4锦屏一级水电站大坝左岸混凝土冷却通水自动化监测方案.doc

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1、雅砻江锦屏一级水电站大坝左岸工程施工（合同编号：JPIC-200617）锦屏一级水电站大坝左岸混凝土冷却通水自动化监测方案批 准：审 查：校 核： 编 制： 中国水利水电第七工程局锦屏施工局2011年06月12日 锦屏一级水电站大坝左岸混凝土冷却通水自动化监测方案1、概述1.1工程概述锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段（卡拉至江口河段）的控制性水库梯级电站，下距河口约358公里。锦屏一级水电站坝址以上流域面积10.3万平方公里，占雅砻江流域面积的75.4%。坝址处多年平均流量为1220立方米/秒，多年平均年径流量385亿立方米。锦屏一级水电站规模巨大

2、，主要任务是发电。电站总装机容量360万千瓦(6台x60万千瓦)，枯水年枯期平均出力108.6万千瓦，多年平均年发电量166.2亿千瓦时。水库正常蓄水位1880米，死水位1800米，总库容77.6亿立方米，调节库容49.1亿立方米，属年调节水库。枢纽建筑由挡水、泄水及消能、引水发电等永久建筑物组成，其中混凝土双曲拱坝坝高305米，为世界在建第一高拱坝。左岸大坝为113#坝段，温控混凝土总量约267.8万m3，工期紧，施工强度高，温控要求严格。大坝混凝土冷却主要分一期冷却、中期冷却和二期冷却三个阶段进行，冷却时间不少于91d。冷却时间长、精细化要求高：一期冷却降温速率0.5/d，中期冷却和二期冷

3、却0.3/d。内部最高温度符合率95%以上，各期目标温度控制符合率95%以上，降温速率符合率95%以上，同层内部温度温差2，且符合率95%。自动化监测主要用于大坝EL1664m以上部位和垫座EL1757m以上部位的通水流量检测。1.2通水自动化监测的意义水电工程大体积混凝土的通水冷却降温，是解决大坝混凝土水化热引起的温度应力和达到设计要求的封拱灌浆温度必须采取的技术措施。通水冷却技术复杂，为工程建设设计与研究的重要内容。目前通水冷却的监测为人工检测、记录，数据采集的及时性、准确性不高，与305m级混凝土双曲拱坝对温控的要求不相匹配。随着计算机技术、无线数据传输技术、传感控制技术的发展与成熟，使

4、大坝通水冷却自动化监测成为可能。针对现有大坝通水冷却监测方式的缺陷而研发的大坝混凝土通水冷却数据采集系统，将改变以往大坝冷却通水手工监测和记录的管理方式，实现温度和流量采集的标准化和自动化运行，提高通水冷却施工现代化管理水平。自动化采集在准确性和可操作性方面比现有测试手段有了很大提高，进一步提高了大坝混凝土温控的施工效率，为精细化通水冷却提供了操作平台。1.3通水自动化监测的重点和难点通水冷却数据自动化监测是一项新的施工技术，无成熟经验可以借鉴，因此在实际应用过程中还需要进一步改进和完善。目前自动化监测的重点和难点主要有以下几个方面：大规模可靠组网，网络规模可达到1000余组（每组包含了3个温

5、度和一个流量），为了达到高标准的实时监测，需要配置高速的现场总线。自动监测系统与其它系统数据接口的衔接。现场恶劣环境（经常有水喷溅、多扰动），线缆和设备保护难度大。线缆布置和电源供应，主要是冷却水管在现场的布置很密集，随着冷却水管的改动将造成传感器较难维护。2.通水自动化监测实施方案设计2.1自动化监测原理冷却通水自动采集系统原理和组成如图1所示。图1 冷却通水自动采集系统原理和组成大坝混凝土冷却通水数据自动采集系统由4部分组成：1. 便携式采集仪系统由便携式采集仪和手持PDA组成，采集仪负责连接传感器度读取数据，PDA负责记录和上传数据。2. 传感器包括流量温度传感器和温度传感器，分别串接于

