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科技创新 智慧引领 打造智慧电站新标杆

——吉林台一级水电站外观自动化项目连获大奖

作者:李小虎   发布时间:2020-09-16 17:16:23   点击次数:

水电作为可再生清洁能源,在我国能源建设领域得到了持续发展。由于水电站工程环境条件十分复杂,加之水文地质、施工质量、运行管理、工程老化以及自然灾害等原因,会产生各类不利于大坝和水工建筑物安全的风险,不仅影响水电站效益的正常发挥,而且会对下游人民生命财产安全造成威胁。因此必须通过安全监测,及时发现建筑物或构筑物的异常变化,对其安全性做出科学评价,从而指导现场有的放矢地进行维护除险,保证水电站的安全稳定运行。

吉林台一级水电站处于高寒地区,大坝及水工建筑物和边坡的变形观测自建站以来一直采用全站仪人工观测方式,由于观测基点均设在坝址周围稳固的山坡上,所以每年冬季大雪封山,外观观测需停测4~5个月;即使在可观测季节,遇暴雨、地震等特殊时段,也无法在第一时间获知变形数据。同时,人工观测也存在监测频次低、数据采集慢、环境干扰大等缺点,对电站的安全监测工作来说是一个短板。

近几年,国家鼓励科技创新政策的发布,“互联网+”智慧能源发展的指导意见的出台,电力企业“智慧电站”建设的提出,都为改变传统安全监测方式方法提供了难得的机遇。并且伴随电力科学技术不断发展和计算机监控水平提高,大中型电站已基本实现中控室现场控制和集控中心远程控制的管理摸式,为全面适应未来电站运营的需求,安全监测工作方面,有必要对原来的人工观测方式进行自动化改造,消除人工观测的弊端,达到更好的监测效果,并能迅速将监测成果转化为安全信息,从而更及时有效为水电站现代化决策管理提供数据支持,指导大坝的正常运行,使其充分发挥工程效益。

为响应吉林台公司“智慧电站”建设的要求,我公司联合中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司、武汉大学,共同研究开发吉林台一级水电站表面变形全站仪自动监测系统。目标是要以全站仪的自动测量机器人加观测房的自动控制系统及数据的自动传输、自动处理及发布等替代传统的人工观测及数据处理方式,实现无人值守、实时在线、自动计算分析等功能。不仅可以节省人力、提高观测精度、提高观测作业的适应性(在冬季及特殊时段依然可以运行);能够消除人为误差,提升监测成果可靠性;并能及时自动观测、及时传输、处理观测成果并发布,提高信息的发布速度。自动化观测方式可迅速将监测成果转化为工程安全信息,确保工程运营安全之目的,对水电站决策管理具有重要意义。

该自动化测量系统利用安装于固定测站的自动测量机器人系统,按照指定时间或控制中心的人为指令,按设定的测量方法对监测点和参考点进行连续测量。同时为保证数据采集的质量,自动化测站会根据外部环境选择合适的观测时机,预先设置各项观测限差和精度指标要求,对测量机器人采集的数据成果实施自动化控制,并将符合要求的观测数据实时传至工控机和服务器,通过系统软件的数据处理、统计分析后,将监测成果迅速进行网络推送发布。采用自动化观测系统能进行外观变形连续监测和自动分析,一个测量周期能在短时间内完成。所以能在暴雨、震后第一时间对边坡和大坝变形情况进行监测,对超限变形部位进行预警,最大限度提供了安全运行需要的变形信息,为电站的安全运行保驾护航。

该项目自2018年10月开工,在陡峭的山崖上开始了充满艰险的建造过程:在岩石上开挖基础建造自动化观测房,敷设通往山上自动化测站的光纤和电缆,安装网络通讯设备并组网调试,安装气象及各种自动控制传感器,安装调试测量设备等。至2019年8月全部完成现场建设并投入试运行。现场建造的过程固然充满艰辛,而在高海拔高寒地区怎样能够完全实现最初的设计意图更是充满了挑战,技术人员夜以继日地刻苦攻关,在国内外没有经验可借鉴也没有资料可参考的情况下,研究解决了多个关键技术问题并做出了多个创新:

1、高纬度、高海拔、高寒地区的智能观测站的设计和建造(涉及到要保证系统在高寒、雨、雪或内外温差过大等特殊气候条件下的正常运行及防护);

2、自动化观测方法及测量精度的研究;

3、气象站、智能观测站、测量系统的交互控制(高度协调的系统自动化(智慧化)控制的核心部分);

4、数据的平差处理及成果应用;

5、监测数据管理和监测信息的可视化(成果不再是一堆枯燥的数据,而是以形象生动的可视化方式展现)。

6、高寒地区智能观测站建设(智能观测站内的气象条件观测设备、室内外温、湿度、雨雪及自动启闭的观测窗及测量系统的协调控制;测量过程中遇到不利条件或事件时可自动快速关闭以保护测量设备)。

最终不只圆满地解决了上述复杂的技术问题,更是创造性地实现了外观自动化观测的智慧化,系统运行稳定,成果连续,精度相比人工观测也大幅度提高,实现了最初的设计目标,也取得了良好的应用效果。

该表面变形全站仪自动监测系统的应用产生了良好的经济效益和社会效益:大幅提高了安全监测的服务水平,减少了测量人员的投入;自动化系统可持续不间断地施测,在特殊工况下第一时间观测并给出观测成果,大大提高了水电站的安全保障水平,也提高了电站的应急响应速度,为水工建筑物安全运行,水电站创造更大的经济效益打下了坚实基础。该系统提高了安全监测自动化、网络信息化、智慧化水平,进而也提高了电站的安全运行管理水平。

一群专业的人拿出实干的精神,干出了一件创造性的专业的事!辛苦的付出没有白费,辛勤的努力总有回报——而且是丰厚的回报:今年以来,吉林台一级水电站表面变形全站仪自动监测系统凭借对智能测站的创新设计和实用功能申请一项实用新型专利《一种外观变形自动化固定测站》,8月份该项目获得了“国电电力科技进步二等奖”,9月份该项目又喜获2020年北京市测绘学会科技进步一等奖。

收获的荣誉是对华可实人秉持的“精益求精,智慧创新”精神的肯定,同时也是一种激励——激励我们要以更加坚定的信心,更加奋发有为的姿态,在安全监测领域继续深挖技术潜力的同时,依靠科技进步,坚持技术创新,为安全监测及水利水电行业的数字化、智慧化做出更多、更实实在在的贡献。

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