四川圣达水电开发有限公司 614000
摘要：近些年，在役弧形闸门出现事故和失效的情况时有发生，这一系列问题的出现，敲响了设备安全巡检的警钟，要求运营单位必须加强对弧形闸门的监测工作，及时发现问题，解决问题。国家发改委《关于加强流域水电管理有关问题的通知》（发改能源[2016]280）要求“加强水电综合监测管理，建立完善的水电实时监测体系”；水利部《关于进一步加强水库大坝安全管理的意见》（水建管[2018]63号）要求“推进大坝安全管理提档升级，实现动态化监测、智能化控制、现代化管理”[1]。本文将以安谷水电站为例，探讨在线监测技术在泄洪冲砂闸门中的应用。
关键词：安谷水电站；在线监测技术；弧形闸门
安谷水电站位于四川省乐山市市中区安谷镇，为大渡河干流下游梯级开发最后一级，距上游已建沙湾水电站约35km，下游距乐山市区15km。电站采用一级混合式（河床式厂房加长尾水渠）开发。坝顶高程400.70m，建坝壅水高20.0m。厂后接长9430m的尾水渠，尾水渠利用落差15.5m。电站正常蓄水位398.0m，相应库容6330万m3，装机容量4×190MW（大机组）+1×12MW（小机组即生态机组），额定水头33.0m/21m，设计引用流量2576.0 m3/s+64.9 m3/s，保证出力203 MW，多年平均发电量31.44亿kW•h，利用时数4073h。电站具有发电、防洪、航运、灌溉和供水，兼顾湿地生态和河网生境保护等综合利用功能。属国家大（二）型规模电站，挡水建筑物洪水标准按100年一遇（10800 m3/s）设计，2000年一遇（14000 m3/s）校核。
一、项目提出的背景
安谷水电站泄洪冲砂闸门的运行目前缺乏有效的监测手段，加之我站在流域所处的重要地理位置，一旦失事后果将不堪设想。将实时在线监测系统运用到弧形闸门的监测工作之中，可以对弧形闸门的运行状态实现全天候不间断的连续性监测，对于闸门出现的异常情况及时做出预警，方便技术人员及时消除故障[2]。提高闸门的安全性，保证其功能的发挥。综合以上情况以及安谷电站7号泄洪冲砂闸门实际运行情况，本次拟对7号泄洪冲砂闸门实施在线监测项目。
二、数据采集评价标准
实时在线监测系统利用传感器进行数据采集，通过通信网将数据汇集至应用服务器数据库，并在服务器进行大数据分析和计算整合，同时对照规范要求，及时发现应力、振动等各项指标是否符合要求并实施告警。评价标准有：
（一）公式分析法
依据《水工金属结构实时在线监测评价准则》（Q/MA61UHLTX﹒002-2017）企业标准采纳的公式：
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，判断闸门结构的动态特性和安全性。其中 A 为振动幅值，f 为振动频率。根据度汛过程中的监测数据，得到 A-f 曲线图，判断闸门振动响应的振幅、频率是否满足公式要求，当不满足公式关系时，表明闸门的振动特性状态不良，应当及时预警、报警。
（二）激励测频法
通过智能型激振装置的激励扫频测试，得到闸门的固有特性（谐振频率），并确定了闸门实际启闭工况条件下的振动频率预警、报警阈值，闸门启闭过程中，在实际水位条件下产生的流激振动实测频率，计算分析得到闸门时域数据，采取比对方法判断闸门运行的安全裕度和闸门运行的稳定性[3]。
（三）振动位移法
依据《水工金属结构实时在线监测评价准则》（Q/MA61UHLTX﹒002-2017）企业标准采纳的 “振动构件平均位移划分振动危害的判别标准”，采取“中等危害”、“严重危害”的指标作系统的预警、报警阈值。振动构件平均位移划分振动危害的判别标准如下：
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在闸门启闭过程中，实测的振动数据分析计算后，得到振动位移的振幅时域曲线，通过对振幅时域数据的智能化判断，显示预警、报警的频次和时段。
三、在线监测仪器设置
（一）倾角仪布置
采用倾角传感器测量闸门运行姿态，倾角传感器布置在闸门垂直中心线上，高度上处于下主横梁前翼缘的中间位置。
闸门姿态检测模块包括倾角及边距两个参数，其中边距 l 是弧形闸门倾斜后，闸门侧边到侧轨（设计边界）之间的距离，由闸门测点处的倾角 β 近似计算而得。闸门姿态监测模块可满足以下功能：当闸门边距 l 小于规定值 l min 时，即倾角仪监测到的倾斜角度达到临界值 βe 时，报警提示。
为便于计算分析，弧形闸门倾角传感器的 Y 轴与闸门垂直中心线在同一平面，X 轴作为测点旋转轴线且指向法线方向，与水流方向垂直。当弧形闸门启闭过程发生左、右方向倾斜时，监测的数据是门体绕倾角传感器 X 轴的倾斜角度 β。
根据监测要求，当闸门倾斜量达到安全界限，监测系统给出报警信号；或当闸门倾斜角度达到安全界限，监测系统给出报警信号。
（二）声发射传感器布置
在闸门左右支铰轴端面各布置一个声发射传感器。支铰轴承失效方式多为轴承润滑不良、轴承密封失效、水及泥沙进入或轴承滑动表面形成锈蚀，导致轴承润滑失效。支铰轴承滑动副接触面滑动过程中，母材金属之间的接触、母材缺陷扩展是产生声发射信号的主要信号源。弧门支铰轴承运行状态时低速重载，声发射技术作为一种新型的动态监测方法，其监测到的信号来源于摩擦副本身的接触情况，如摩擦副间微凸体的弹塑性变形与断裂、表层及次表层裂纹的扩展、材料的分层与转移、腐蚀磨损等[4]。可在设备运行期间对其进行在线摩擦故障诊断，从而实现故障预报、预警。监测手段灵活、方便，无需对被检设备进行分拆。声发射信号能很好的反映轴承的工作状态，灵敏度高、抗干扰能力强、易于实现支铰轴承的状态监测和早期故障判断。利用摩擦信号监测的声发射仪器具有灵敏度高，操作方便等优点，采用拾取摩擦声发射信号的特种声发射传感器，通过对支铰轴承的摩擦信号进行识别，判断支铰轴承间的摩擦和磨损程度。
结束语
综上所述，云平台提供的大数据可分析出各项报警的处理措施，引入的人工智能等模型可以解决资源的自动分配、调度、配置、使用、回收等资源管理，汇集成为应用体系传送至决策层，提高决策水平，为各级政府、各部门、各单位、各业务处室提供业务技术管理服务。在线监测技术在防汛抗旱指挥、水资源管理等重点业务系统的基础上，加强行业之间的信息交换共享，让互联网＋防汛抗旱、生态资源更好的服务与民，共同构建和谐美丽社会。
参考文献：
[1]黎敏.四川万年桥泄洪闸、冲砂闸工作门制造技术[J].科技创新与应用，2016，000（026）：223-224.
[2]刘敏华.飞仙关水电站右岸泄洪冲砂闸工作门安装与施工[J].四川水泥，2015，000（007）：274-274，332.
[3]郑小平，熊增生，徐倩，等.四川横江万年桥水电站泄洪、冲砂闸门制造及施工技术[J]. 华北水利水电学院学报，2011，32（1）.
[4]陈学雁.小孤山水电站泄洪冲砂闸设计特点[J].甘肃农业，2005，000（011）：222.