李家峡水电站静力水准自动化监测系统技术改造及运行评价
作者：张治；邢永红







1、简介

1.1工程概况

       李家峡水电站位于青海省尖扎县和化隆县交接的黄河干流上，距上游龙羊峡水电站108.0km，距西宁市112.0km，是以发电为主，兼顾灌溉、供水等综合利用的一等大型工程。坝址上控制流域面积136747k㎡，水库正常蓄水位2180.00m，设计洪水位2181.30m，校核洪水位2182.60m，水库总库容17.5亿m3，为日、周调节水库。混凝土拱坝前沿长438.417m，坝顶高程2185.00m，最大坝高155.0m，最大底宽45.0m，厚高比0.29.左岸重力墩长56.98m，最大坝高28.5m；左岸副坝长100.0m，最大坝高32.5m。

1.2静力水准系统概况

       李家峡拱坝在2059m、2114m、2150m高程坝内灌浆廊道设置了静力水准测线，各点测值仅能反映相对于基点的沉降或抬升变位。纳入自动化观测的共60个测点。2059m高程廊道共布设21个测点，共分为6段，其中主坝坝体布设21个测点，共分为6段，其中主坝坝体布设12个测点，在10-11坝段横缝布设2个倾斜观测点，监测坝基的沉降与倾斜变形；2114m高程廊道共布设30个测点，共分为7段，其中主坝坝体布设24个测点，在5#-6#、10#-11#、14#-15#坝段横缝各布设2个倾斜观测点，监测坝体中间部位的沉降与倾斜变形；2150m高程廊道共布设9个测点，分2段，左岸4个测点，右岸5个测点，分别监测两岸坝肩坝体与岩体的沉降。

2、原系统个存在主要问题

       由于系统灌肠器运行，后期缺乏及时维护更新，运行7年来主要存在以下问题：

（1）静力水准钵体及连通管内普遍存在有水垢，水垢较厚；管路与水准仪之间连接不合理，影响管路的连通性。连通管采用蛇皮管，气泡等缺陷难以看清，管路缺陷检查困难。

（2）绘制静力水准各测点长序列测值过程线对比分析，静力水准测值均存在下沉的趋势性变化（精密水准人工观测成果没有趋势性变化），说明这种趋势性是静力水准系统本身的原因造成（如漏液、液体蒸发等）。从相对值过程线看，个别测点测值稳定性较差，原因为传感器存在故障，如JS6、JS20、JS25、JS66测点。

（3）采集系统故障频繁。从2004年至2009年9ue的数据统计看，静力水准系统更换维修静力水准仪6台，更换MCU8台，数据报警9683次、MCU报警2148次，数据采集平均缺失率8.9%。

（4）从2007年大坝定检静力水准系统连通性和准确性测试结果看，有3个测段最大较差中误差超过0.8mm，说明这3个测段静力水准管路连通性或测值准确性较差，应进行检查维护，必要时更换静力水准仪。三个测段分别是：JS9-JS10段、JS22-JS27段、JS38-JS47段。

3、系统改造方案

3.1测点优化

       从大坝定检观测资料分析的结果看，在坝体与坝基结合部位沉降量相对较大，河床部位及两岸基础沉降量逐渐减小，说明基础压缩性各坝段不同，但是相邻坝段间位移差较小，反映了基础纵向垂直位移变形均匀，大坝整体性较好。因此，垂直位移监测的重点应为两岸岩体与坝体结合部位以及拱冠、1/4拱、重力墩等重点坝段的垂直变形，本着“监测有效、重点突出，取舍合理”原则对测点进行友缘，具体内容为：

（1）2150m高程左、右岸原静力水准测点保持不变。

（2）2059m高程测点：保留左右岸1/4拱、拱冠、两岸基础重点部位的测点，剔除5￥坝段的JS27测点、7#坝段的JS31测点、9#坝段的JS33测点、13#坝段的JS40测点、15#坝段的JS44测点、17#坝段的JS46测点。优化后的测点数由原来的30个测点减少为24，测段数仍保持原来的7段不变。

