴定方法

仪器鉴定除了现场检查和测试评价以外，还需对仪器的历史测值进行评价，然后根据现场检查和测试评价结果及历史测值评价结果，对仪器性能进行综合评价，最后，对所有监测仪器的可靠性进行统计整理。可靠的监测仪器应继续进行监测；基本可靠的监测仪器可继续监测，应在分析的基础上进一步评价其可靠性；不可靠的监测仪器可按有关管理制度流程或标准[11]停测、封存或报废。

历史测值评价主要以测值过程线分析为主，采用测值合理性与规律性分析的方法，结合基本资料和维护资料，检查监测仪器工作状态是否正常，历史测值评价分三个等级：可靠、基本可靠和不可靠[9]。

现场工作包括现场检查、测试、评价。现场检查主要是对观测房或集线箱环境及仪器线缆等外观条件的检查，现场测试采用经计量院检定或校准合格且在有效期内的南瑞SQ-2A数字式电桥、基康GK-403钢弦式读数仪、兆欧表、万用表等对相应仪器进行测试。现场检查、测试、评价结果分为可靠、基本可靠和不可靠三个等级。

综合评价即根据历史测值评价结果和现场检查、测试、评价结果，综合评价仪器工作状态，评价标准按以下三个等级进行分类：（1）可靠：历史测值评价结果为可靠或基本可靠，现场检查和测试评价结果为可靠。（2）基本可靠：历史测值评价结果为可靠或基本可靠，现场检查和测试评价结果为基本可靠。（3）不可靠：历史测值评价结果与现场检查、测试、评价结果中任一项为不可靠。

2 工程实例

2.1 工程概况

某抽水蓄能电站为日调节纯抽水蓄能电站，由上水库、输水系统、地下厂房、下水库、地面开关站等建筑物组成。电站装有4台250 MW可逆式发电机组，年发电量13.382亿kWh。

对该电站接入自动化的488支差动电阻式仪器、536支钢弦式仪器及35支水管式沉降仪，严格依据规范做了仪器鉴定工作，并从每类仪器中各选取3支仪器为代表进行详细展开。

2.2 鉴定准备工作

鉴定开始前，收集了待鉴定仪器的埋设基本资料、历年监测数据等。对待鉴定仪器的安装、埋设等基本信息做了基本了解，整理待鉴定仪器的历史监测数据以便进行历史测值评价，并准备现场测试时用于记录的表格。

准备本次鉴定所需的相应测试仪表，所有测试仪表均经计量院检定或校准合格且在有效期内，现场测试开始前，用电桥率定器和信号发生器对鉴定所用的数字电桥和钢弦式读数仪进行了二次校验，校验数据见表1和表2。

表1 SQ-2A数字电桥准确性校验表Table 1 Accuracy checklist for the SQ-2A digital electric bridge

表2 GK-403钢弦式读数仪准确性校验表Table 2 Accuracy checklist for the GK-403 vibrating wire reading meter

2.3 差动电阻式仪器鉴定

488支差动电阻式仪器鉴定结果为：可靠仪器196支，占40.2%；基本可靠仪器170支，占34.8%；不可靠仪器122支，占25%。本研究选取的3支差动电阻式仪器分别为布置在岩壁吊车梁部位的测缝计Jy1和钢筋计Ry2，以及布置在2号尾水调压室部位的无应力计Nwt2-1。

2.3.1 历史测值评价

图1为测缝计Jy1测值过程线，电阻比测值虽有部分小幅跳动，但整体呈现出与电阻值负相关的关系，变化区间也在合理范围内，历史测值评价结果为可靠；图2为无应力计Nwt2-1测值过程线，电阻比与电阻值呈正相关关系，突变值较少，评价结果为可靠；图3为钢筋计Ry2测值过程线，电阻比与电阻值呈负相关关系，但过程线有较多突变值，故评价结果为基本可靠。