6、一组冷却水主管的进出水的手动球阀上部，可以采集到进出水的温度和流量。3. 数据库服务器负责存储冷却通水和混凝土内部温度等数据。数据库结构采用有针对性的设计，充分发挥关系数据库的优势，将数据资料规范地存入其中，为进一步的数据分析奠定基础。4. 资料整理客户端负责基础资料管理、报表生成、数据导出、数据分析、图表显示和部分数据的录入。该客户端采用CS模式，充分考虑现场人员的需要，将录入操作进行了简化，比在Excel中录入更方便，是采用BS模式的系统所无法比拟的。主要仪器设备性能1. 采集仪三通道温度和单通道流量的并行采集能力，流量采集分辨率为0.03 m3/h，温度采集分辨率为0.1。采集仪的续航能

7、力24h。采集仪接收传感器的信号为全数字信号，不会引入二次仪表误差。2. 流量传感器准确度(0.03+5%)，测量范围010m3/h，耐压1.75MPa。3. 温度传感器准确度 0.5，测量范围1085。系统特点（1）自动采集系统操作简便，只需连接插头即可读数并存贮；（2）大大缩短检测时间，连接插头后510s内即可测得温度和流量数据；（3）减少了现场的数据记录、标准表格填写以及录入电脑等工作，大大提高工作效率，避免了数据记录或录入过程中产生的错误和遗漏； （4）提高了数据的稳定性和准确性，为数据分析和混凝土温度控制提供了更加可靠的依据。2.2整体规划2.2.1自动化采集系统网络规划大坝冷却通水

8、自动化采集系统，是为了满足及时、快速、准确的采集数据和处理数据。同时根据现场施工条件，自动采集系统数据服务器设在EL1885m前方调度指挥中心，并在EL1885m架设无线网络覆盖整个大坝施工区域，收集和传输数据。C标的生活办公营地主要设置在3#营地，为了满足数据的及时性、共享，因此3#营地与EL1885m指挥中心采用光纤连接，以保证整个温控监控系统第一时间获得现场温控数据，并反馈至前方。2.2.2自动化采集系统现场布置规划每组温度、流量传感器安装于对应水管内，同时在每层栈桥设置集中采集站，然后将数据自动传输至服务器。整个自动化采集系统随着大坝浇筑进度而上升，随着接缝灌浆结束而周转。坝后栈桥通道

9、基本按照一个灌区一层栈桥，横向联通各坝段。冷却供水管路沿着栈桥进行铺设。因此通水自动化采集传感器也沿着栈桥进行安装、连接。同时，一个自动采集仪只能传输56套传感器数据，因此每层栈桥需布设若干个采集仪。每个坝段按照1.5m一层冷却水管，每层34套冷却水管计算，故而每层灌区每个坝段约1824套冷却水管，因此可以每23个坝段设置一个自动采集仪。孔口坝段由于冷却水管加密，上下游牛腿及闸墩部位冷却水管按照1.0m垂直间距铺设，仓内每层按照23套冷却水管铺设，故而每层灌区每个坝段约3036套冷却水管。另外，牛腿部位冷却水管基本埋设牛腿两侧集中困难，因此每个孔口坝段设置一个自动采集仪。具体布置形式见附图。根

10、据温控技术要求，接缝灌浆技术要求规定，达到接缝灌浆条件必须满足一个灌浆区，两个同冷区，一至两个过渡区，一个盖重区即盖重高度要求48m。另外，接缝灌浆按照同拱圈进行，坝段最大高差控制在30m以内，因此二冷结束时最高坝段可能达到78m。也就是说通水冷却存在89个灌区同时通水冷却的情况。因此，自动采集仪周转数量按照89层进行准备。2.3仪器安装及保护2.3.1流量感器和温度传感器安装流量传感器和温度传感器均为成品，出厂前对传感器测量精度进行校核合格后方可出厂，运至现场后直接安装至对应的冷却水管上即可，其安装程序如下图所示：室内传感器组装现场对应组装系统内设置对应冷却水管编号安装测试连线进采集站传感器