（4）测斜侧点保持不变

       综合以上各层静力水准测点优化结果，测点由原来的30个优化为50个。

3、设备改造

（1）由于该系统测量仪器同时选用了两种不同类型产品，为便于后期维护、管理，因此对2150m高程左岸廊道安装的4台静力水准遥测坐标仪更换为磁致伸缩式静力水准仪；对稳定性较差的JS6、JS20、JS2、JS66仪器传感器进行更换。

（2）拆除所有静力水准仪，返厂进行灵敏度系数标定，对标定中不符合要求的传感器进行更换。

（3）对水准仪钵体、浮子进行清洗；鉴于连通管及连接件已出现结垢现象，导致管路连通性降低，加上连通管为蛇皮管，难以看清故按内液体情况，给检查气泡带来困难。因此对连通管进行更换，材质选用白色透明硬塑料管，管路内加注防冻液，管路用石棉管进行保温。

（4）对电缆绝缘电阻进行检测，对电缆接头绝缘存有问题的接头进行重新处理。

4、改造完成后系统运行评价

4.1静力水准自动采集系统短期测值稳定性测试
       静力水准自动化系统短期测值稳定性考核主要通过段时间呃逆的重复性测试，根据重复测量结果的中误差来评价。 根据大坝结构和运行特点，假定在较短时间内库水位、气温、水纹等环境量基本不变，则静力水准测值也应基本不变。通过自动化系统的段时间内连续测读n次，由n次读数计算其中误差，根据中误差评价静力水准仪重复读数精度及测值稳定性，根据静力水准仪技术指标取测值中误差限差为±0.2mm。

       2013年5月22日对所有50台静力水准仪进行了连续15次的重复性测试。各测点测值中误差计算表明，各静力水准仪测之中误差均满足小于±0.20mm要求，说明静力水准仪段时间内的测值是稳定的。

4.2静力水准自动采集系统运行可靠性评价

       在现行的规范中，对系统的可靠性可用平均无故障工作时间（MTBF）及数据缺失率（RF）来考核。

4.2.1平均无故障工作时间

       平均无故障工作时间是可修复设备在相邻两次故障质检工作时间的平均值，它相当于设备的工作时间与这段时间内设备故障数之比，是设备可靠性的一个重要的定量指标。

       故障定义：自动采集系统在一定时间内不能正常工作，造成所控制的测点测值异常或停测1周以上，称为测点发生故障。如果测点不能正常工作，但在一周内能回复，则不计故障次数，但应计故障天数，本次考核时间为一年半，静力水准自动采集系统搞平均无故障表可以看出，静力水准自动采集系统更没有发生故障，平均无故障工作时间为12408小时，满足要求。

4.2.2数据缺失率

       数据缺失率是指未能测得的数据个数与应测得的数据个数之比，考核期和数据缺失计算原则与平均无故障工作时间相同。

      根据《大坝安全监测自动化技术规范》有关“监测系统自动采集数据的缺失率应不大于3%”的要求，本次系统数据缺失率考核指标取3%。静力水准自动采集系统数据缺失率统计表可以看出：静力水准数据缺失率均在3%以内，符合规范要求。

4.3静力水准自动采集系统检测数据分析

      静力水准系统因进行设备拆除、返厂标定及现场安装调试，故此时段内所测数据均不采用。静力水准测点绝对位移均相对于本段测线基础廊道内年变化较小、较稳定测点的位移量，故在此不与人工数据进行比测。从静力水准实测资料来看：静力水准各测点垂直位移测值变化较小，反映的打靶变形趋势与廊道水准点的趋势一致。总体来看，自动化系统改造完成后静力水准大多数测点相对位移过程线较平稳，规律明显，变化趋势符合大坝变形规律，呈年周期性变化，未出现异常。







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