大体积混凝土冷却通水智能控制方法的应用.pdf

第4 O卷第 7期 2 0 1 4年7月 水 力 发 电 大体积混凝土冷却通水 智能控制方法的应用 陈志远 ，谭恺 炎，王振振 ( 葛 洲坝集 团试验检测有 限公 司 ，湖北宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘 要：传统冷却通水控制方法需要人工的测量、计算和调节，过程繁琐且存在温度控制不及时、准确性差等问题。 通过研究 ，提 出了一种大体积混凝土冷却通水智能控制新方法 。该方法通过预设温度变 化过 程线 和实测混凝土温度 进行冷却水流的通断决策，通过无线方式发送指令控制冷却水管上电动阀门的开关 ，实现对冷却通水的自动控制， 提高 了大体积混凝土温度控制 的及时性 、准确性和安全性 ，已在锦屏一级水电站 中成功应用 。 关键词 ：大体积混凝 土 ；冷却通水 ；智能控制 A Ne w I n t e l l i g e n t Co n t r o l Me o d O i l Co o l i n g W a t e r o f M a s s Co n c r e t e CHE N Z h i y u a n ， T AN Ka i y a n ， WANG Z h e n z h e n ( Ge z h o u b a G r o u p T e s t i n g C o ， ， L t d ， Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2 ， Hu b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e t r a d i t i o n a 1 c o o l i n g w a t e r c o n t r o 1 f o r ma s s c o n c r e t e i S c o n d u c t e d b y ma n u a l l y me a s u r e me n t ,c a l c u l a t i o n a n d a d j u s t m e n t, S O t h e c o n t r o l p r o c e s s i s c u m b e r s o m e a n d t h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l i s u s u a l n o t o p p o r t u n e a n d a c c u r a t e A i n t e l l i g e n t c o n t r o l me t h o d o n c o o l i n g wa t e r o f ma s s c o n c r e t e i s p r o p o s e d , i n wh i c h , t h e d e c i s i o n - ma k i n g o f c ool i n g w a t e r s u p p l y i s d e t e r mi n e d b y c o mp a r i n g p r e s e t t e mp e r a t u r e p r o c e s s l i n e a n d me a s u r e d c o n c r e t e t e mp e r a t u r e ， a n d t h e n t h e e l e c t r i c v a l v e s w i l l b e s w i t c h e d o n o r o ff b y wi r e l e s s s i g n a l s T h i s n e w me t h o d c a n i mp r o v e t h e t i me l i n e s s , a c c u r a c y a n d s a f e t y o f t e mp e r a t u r e