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从大国重器白鹤滩的“智造”,看大坝温度传感“神经”应用
发布时间:2021-07-08 浏览次数:475 来源:欧美大地

白鹤滩水电站

“智能建造”贯穿整个工程的全生命建设周期

 

 

随着白鹤滩水电站首批机组正式投产发电,单机容量世界第一、装机规模全球第二大水电站迎来历史性时刻。作为世界在建规模最大,同时也是技术难度最高的水电站,白鹤滩水电站攻克了一批世界级技术难题,自主研发应用一大批科技创新成果。

白鹤滩除设计安装16台单机容量为100万千瓦的水轮发电机组外,还攻克了300米级特高拱坝温控防裂世界级难题。大坝自开浇以来没有产生一条温度裂缝,标志着我国已经掌握了大体积混凝土温控防裂的关键技术。白鹤滩特高拱坝全坝采用低热水泥,同时基于光纤传感技术,应用“智能建造”技术实现精细化管理,将“智能建造”贯穿整个工程的全生命建设周期,其深度和广度都有提升,白鹤滩将更‘聪明’。

 

 

 

 

PART01 白鹤滩水电站大坝

 

 

大坝是水电站枢纽工程的核心建筑物,承担着挡水、雨、泄洪的重要任务。白鹤滩水电站拦河大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高289m,结构复杂,同时面临干热河谷等复杂施工环境,温控防裂面临诸多难题。大体积混凝土的温控防裂一直是工程界的难题,“无坝不裂”,曾是萦绕在世界水利人心中的“魔咒”。坝体混凝土一旦产生裂缝,将会对结构安全、耐久性等带来不利影响,而且裂缝的二次处理直接影响工程施工进度,增加工程投资。

白鹤滩水电站大坝在建设的过程当中,研发了一套用于感知周边及内部环境,分析大坝工作状态的“神经系统”,因此白鹤滩水电站大坝被称作世界上最聪明的大坝。

 

 

 

PART02 世界上最聪明的大坝

 

 

 

白鹤滩水电站大坝规模巨大,坝基地质条件复杂,坝体结构不对称,再加上持续的干热大风天气,混凝土温控防裂难度极大,因此控制温度成为保障混凝土质量的重要环节。白鹤滩水电站大坝中埋设近6000支温度计,80000米的测温光纤以及数千支大坝变形、渗流、渗压等监测仪器,它们就像遍布大坝全身的“神经末梢”,用于感知混凝土温度环境温度等信息,监控大坝内部的应力、应变、渗流等情况,并将关键信息反馈给大坝的神经中枢智能建造信息管理平台,平台及时将收集到的参数进行实时分析判断,并将分析结果实施推送给现场管理人员,帮助管理人员及时掌握现场情况,采取适当措施,保证任何细小的异常情况能在第一时间得到妥善处理。

在白鹤滩项目施工过程中,三峡大学水利与环境学院研究团队在7#、11#、17#、19#和27#5个典型坝段埋设分布式光纤,形成了2.5万个温度测点,进行混凝土温度变化过程的实时监测,并以此为基础,开展混凝土温度预测预警、大坝三维温度场重构、温控方案动态反馈设计等研究。

 

 

这套光纤传感系统的应用提升了大坝混凝土施工薄弱环节的质量管控水平;提出了特高拱坝施工期海量温控大数据分析方法,为混凝土温控方案拟定和质量控制提供了新的技术手段。

 

 

PART03 分布式光纤温度传感技术

 

在白鹤滩大坝混凝土浇筑过程中采用的分布式光纤传感器是由欧美大地提供的Smartac公司的DiTemp分布式拉曼散射光纤温度传感系统,主要用于对混凝土结构的大尺度范围温度进行精确、长期的监测。

 

 

 

分布式拉曼散射光纤传感器

 

这类传感器使用光纤的固有特性来测量长达几十公里的光纤每米的局部平均温度。这使得能够沿单根光缆测量数千个温度。该技术特别适合于探测和定位与泄漏或其他缺陷相关的热点或冷点,并且根据温度分布识别和定位工程结构中潜在的隐患与风险区域。

在分布式温度传感光纤的布设操作过程中,主要有以下6种形式:

 

分布式光纤布设示意图及温度场监测结果

 

 

分布式光纤温度传感

 

 

DiTemp 分布式温度传感器

DiTemp分布式温度传感器光缆既有不锈钢铠装护套,又有塑料护套。它们提供出色的机械保护,免受外部压力、挤压和啮齿动物的伤害,同时由于小截面和导热材料的使用,能够对温度变化做出快速反应。不同的电缆设计使之能够在标准或扩展的温度范围内进行测量。

DiTemp 分布式自加热温度传感器

DiTemp分布式自加热温度传感器光缆适用于地面和被测流体温度差异很小的情况下探测泄漏和渗漏。光纤包含测量温度的光纤和利用电流加热光纤的铜线. 这使得能够确定周围的土壤是干的还是湿的,或者水是否在它周围流动。



 

 

分布式测温光纤信号解调仪

 

DiTemp轻便型读数仪

 DiTemp轻便型读数仪是一款入门级的拉曼光时域反射(ODTR)解调仪,是为距离长达4公里的分布式温度测量而设计,空间分辨率为2米,测量时间为10秒。具有内置4通道多路复用器,此机架安装式单元可与继电器模块和ATTS自检系统(SIL2级)配套使用。它是分布式温度传感最具成本效益的解决方案。该系统广泛应用于需要分布式温度传感的应用领域,例如大型结构(大坝等)中混凝土的温度监测,管道的泄漏检测等。

 

DiTemp HARSH+读数仪

 DiTemp Harsh+读数仪是一套适合在恶劣环境下使用的高精度长距离分布式光纤温度测量系统,它是一款适合现场使用,可靠和高性能的拉曼 ODTR解调仪。它是为长达30公里的分布式温度测量而设计,空间分辨率为1米,测量时间为10秒。配备嵌入式PC,用于远程配置和数据记录,具有内置4通道多路复用器,此机架安装式读数仪可与继电器模块和ATTS自检系统(SIL安全完整性等级2级)配套使用。

 

DiTemp 读数仪

DiTemp读数仪是一套高精度长距离分布式光纤温度测量系统,它是一款可靠和高性能的拉曼ODTR解调仪。它是为长达60公里的分布式温度测量而设计,空间分辨率为1米,测量时间为10秒。它有多模和单模两种版本。该机架安装读数仪可以与外部多路复用器(4,8,16通道),继电器模块和ATTS自检系统 (SIL2级) 配套使用。

 

信息来源:新闻直播间、光明网、四川在线、澎湃新闻、三峡大学水利与环境学院

 

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