图1 测缝计Jy1历史测值过程线Fig.1 Measured values from the joint meter Jy1

图2 无应力计Nwt2-1历史测值过程线Fig.2 Measured values from the non-stress meter Nwt2-1

图3 钢筋计Ry2历史测值过程线Fig.3 Measured values from the steel bar meter Ry 2

2.3.2 现场检查和测试评价

根据相关标准[7]，五芯连接仪器与四芯连接仪器现场检测评价略有不同：五芯连接仪器电阻比测试采用电阻比极差一项进行评价，四芯连接仪器电阻比测试采用电阻比极差和正反测电阻比相关参数（ ||Zt-N）两项进行评价，其中Zt为正测电阻比Z和反测电阻比Z‘之和，N=20000+M2，M=（10000-Z）/100。

3支四芯连接差动电阻式仪器的现场检查评价结果均为合格，现场测试数据见表3。测缝计Jy1电阻比极差小于3， ||Zt-N小于5，电阻比评价为合格；电阻值极差小于0.05 Ω，电阻值评价为合格；绝缘电阻大于0.1 MΩ，绝缘电阻评价为合格。综上，测缝计Jy1现场测试评价为合格，现场检查和测试评价为可靠。无应力计Nwt2-1电阻比和电阻值评价均合格，绝缘电阻小于0.1 MΩ，评价为不合格，因此其现场测试评价为基本合格，现场检查和测试评价为基本可靠。钢筋计Ry2电阻比、电阻值和绝缘电阻三项测试均不合格，因此其现场测试评价为不合格，现场检查和测试评价为不可靠。

表3 差动电阻式仪器现场测试数据表Table 3 Data from on-site test of differential resistance instrument

2.3.3 综合评价

综上，测缝计Jy1历史测值评价、现场检查和测试评价均为可靠；无应力计Nwt2-1历史测值评价为可靠，现场检查和测试评价为基本可靠；钢筋计Ry2历史测值评价为基本可靠，现场检查和测试评价为不可靠。参照综合评价标准，测缝计Jy1综合评价为可靠，无应力计Nwt2-1综合评价为基本可靠，钢筋计Ry2综合评价为不可靠，评价结果见表4。钢筋计Ry2可作报废处理，其余两支仪器可继续观测。

表4 差动电阻式仪器综合评价表Table 4 Comprehensive evaluation of differential resistance instrument

2.4 钢弦式仪器鉴定

536支钢弦式仪器鉴定结果为：可靠仪器94支，占17.5%；基本可靠仪器317支，占59.2%；不可靠仪器125支，占23.3%。本研究选取的3支钢弦式仪器分别为埋设在主变室监测断面的多点位移计M10-3、输水系统1号岔管部位的渗压计Pcg1-1及厂房主变洞部位的锚杆应力计Kf2-3。

2.4.1 历史测值评价

图4为多点位移计M10-3测值过程线，过程线较为平顺，测值变化区间在合理范围内，历史测值评价为可靠；图5渗压计Pcg1-1测值过程线呈现明显年周期性变化，并且频率测值与温度呈负相关关系，变化规律合理，无明显突变，历史测值评价为可靠；图6锚杆应力计Kf2-3测值过程线中突变值较多，无法辨识变化规律，历史测值评价为不可靠。

图4 多点位移计M10-3历史测值过程线Fig.4 Measured values from the multi-point displacement meter M10-3

图5 渗压计Pcg1-1历史测值过程线Fig.5 Measured values from the osmometer Pcg1-1

图6 锚杆应力计Kf2-3历史测值过程线Fig.6 Measured values from the anchor stress gauge Kf2-3

2.4.2 现场检查和测试评价

3支钢弦式仪器的现场检查评价结果均为合格，现场测试数据见表5。多点位移计M10-3频率测值大于1 000 Hz，频率极差不大于3 Hz，故频率测试合格；温度极差不大于0.5℃，温度评价为合格；绝缘电阻测值大于0.1 MΩ，绝缘电阻评价为合格。因此，多点位移计M10-3现场测试评价为合格，现场检查和测试评价为可靠。渗压计Pcg1-1频率和温度现场测试评价均为合格，绝缘电阻值小于0.1 MΩ，绝缘电阻评价为不合格，故其现场测试评价为基本合格，现场检查和测试评价为基本可靠。锚杆应力计Kf2-3频率和绝缘电阻评价为不合格，温度评价为合格，故其现场测试评价为不合格，现场检查和测试评价为不可靠。