c o n t r o l o f ma s s c o n c r e t e T h i s n e w me o d h a s b e e n s u c c e s s f u l l y u s e d i n J i n p i n g I Hy d rop o w e r S t a t i o n Ke y W o r d s ： ma s s c o n c r e t e ； wa t e r f o r c o o l i n g ； i n t e l l i g e n t c o n t r o l 中图分类号 ： T V 5 4 4 文献标识码 ： B 文章编号： 0 5 5 9 - 9 3 4 2 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 5 7 0 3 1 研究背景 混 凝 土 内部水 化 热温升 会 导致混 凝 土 中的裂 缝 ， 进 而破 坏结 构 的整体性 。使 混凝 土 的耐 久性 能下 降 ， 甚 至 危及 建 筑 物 的安 全 。为此 ，人们 采 用 冷 却通 水 的办 法来 解 决 混 凝土 内部 温升 问题 。然 而 ，冷 却通 水 不 是 随意 为 之 ，需 要 遵循 一 定 的规 则 。 比如 ，温 峰 、降温 速 率 、通 水 时 长等 指 标 都要 满 足要 求才 可 实 施 冷 却 通 水 前 通 常需 要 人 工 测 量 混 凝 土 温 度 、 冷 却 水管 中的 水流 量 ，然后 根 据 测得 的温度 和 流量 数 据 ，凭 经 验 人工 计 算 次 日的通 水 流量 ，最 后手 工 调 节 冷却 水 管 上 的 阀门 开度 按 计算 流 量 通水 。这 种 人工 的测 量 、计 算 和 调节 的方 法过 于 繁琐 ，且 温 度 控 制不 及 时 ，准确 性 差 ，另 外 ，还 需 要 操 作人 员 长 时 间在 坝 后 工作 ， 由于现 场 环 境 复杂 ，存 在 一 定 安 全 隐患 。 鉴 于 上 述 原 因 ，通 过 长 时 间 的 研 究 ，提 出 了 “ 一 种 大 体 积混 凝 土 冷却 通 水 智 能控 制 新 方 法 ” ，该 方 法 在雅 砻 江 锦 屏一 级 水 电站工 程 上 进 行 了试 验 验 证 和 推 广 应 用 ，效 果 令 人 满 意 。 2 混凝士冷去 I i 甬 水 猷 封 空 带 蜴 昕 方； 去 简介 2 1 特点 冷却 通 水 智 能控 制 新 方 法 与现 有 方 法 相 比截然 不 同 ，具 有 以下特 点 ： ( 1 ) 自动 采集 混凝 土温 度 ，更加 准确 、稳 定 。 收稿 日期 ：2 0 1 3 1 2 2 6 作者 简介 ：陈志远 ( 1 9 6 9 一 ) ，男 ，河南 郾城 人 ，教授级 高工 主要从事水电工程试 验检测工作 Wa t e r P o w e r V o 1 4 0N o 7 团 ( 2 ) 自动 控制 冷 却 水 流 的通 断 ，更 加 及 时 、有 效 。 ( 3)无 线 传 输控 制 指 令 ，更 加 适 应 复 杂 、恶 劣 的施 工 环 境 。 ( 4)混 凝 土 温 度 可 在 预 设 时 间 到 达 设 定 值 ， 为 坝 块 问 温 度 梯 度 协 调 控 制 提 供 了 基 础 。 ( 5)可 随时 通 过 互联 网远 程 监控 ，系统 运 行 透 明化 。保 障 了数据 的真实性 。 ( 6)系 统 的 自动 化 程度 高 ，降 低 了工 人 的劳 动 强 度 缩短 了工 人在 危 险环境 下 的工作 时 间。 2 2原 理 冷 却 通 水 智 能 控 制 新 方 法 的 原 理 为 ： 根 据 设 计 和施 工要 求 ，预先设 置一 条 混凝 土温 度 变化 过程 线 ， 定 时 自动 采 集混 凝 土 温 度 ，将 采集 到 的温 度 与 预设 温 度对 比 若 高 于预 设 温度 则 打 开 冷却 水 管 的 阀 门 通水 否 则 就关 闭 阀 门 ，使 混 凝 土 温度 在 预设 温 度 线 的导 引 下 逐 步 降至 规 定 温度 。