仅5分钟!为巨型水电站做一次全身安全“体检”——长江科学院自主研发的大坝安全监测自动化系统成功应用于溪洛渡水电站

  在国家“西电东送”的骨干电源点之一——溪洛渡水电站内,安全监测管理中心站的工作人员用鼠标轻轻一点,由长江科学院自主研发的大坝安全监测自动化系统在5分钟内完成了7000多支监测仪器的巡回测量与异常分析工作,而在此前,给水电站做一次这样的“全身体检”,需要一个近20人的专业班组耗费1周才能完成。
  7月2日,国家水电站大坝安全和应急工程技术中心等单位专家组成验收专家组,对溪洛渡水电站安全监测内观自动化系统开展实用化验收。专家组经过两天的现场踏勘、软硬件测试、资料查验和咨询评估,一致认为溪洛渡水电站安全监测自动化系统整体处于行业领先地位,同意系统正式投运,该系统也成为了三峡集团首个通过实用化验收后正式投运的安全监测自动化项目。


潜心研发——“十年磨一剑”

  长江科学院工程安全监测专业始建于上个世纪50年代,是国内最早从事水利水电工程安全监测与安全评估、研究及技术咨询的单位之一,同时也是国家大坝安全工程技术研究中心、水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心、水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心的主要依托专业。
  多年来,长江科学院工程安全监测研究团队完成了百余项国家自然科学基金、国家科技攻关、省部级基金等科研项目,先后承担、参与了三峡、南水北调等国内200多个大中型水利水电工程的安全监测、科研及技术咨询工作。
  据长江科学院工程安全与灾害防治研究所所长李端有介绍,传统水电站工程安全监测主要以人工观测为主,少量开展了监测自动化系统建设的水电站,要么采用RS485总线“轮询访问”的采集传输方式,传输速率慢、采集稳定性差,还常常出现数据丢失的情况;要么采用进口的采集设备,受限于技术封锁无法进行任何个性化设置,缺少中文交互页面,也基本不提供维护服务和技术支持。

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CK系列安全监测自动化智能采集设备


  科技创新是高质量发展的引擎。针对行业现状与难点痛点,长江科学院工程安全监测研究团队多年来潜心研究,持续开展科研攻关与产品研发,基于物联网技术研制了安全监测自动化成套设备及智能传感器,并开发了大坝安全监测数据管理及分析云服务系统,实现了大坝安全信息的智能感知、开放物联与智慧应用,形成了大坝安全智能监控软硬件一体化解决方案。基于物联网技术,自主研发CK-MCU型安全监测智能采集终端,集成基于谱分析算法的振弦仪器频率信号智能采集技术,实现了稳定可靠的监测数据采集感知;同时,采用工业以太网和TCP/IP协议,构建了分布式、多级连接的网络结构型式与物联网采集平台,实现了并行通讯与同步采集模式,大幅提高了大型安全监测自动化系统的采集稳定性和响应速度。另外,基于B/S模式和微服务架构开发了安全监测信息管理与监控预警系统,实现了采集、管理、整编、分析与监控预警全业务应用,能够为水电站运行安全提供信息化支撑和决策支持平台。

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CK系列安全监测数据管理及分析云服务系统

 


实践检验——工程安全稳定运行的“耳目”

  溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江下游河道上,是金沙江下游河段规划的第3个梯级,是世界首座千万千瓦级高拱坝水电站;具有“河谷窄、高拱坝、孔口多、泄洪功率大,高边坡、大跨度地下洞室群”等特点,为已建成国内第三高拱坝以及国内第二大水电站。

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溪洛渡水电站

  为全面监控电站建设质量和安全,溪洛渡水电站在建设期安装了近万支各类传感器,并委托长江科学院开展了溪洛渡水电站安全监测自动化系统建设,建成了1个中心管理站、3个监测管理站、83个监测站,累计安装各类采集设备397台,接入安全监测测点7720个,是国内已建成规模最大的基于以太网组网的安全监测自动化系统。该系统核心硬件及软件全部采用长江科学院自主研发的安全监测智能采集成套设备与云服务系统。
  安全监测行业“三分看设备、七分靠施工”,施工质量往往是安全监测自动化系统能否成功的关键所在。溪洛渡水电站作为世界级高拱坝,工程规模大、监测仪器种类繁多、监测点位布置分散,监测自动化系统的建设难度远高于普通电站,尤其溪洛渡所采用的“新型设备”还没有过如此大规模的应用,因此更需要严格管控施工质量。

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现场监测站之一

 