表5 钢弦式仪器现场测试数据表Table 5 Data from on-site test of vibrating wire instrument

2.4.3 综合评价

综上，多点位移计M10-3历史测值评价、现场检查和测试评价均为可靠，渗压计Pcg1-1历史测值评价为可靠，现场检查和测试评价结果为基本可靠，锚杆应力计Kf2-3两项评价均为不可靠。根据综合评价标准，3支钢弦式仪器的综合评价结果为：多点位移计M10-3综合评价为可靠，渗压计Pcg1-1综合评价为基本可靠，锚杆应力计Kf2-3综合评价为不可靠，评价结果见表6。锚杆应力计Kf2-3可作报废处理，另外两支仪器可继续观测。

表6 钢弦式仪器综合评价表Table 6 Comprehensive evaluation of vibrating wire instrument

2.5 水管式沉降仪鉴定

35支水管式沉降仪鉴定结果为：可靠仪器14支，占40%；基本可靠仪器1支，占2.9%；不可靠仪器20支，占57.1%。本研究选取的3支水管式沉降仪编号分别为TCA1-3、TCA2-4和TCB1-9。

2.5.1 历史测值评价

图7为水管式沉降仪TCA1-3测值过程线，过程线基本平顺，突变值较少且可排除，因此历史测值评价为基本可靠；图8为水管式沉降仪TCA2-4测值过程线，过程线平顺，存在小幅系统误差但不影响测值量级，因此历史测值评价为可靠；图9为水管式沉降仪TCB1-9测值过程线，2018年4月以后过程线跳动较大，稳定性较差，因此历史测值评价为不可靠。

图7 水管式沉降仪TCA1-3历史测值过程线Fig.7 Measured values from the water-tube settlement gauge TCA1-3

图8 水管式沉降仪TCA2-4历史测值过程线Fig.8 Measured values from the water-tube settlement gauge TCA2-4

图9 水管式沉降仪TCB1-9历史测值过程线Fig.9 Measured values from the water-tube settlement gauge TCB1-9

2.5.2 现场检查和测试评价

本次鉴定时间为夏季，水管式沉降仪中所加液体为蒸馏水[12]，依据规范SL 766-2018《大坝安全监测系统鉴定技术规范》，3支仪器现场检查评价结果均为合格，现场测试结果见表7。仪器TCA1-3三次读数极差不大于2 mm，稳定时间大于30 min但不大于2 h，现场测试评价为基本合格，现场检查和测试评价为基本可靠。仪器TCA2-4三次读数极差不大于2 mm且稳定时间不大于30 min，故其现场测试评价为合格，现场检查和测试评价为可靠。仪器TCB1-9三次读数极差大于2 mm且稳定时间大于120 min，故其现场测试评价为不合格，现场检查和测试评价为不可靠。

表7 水管式沉降仪现场测试数据表Table 7 Data from on-site test of water-tube settlement gauge

2.5.3 综合评价

综上，仪器TCA1-3历史测值评价、现场检查和测试评价均为基本可靠，TCA2-4两项评价均为可靠，而TCB1-9两项评价均为不可靠。根据综合评价标准，3支水管式沉降仪的综合评价结果为：仪器TCA1-3综合评价为基本可靠，仪器TCA2-4综合评价为可靠，仪器TCB1-9综合评价为不可靠，评价结果见表8。仪器TCA2-4可继续观测，TCA1-3稳定时间较长，建议之后加水1 h后测读，TCB1-9可作报废处理。

表8 水管式沉降仪综合评价表Table 8 Comprehensive evaluation of water-tube settlement gauge

3 结语

以规范DL/T 1254-2013《差动电阻式监测仪器鉴定技术规程》、DL/T 1271-2013《钢弦式监测仪器鉴定技术规程》和SL 766-2018《大坝安全监测系统鉴定技术规范》为主要参考，对国内某抽水蓄能电站中埋设的差动电阻式、钢弦式监测仪器及水管式沉降仪进行了仪器鉴定工作，并对其中共9支仪器的鉴定过程进行了详细介绍。定期对已埋安全监测仪器开展鉴定工作，有利于帮助大坝运营单位更准确了解仪器运行性态，为后期安全监测系统改造提供参考、节约成本。