整 个 过程 ，无 需 测 量 流量 直 接 用温 度 指 标 产生 决 策 ，以达 到 简 化 系 统 、及 时 控 制 的 目的 。 列 举 一 条 预 设 的 混 凝 土 温 度 变 化 过 程 线 见 图 1 。 曲线 上 的主 要 节 点 包 括 起 始 控 温 点 、预设 温 峰 点 、 一 期 降 温结 束 点 、中期 降 温结 束 点 、二期 降温 结 束 点 等 。规 划 这 条 温度 过 程 线 时 ，只 需 先设 置 这 些 节 点 ， 然 后 ，相 邻 节 点 之 间 用 直 线 相 连 即 可 。 如 果 在 控 制 期 间需 要 调 整 曲线 ，仍 然通 过 重 新 设 置关 键 节 点 来 实 现 ，设 置 方 便 、灵 活 。过程 线 中的第 一 个 点 为起 始 控 温点 ，是 通 水控 制 的时 间 和温 度 起 点 ；温 峰点 的温 度设 置通 常 要低 于允 许 最 高 温度 值 ，以 防 止 超 温现 象 出现 ，比如 允许 最高 温 度为 2 8 c c时 ，可 以 设 置 为 2 6 5 ，外 界 温 度 高 时 设 置 值 可 低 一 些 ， 外 界温 度 低 时 ，设 置 值 可 高一 些 ，温 峰点 的 时 间通 常设 置 在起 始 点 后 的 5 7天 或 者参 照 已有 的工 程 资 料 和 经 验 ： 其 他 节 点 的 设 置 参 考 设 计 要 求 和 施 工 进 度 安 排 ，如 最大 降 温 速 率 、最 小 降 温 时长 和灌 浆 工期 等 。 此 外 ，温 度 过 程 线 的 设 置 还 需 要 兼 顾 上 下 相 邻 l f l l 于 1 _ 降 结 束 点 ， 、L l i 一 聋 l l 誊 畔 、 翅 温 结 束 点 一 I l l I l I I 图 1 预设 的混凝土温度变化过程线 圃W a t e r P o w e r V o 1 4 D N o 7 坝块 之 间 的 温度 梯 度 ，从 而使 更 大 范 围 内 的温 度 场 协 调 变 化 。 2 3 系统 构成 冷 却 通 水 智 能 控 制 新 方 法 的 系 统 构 成 包 括 ：服 务 器 、客 户 端 、局 域 网 、 温 度 采 集 装 置 、无 线 控 制 终 端 、 电动 阀 门 和 测 控 管 理 软 件 ，具 体 情 况 见 图 2 图 2冷 却 通 水 智 能 控 制 新 方 法 的 系 统 构 成 温 度 自动 采 集装 置测 得 混 凝 土 的温 度 ，传 输 给 测 控 服务 器 ，服 务器 中的 测 控管 理 软 件 运行 ，产 生 控 制 指 令 ，通 过 无 线 局 域 网传 输 至 无 线 控 制 终 端 ， 控 制 终端 控 制 电 动 阀 门 的开 合 ，实 现 对 冷却 水 流 的 控 制 。 客户 端 可 以 登 录服 务 器 ，实 现 对 系 统察 看 和 操 控 。客户 端 可 以包括 远 程 客 户端 和 局 域 网 内 的客 户 端 。无线 控 制 终 端包 括 多 个 通道 ，一 台 控 制终 端 可 以实 现 对多 路 水 管 的控 制 。 电动 阀 门通 过 电缆 与 控 制 终 端 相连 ，可 以接 收控 制 终 端发 来 的指 令 使 冷 却 水 管 中的水 流 通 断 。安 装 在 坝 后栈 桥 上 的 无 线 控 制 终 端 有 1 8路通 道 ，可 以控 制 1 8个 阀 门 。每 台终 端可 以分 配 1个 I P地 址 ，能 够 以无线 方 式 接 收服 务 器 发来 的指 令 ，并 通 过 电缆 控 制 电动 阀 门 。终 端 经 航空 插 头 和 快速 接 头 与 电缆 连 接 ，便 于拆 装 。控 制 终端 背 面设有 管卡 ，通 过管 卡 固定 在栈 桥 的钢 管 上 ， 易于 拆装 ，且 固定 牢靠 。 测 控 管 理 软 件 是 新 方 法 系 统 中 的重 要 组 成 部 分 ， 通过 管理 软件 系统 中的各 部 分硬 件 才能 协 调工 作 ， 共 同实 现 通 水 功 能 。