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金属结构实时在线监测与安全管理系统(MOMS)

来源: 发布时间:2021-09-25

技术简介

2013年质检中心与昆明院合作,联合承担了中国电建科技项目《金属结构设备实时在线监测及运行安全管理系统(MOMS)研究》,研究开发了金属结构设备实时在线监测及运行安全管理系统。

该系统由应变、振动、倾角、涡流、脉动压力、流速、温度、湿度、水位、视频等传感器和数据采集系统、主控系统、现地终端、云端服务器、远程终端和移动终端等部分组成。采用各类先进的传感器采集水利水电工程闸门和启闭机主要构件的结构应力、动力响应、闸门运行姿态、扭矩、位移、压力、水流速度、运行环境温度、湿度、水位和现场视频等关键性参数,结合成熟的数值分析技术、传感技术、通信技术、网络技术和“互联网+”与实践相结合建立的安全评价体系和决策系统,实现对水工金属结构设备的实时在线监测与运行安全管理。

该系统架构灵活,运行稳定可靠,可维护性和兼容性高,可实现自动化、智能化、科学化的实时在线监测与安全预警和可靠性综合评估,开启了水工金属结构安全运行的大数据云服务,填补了水工金属结构实时在线监测领域的空白,达到了国际先进水平,是防止水利水电工程闸门和启闭机失效、避免事故的有效方法,具有显著的经济效益和社会效益,并有广泛的推广价值。

应用范围及前景

金属结构实时在线监测与安全管理系统已广泛应用于水利水电工程闸门和启闭机的实时在线监测与安全管理。如2015年8月投入运行的云南大盈江二级水电站泄洪冲沙洞弧形工作闸门实时在线监测与安全管理系统,运行至今,设备运行正常、所测数据完整、预警可靠,可及时发现运行中存在的安全隐患,能现地或远程操作,实现了对该闸门远方控制的要求,极大地方便了对该闸门的实时在线监测与安全运行管理,摆脱了整个水利水电工程安全监测存在死角位置的现状,建立了完善的安全监测系统,达到了水利水电工程整体实现“无人值班、少人值守”的目标,是防止水利水电工程闸门和启闭机失效、避免事故的有效方法,具有显著的经济效益和社会效益,并有广泛的推广价值。

应用案例介绍

大盈江二级水电站位于云南德宏傣族景颇族自治州盈江县境内的大盈江干流下游河段。电站首部距盈江县城的公路里程约47km。大盈江二级水电站是以发电为主要任务的径流式电站。坝址控制流域面积5560km2,坝址多年平均流量242m3/s,水库正常蓄水位以下库容17.51×104m3,库容十分有限。电站额定水头38m,装机容量2×35MW,电站单独运行时,保证出力16.15MW,年发电量3.89×108kW•h,年利用小时5557h。工程枢纽由首部混凝土重力闸坝、导流兼泄洪冲沙洞、右岸电站进水口、引水隧洞、调压井、钢管道、地面明厂房和GIS楼等组成。

大盈江二级水电站金属结构设备根据水工建筑物的布置要求设置,主要包括汇流沉沙池、首部泄洪闸、首部冲沙闸和引水发电系统四部分。电站的金属结构设备工程量约为1583.115t。

电站右岸设一条泄洪冲沙(兼导流)隧洞,设计泄洪量512m3/s,进水塔前端设有1孔1扇潜孔式平面事故检修闸门,孔口尺寸为(净宽×净高):7.0m×8.0m,采用1台2×1000kN、扬程为20m的固定卷扬式启闭机操作;在隧洞中段,设1孔1扇潜孔式弧形工作闸门,闸门孔口尺寸为(净宽×净高):5m×7m,液压启闭机操作。

泄洪冲沙(兼导流)隧洞工作弧门门叶分三节制造和运输,在工地焊接成整体。闸门为焊接钢结构弧形门,主梁为实腹式焊接组合梁,支承采用直支臂、圆柱铰(自润滑轴套),支铰高9.5m。顶、侧止水橡皮采用“P”形水封,底水封板形水封,在门楣顶设置防射水封。闸门由布置在高程739.00m启闭机室内的摇摆式液压启闭机操作,液压启闭机容量1600 kN /500kN(启门力/闭门力),最大行程10.6m。启闭机操作采用现地控制和远方监控。

主要监测目标为:

1)主要结构应力

根据理论计算及实际情况,选取闸门门叶及启闭机上应力较大点位,如:主梁、支臂、面板、支铰轴,进行应力实时在线监测,并对其结构强度进行评估。

2)结构振动

选取闸门门叶、启闭机及水工建筑物上易产生振动的部位监测其加速度,实时进行时域和频域分析,并评估启闭过程中闸门流激振动的安全性。

3)闸门门叶外形及运行轨迹

对闸门门叶静态外形及运行轨迹进行监测,实时掌握闸门静态变形及运行是否偏斜,并对其进行刚度及运行安全性评估。

4)门槽水力学参数

对门槽内水流流速、压力分布层以及门前水位进行监测,实时掌握泄水过程中,门槽、门叶的冲刷程度,并对其进行安全评估。

5)启闭机运行参数

对启闭机运行中的参数进行实时监测,包含:启闭力、电机电流、系统油压、行程等参数,实时掌握启闭机的工作性能及状态,并对其进行安全评估。

6)运行环境参数

对运行现场关注点的温度、湿度,对通气孔、启闭机操作室的风速进行实时监测,并评估其对设备、人员的安全影响。

通过理论建模和有限元分析确定闸门危险结构点位置后,采用相应传感器及应变片,实现闸门静应力、动应力、振动特性、结构几何变形、门槽水力学参数(流速)、门槽通风(风速)、闸门位姿状态监测及启闭机工作参数实时在线监测;研究采用无线传输技术进行数据传输,采用数据处理软件对实时采集的数据进行滤波、清噪、平均、回归,计算等后处理。并将处理后的检测数据传输到检测数据库。

根据已有的预警数据和监测结果,建立闸门及启闭机安全评价指标数据库及评价方案,对闸门和启闭机的现状及其安全可靠性做出综合评估,预测其使用寿命。最后,自主开发软件平台将实时显示监测数据、金属结构设备预警数据及金属结构设备控制目标综合成金属结构设备可视化运行管理系统。



采用新型技术对闸门上各传感器及电缆进行了有效的防水设计及保护,布局美观整齐,性能安全可靠。.jpg

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在闸门及启闭机的整个寿命周期内,在线监测系统对其进行实时数据采集存储,预警报警.jpg

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