11、检查、维修、安装周转传感器拆除维护使用传感器安装流程图安装过程中必须注意对传感器的保护，按照安装说明书进行安装调试，绑扎牢靠杜绝冷却水管漏水现象。2.3.2设备维护传感器维护：由于现场施工条件极为复杂，设备的维护工作极为重要。传感器置于管道内易于保护，采集线需要做专门的保护。采集线采用成束、进管统一走线方式进入采集站，日常维护主要针对数据变化异常或者无传送数据情况进行检查、维修，并定期对传感器进行清理。采集仪维护：本设备的外壳是具有防水功能，但是打开设备盖子在使用过程中防水性能较差，因此在使用过程中应注意不能将大量水泼入设备内。如有少量水溅到设备面板上应及时擦净。设备的屏幕上总是实时显示设备内

12、电池的电量，当电量10%时，应停止使用并及时充电，以保证设备总是处于待用状态。本设备内部使用的是锂离子可充电电池，所以并不需要每次将电量耗尽后才充电，也不需要在使用新设备时进行三次充足的充电。系统维护：指派专业人员对施工区网络和数据库进行监管和维护，确保日常正常工作。2.4数据采集与反馈数据采集依靠传感器、数据自动发射装置以及无线网络将数据传输至数据库服务器，然后通过将数据传输至大坝温控实施控制系统。同时生成各类报表和数据统计分析指导现场通水冷却，数据采集和反馈流程如下图所示：通水冷却数据库服务器数据处理系统温控实时系统通水计划数据分析自动采集装置内部温度数据数据采集及反馈流程图通过自动化采集

13、系统数据可以得到及时处理，现场指挥中心通过对讲机与现场通水调节人员随时保持联系，及时进行通水流量、进水温度调节以做到精细化通水的目的。混凝土内部温度自动采集至服务器，指派专人24小时值班对内部温度进行监测。将数据及时录入冷却通水数据处理系统生成通水日计划指导现场通水调节。2.5运行机制及保证措施为了保证整个温控系统能够很好的运行，应管理局、监理要求设置温控领导小组和温控工作组。具体组织机构如下图所示：温控领导小组：希举科 管大刚 林勇温控工作小组：武三宝 刘明生 李建武通水班：赵妙增内部温度检测：谢修辉内业组：王艳红项目部主要领导管理大坝温控工作，加强了现场协调力度和执行力。同时为了很好运行温

14、控自动化采集系统，项目部也投入了大量的人力和物力。如下表所示：表1 通水冷却自动化采集主要设备序号仪器设备名称规格型号单位数量进场时间备注1固定式温度和流量传感模块套2500新购2自动采集站套60新购3数据处理软件套1新购4现场无线网络覆盖项1新购5对讲机部12 新购6电脑台4 新购7打印机Canon2900台1新购8复印机Bizhub362台1新购9传真机KX-FL313CN台1新购10汽车皮卡/双排座部2租用3主要设备仪器费预估通水自动化监测所需主要设备仪器单价按照葛洲坝右岸项目部单价估算，施工及则预计左岸通水自动化监测所需主要设备仪器费用为766.47万元，详见表2所示：表2 通水冷却自

15、动化采集主要仪器设备费预估表序号名称单位数量单价金额备注（元）一直接费6583455（一）仪器设备5711700156通道测控装置台60 500003000000专为现场定制2固定式温度和流量传感模块套25005001250000模块包括2个温度传感器和1个流量传感器。费用包含模具费用分摊和仪器设备检验费。33芯线缆米7500086000003*0.37mm2外径约6mm44芯线缆米75000107500004*0.37mm2外径约6mm5电源线米120004480006对讲机部12850102007电脑台45000200008打印机台1130013009复印机台1300003000010KX

16、-FL313CN传真机台122002200（二）安装费8567553现场安装和调试项1856755856755按仪器设备费用的15（三） 软件150004数据处理软件套11500015000包括数据库、计算、报表和辅助计划。二间接费5%329172.8按直接费的5%取费三管理费5%345631.4按直接费和间接费总和的5%取费。包括研发管理和差旅交通费等。四税金5.60%406462.5以上费用总和的5.6%。五总计76647224质量安全保证措施所有人员均培训持证上岗，在实施过程中严格按照设备安装流程、熟练掌握系统进行操作。在施工过程中坚持“安全第一、预防为主”的安全生产方针，贯彻执行职业健康安全方针。