测 控 管 理 软 件 中的 一 个 界 面 ， 如 图 3所 示 。通 过这 个 界 面 可 以对 冷 却水 管 、温度 计 和 控 制终 端 进 行 定 义 ，前 面 提到 的预设 温度 变 化 曲线 就 是在 定 义 水 管 时设 置 的 。另 外 ，通 过 点击 图 中“ 监 控 ”栏 下 的“ 温 度 计 ” 和“ 控 制 电 路 ” 可 以 查 看 温 度 计 和控 制 终 端 的 运 行 记 录 ，通 过“ 报 表 ” 可 以 查 看 温 度 采 集 和 控 制 指 令 的 执 行 情 况 。 通 过 选 定“ 冷 却 水 管 ” 。还 可 以 显 示 出选 中 水 管 的 预 设 温 度 过 程 线 和 实 测 温 度 过 程 线 。 p 蟑 品 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 6 2 0 f 2 李春敏， 刘 树坤 黄花 寨水电站RC C 坝大层厚现 场试验成果及启 示【 J 】 水利水 电技术， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 4 ) ： 3 9 4 3 、 4 7 ， 【 3 李春敏， 刘 树坤等 马堵山水电站厚层R C C 现场试 验及检测仪 器 对比测试成果f J 1 _ 水利水 电技术， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 1 1 ) ： 5 9 6 7 4 李春敏， 刘树坤 我R C C 厚层碾压筑坝技 术概述 【 J 1 水利 水电 技术， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 9 ) ： 4 3 4 5 ， 4 9 5 】 汪永剑 6 0 c m厚层混凝土碾压技术 研究与应用 C 1 中国水 利学 会青年科技 工作委 员会中国水利学会第 五届青 年科技论 坛论 文集 郑州： 黄河水利出版社， 2 0 l 2 ， 4 ： 4 0 7 - -4 1 2 6 J 伊继 瑶 振动压路 机的振动参数及 其取值 J J 建设 机械技术 与管 理， 2 0 o 7 ( 2 ) ： 5 5 5 8 7 月本行则， 岩隈秀树， 李春敏， 等 垂直振动压路机的主要特性 J J 中国水利， 2 0 0 7 ( 2 1 ) ： 6 7 8 宋皓 垂 直振 动压实技术及其设备在 路基工程中的应用I J 1 筑路 机械与施工机械化， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 2 5 2 8 9 合肥永安绿地工程机械 有限公 司 U) V 1 5 0 型 垂直振动碾使 用说 明书 M1 合肥： 合肥永安绿地工程机械有限公司， 2 0 1 2 1 0 钱 华 ， 宋 浩 ，程 国 强 压 路 机 振 动 机 构 的 驱 动 装 置：中 国， 2 0 0 8 1 0 1 2 7 8 6 3 X P J 2 0 0 8 - 0 7 - 0 7 1 1 S L 2 7 5 2 0 o l核子水 分一 密度仪现场测试规程 S 】 1 2 S L 3 5 2 2 0 o 6水工混凝土试验规程【 S 1 3 丁仕辉， 汪永 剑， 李 豪伟， 等 一种碾压 混凝土压实 密度 检测孔 成孔的装置： 中国， 2 0 1 3 2 0 1 2 7 1 9 8 0 【 P 2 0 1 3 0 9 0 4 1 4 S L 3 1 2 0 o 3水利水 电工程钻孔压水试验规程 S 】 ( 责任编辑王琪 ) ( 上 接 第 5 9页 ) 法 的 实 用 性 和 优 越 性 ，智 能 控 制 系 统 可 自动 完 成 原 本 人 工 操 作 的 繁 琐 的 冷 却 通 水 工 作 ， 且 更 加 及 时 、准 确 、安全 可 靠 。这是 大 体 积 混凝 土 温控 技 术 的一 次 飞跃 。