  长江科学院科研团队在业主、设计、施工和监理等单位的联合支持下,围绕自动化系统安装调试及运行维护过程中的重难点问题,严格要求,逐个击破。
  针对溪洛渡振弦式仪器占比较多的特点,创新应用基于谱分析算法的振弦仪器频率信号智能采集技术,实现了稳定可靠的监测数据采集感知。
  针对溪洛渡仪器种类繁多,并已埋设了近十年,部分仪器参数可能发生了变化,长江科学院科研团队自我加压,要求对每支仪器都进行了详细测试、标定检验和编号归类后才能接入系统,确保分析结果精准可靠。
  大坝基础廊道没有电梯直达,只能通过近50米高差的狭窄步梯到达,建设者们不打折扣,通过“蚂蚁搬家”一点点的将检验仪器设备搬运到测站,确保所有测点检验测试合格接入系统。2020年以来更是克服新冠疫情带来的不利影响,顺利按期完成全面安装调试工作。

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长江科学院院领导多次赴现场进行质量监督、安全检查、看望慰问


  自项目实施以来,该套系统历经了重重考验。2017年5月至10月,在该系统正式实施之前,为确保自主研发设备的性能和稳定性,长江科学院科研团队在电站现场进行了设备首台应用示范和耐久性测试,选取市面上的常规设备进行同台竞技。长达半年的测试显示,长江科学院自主研发设备在测量准确度、测量速度、通讯的稳定性和速度以及易用性等方面均优于市面常规设备。在确保技术可行、稳定可靠的前提下,才开展设备的全面推广应用。
  2019年6月17日,四川宜宾市长宁县发生6.0级地震,溪洛渡水电站震感明显。地震发生时,溪洛渡水电站安全监测信息管理系统实时接收强震监测信息,通过判别实测峰值加速度大于系统预设阈值,自动化系统立即启动了系统巡测预案,实时获取地震期间大坝安全监测数据,为震后大坝安全状态分析评价提供了有力的数据支撑。
  一次次严峻的考验,一次次高效的应对,充分验证了长江科学院自主研发的安全监测自动化系统,在地震突发、水位骤升骤降等情况下,能够发挥有效的实时监控预警作用,真正地成为了溪洛渡水电站工程安全稳定运行的“耳目”。


未来可期——为大国重器安全稳定运行保驾护航

  自主研发,成功应用!2020年11月,溪洛渡水电站安全监测自动化系统通过了预验收,开始投入试运行阶段。经过为期一年多的试运行考核期,自动化系统数据缺失率仅为0.55%(规范标准≤3%),平均无故障运行时间为7230小时(规范标准≥6300小时),各项评估指标远高于规范标准要求。
  “相关智能采集终端具备通道复用功能,实现了振弦、差阻、电流、电压等多种类型监测仪器的统一接入,也便于后期维护。”长江科学院工程安全所监测系统集成技术研究室主任韩笑介绍,内置的监测仪器智能诊断技术,可以有效判别仪器状态,进一步提高了监测数据的准确率,能够实现实时监控预警;基于B/S模式和微服务架构开发的软件系统,集成了水情气象系统、地震监测系统、GNSS系统等多个相关业务系统,实现了采集、管理、整编、分析与监控预警全业务应用,为工程运行安全提供了信息化支撑平台。

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监测中心站屏幕系统


  科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。作为国内目前规模最大、数据采集速度最快的安全监测自动化系统,溪洛渡水电站安全监测自动化系统正作为“样板”进行推广应用。向家坝、乌东德、白鹤滩等巨型水电站,丹江口水利枢纽、大藤峡水利枢纽、珠三角水资源配置工程等国家重点水利工程,同样将这位可靠的“智能医生”植入工程建设及运行中,时时刻刻为大国重器的安全稳定运行保驾护航。
  习近平总书记在近日武汉考察中强调,“必须完整、准确、全面贯彻新发展理念,深入实施创新驱动发展战略,把科技的命脉牢牢掌握在自己手中,在科技自立自强上取得更大进展,不断提升我国发展独立性、自主性、安全性,催生更多新技术新产业,开辟经济发展的新领域新赛道,形成国际竞争新优势。”长江科学院作为国家公益性水利科研机构,一直致力于面向重大科技需求,加强科学研究与创新,加快破解行业和流域重大科学问题和关键技术瓶颈,不断强化国家水利战略科技力量的使命担当。
  惟创新者进,惟创新者强,惟创新者胜。推动新阶段水利高质量发展,科研创新,未来可期!

 

信息来源:长江科学院

安全监测自动化系统水电站
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