静力水准监测系统在牛路岭大坝的应用
作者：符策飞





1、工程概况

       牛路岭水电站位于海南省万泉河支流乐会水上游琼海市会山镇境内。该工程是以发电为主兼顾防洪等综合效益的水电站。坝址以上控制流域面积1 236 km2。多年平均来水量为 22.4 亿 m3, 电站总装机容量 4×20 MW。工程枢纽由拦河坝、坝内式厂房、放空管、进厂交通洞、开关站、副坝等组成。

拦河坝为混凝土空腹重力坝, 最大坝高 90.5 m,坝顶高程 115.5 m,坝长 341.2 m,大坝共分 24 个坝段,从右到左编号为 0～23 号。1～8 号和 17～23 号为非溢流坝段, 8 号坝段设放空管, 10～16 号坝段为空腹重力坝,空腹内设主厂房。正常水位 105.00 m。死水位为80.00 m, 有效库容 4.17 亿 m3,总库容为 7.78 亿 m3,为年调节水库。大坝安全运行二十多年, 未发现大的异常、缺陷。1997 年大坝安全定期检查被评为正常坝。

       大坝布设了一套较全面的观测系统, 其中 85 m高程廊道内布置一条监测 6～20 号坝段的垂直位移的静力水准, 以右端点作为起测基点, 但由于水位测针、塑料水筒和玻璃管组成的连通管经常出现玻璃管破裂, 且水筒透明度低, 误差大, 观测资料不可靠, 1990年 10 月该系统设施报废。为了提高大坝观测精度, 保证资料的精确性和及时性, 1998 年, 由武汉地震所对静力水准系统进行了改造, 同年 12 月投入运行。

2、系统工作原理与技术指标

2.1系统的工作原理

        采用国家地震局研究所研制的 JSY- 1 型液体静力水准遥测仪,该仪器应用连通管的原理, 选用线性差动变压器把位移量变成电信号( 当监测仪器所在位置垂直位移变化时, 该仪器感受容器内液面发生变化) , 其工作原理实质上是铁芯可动的变压器,监测时由计算机自动巡测,也可选择点测,通过 1 台JSY- 2 型数字位移测量仪遥控转换选择测点, 将大坝坝体相对工作基准点变化转换成电信号输出,经计算机软件处理,最后将坝体相对变位高差显示、打印、存盘、绘图、制表等。

2.2仪器的主要技术指标

       ①液位灵敏度:0.01m; ②读数精度:目测和电测均为 0.01mm; ③两测点高差测量中误差 m≦±0.1m; ④量程: ±15mm; ⑤传输距离1km; ⑥记录方式:微机采集、数显读数、模拟可见记录; ⑦环境条件:温度为 4℃～35℃; 湿度为 100%。

3、仪器的现场布置及安装调试

3.1仪器的布置

        静力水准测点布置在 85 m 高程廊道中, 右起 6号坝段, 左起至20号坝段, 全长192.5m, 共设置 20个测点。6 号坝段设置 3 个测点, 10 号、16 号、20 号坝段设置 2 个测点, 其余坝段各设置一个测点, 均安装在坝段的中间上游侧, 其工作基准点设在 6 号坝段 1 号测点。

3.2现场安装调试

       静力水准仪器是采用差动电阻式仪器, 通过液体连通原理实施自动化监测。各仪器布置在同一高程上( 高差≦3 mm) , 仪器安装在预先浇制的混凝土墩钢板上, 然后连接水管, 灌注液体, 排尽管中气泡, 解决好管路连接处的渗漏问题和排尽管路中的气泡, 这是系统能否正常运行和测值能否稳定关键所在。安装完毕后进行现场 2～5 mm 内标定检查系统性能。

4、系统运行情况及资料分析

4.1 系统运行情况

       静力水准自动化监测系统经 6 年多的运行, 各仪器工作性能稳定, 但也发现不少问题。初期发现测值异常, 测值不稳定, 以为位移换能器有问题, 寄去厂家维修。经总结, 规定每天8时对该系统采集巡测一次, 并保存。8月2日6号测点测值偏小, 检查发现电源芯线被老鼠咬断一根, 经过焊接, 重测恢复正常。为保证系统正常运行, 平时要加强检查,主要检查: ①主体集线盒的输入和输出电源线线路的电压是否正常; ②浮子杆可动铁芯是否在线圈范围内上下浮动; ③位移换能器是否有问题; ④连通管中的水质是否畅通、检查标定装置。在注加蒸馏水时, 活动铁芯必须在初次设定的线圈范围内, 也即△H 电=△H 水 , △H 电- 数字位移测量面板上显示数值变化, △H 水- 各主体水位变化; ⑤检测电源电压( 插头三芯) 正常电压 22～40V; ⑥信号检测插头( 二芯) 电压超过±5V 或无电压时, 集线盒坏。

4.2 监测资料定性分析

        系统运行 6 年后, 对比较稳定的 10 号坝段 J6、 J7 两测点自动化监测与人工观测位移进行对比分析。从图中可看出, 人工测值过程线没有明显的周期变化规律; 自动化测值过程线 2003年11月至 2004年1月, 测值有跳跃式, 加强巡视检查与监测, 通过资料分析, 坝体垂直位移主要受温度的影响。拦河坝段, 主要是空腹与坝体面直接受气温的影响, 因此, 过程线有较明显的变化规律。一般影响大坝坝体位移的外因是水位和温度变化。库水位对坝体的影响不大, 唯有气温具有一定的变化规律, 坝体的垂直位移随温度变化而变化。从图中看出, 坝体冬季下沉, 夏天上升, 变化规律和气温变化规律相符。即自动化监测总体上是可靠的, 而人工测值精度不够, 主要是目视测微器误差较大,很难反映出坝体位移变化规律。

5、结 论

       6年多的运行实践, 证明牛路岭电站采用的静力水准自动化监测系统是稳定的、可靠的、精度符合要求的。静力水准监测系统设备应有人工观测设施, 以便同一时间段对比观测, 另外, 一旦自动化仪器出现故障, 不能及时解决, 可用人工观测, 以保持资料的连续。监测自动化涉及到传感技术、测量技术、计算机及坝工技术, 所以运行管理人员要具备以上业务知识,必要时应进行针对性培训学习, 不断提高水平。







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