但 是 从 已有 的 使 用 效 果 看 ， 还 存 在 不 足 ，比如 实 测 温度 曲线 和 预设 温 度 曲线 还 有 不 尽 贴 合 的情 况 ，还存 在 温 度 的小 幅波 动 ，相 信 随 着新 方 法 应用 地 不 断 深入 ，将 会 积 累越 来 越 多 的 实践经 验 ，从 而使 温度 控制 效果 越来 越好 。 参考 文献 ： 1 王衡 ，谭恺炎 ，燕乔 ，等 大体 积混凝土冷却通水智 能控制系 统 研 制与应用叨 三峡大学学 报 ：自然科学版 ， 2 0 1 3 ，3 5 ( 3) ：1 2 1 5 2 谭恺炎 ，陈军琪 ，马金刚 大体积混凝 土冷 却通水数据 自动化采 集系统研制与应用 C 2 0 1 2 年 中国水 力发电工程学会大坝安 全 监测专委会年会暨学术 交流会论 文集 ， 2 0 1 2 ( 责任编辑焦雪梅) ( 上 接 第 6 1页 ) 导 洞 和 导 流 洞 相 交 段 为 原 施 工 的 钢 筋 混 凝 土 圆 拱 。该 段 需 采 取 密 T L d , 药 量 爆 破 进 行 贯 通 施工 处理 。开挖石 渣 采用 C AT 3 2 9 D反 铲直 接 出渣 至 洞 外 施 工 平 台 ， 局 部 石 渣 采 用 日立 2 5 0 3 H1 8长 臂 反 铲 出渣 及 DH5 5反 铲( 人 工 ) 配合 ， 区 爆 破 出 渣 配 以卷 扬 提 升 设 备 。 ( 4)支 护 施 工 。导 洞 支 护 采 用“ 锁 口支 护 ”+ “ 系 统 支 护 ” 的 方 式 。 开 洞 前 采 用 3 2 5锚 筋 束 锁 口 洞 脸 ， 进 洞 后 采 取 边 开 挖 边 支 护 的 原 则 进 行 施 工 支 护 形 式 为 ：锚 杆 支 护 ， 2 5，L= 4 5 1 1 1 ，外 露 l 0 c m ；挂 网 喷 护 混 凝 土 ， 钢 筋 网 西6 5， 网 格 问 距1 5 c mX1 5 c m，喷 1 0 c m 厚 C 2 0混 凝 土等 。 ( 5) 预 留 岩 坎 爆 破 。导 洞 开 挖 完 成 后 ，对 导 洞 进 口段 预 留岩 坎 一 次性 抛 掷 爆 破 岩 坎 至 少爆 破 至 2 o o O I n以下 。在爆 破前 采用 P C 4 5 0液 压反 铲 将 预 留 岩 坎 外 侧 施 工 平 台进 行 挖 除 以 形 成 良好 的临 空 面 确 保爆 破效 果 。 预 留岩 坎钻 孔采 用 I O O B潜孑 L 钻竖 直造 孑 L 和气腿 钻水 平 造孔 的方 式 结 合 ，在预 留岩 坎外 侧 布 置 一 排 竖 向 孔( 间 距 1 o m) ， 水 平 主 爆 孔 间 距 8 0 c m。 间 距 5 0 c m，采 用 7 0 mm和 西3 2 mm 乳化 炸 药连 续装 药 ， l 圜 m e r P o e r V o 2 4 0N o 7 堵 塞 密实 ，非 电毫秒 雷 管孑 L 内延期 起爆 ，起爆 顺 序 ： 竖 向 孔一 上 部 水 平孔 一 下 部 水平 孔 ，保 证 预 留 岩坎 的 彻 底 清 除 。 5 结语 该 水 电站 导 流 洞进 口堵 塞 体 疏通 的 方 案 为今 后 类 似工 程 排 险 疏通 提 供 了一 定 的参 考 ，其 成功 之 处 值 得借 鉴 ，但需 强调 的是 ： ( I )对垮 塌 体 部 位 的稳 定 性 做 出科 学 合 理 的 判 定 ，是 决定 先 进 行 垮塌 体 排 险 支 护 ，确 保 采 用“ 龙 抬 头 ”方案 安全 实施 的前 提条 件 。 ( 2)大 型施 工 设 备 ，尤 其 是 大 斗 容 、长 臂 反 铲 在 河 道 大块 度 石 渣 清捞 、深 水 下远 距 离 挖 渣 方 面 发 挥 了非 常 重 要 的 作 用 。 ( 3 )预 留 岩坎 爆 破 效 果对 恢 复导 流 洞 过 流 至 关 重 要 ( 4 ) 做好 监 测 工 作 ，密 切 关 注 河 水 水 位 变 化 、 在 施 工 期 间 ，要 加 强对 水 情 的预 报 和监 测 ，发 现 河 水上 涨 及 时 撤离 洞 内施 工人 员 和施 工 机 械设 备 。确 保 施 工 安 全 ( 责 任编 辑焦 雪梅 )