CN210036587U - 一种抽水蓄能电站冰情监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽水蓄能电站冰情监测装置，包括：设置于水面/冰面上的安装平台；固定于安装平台上的安装支架，且该安装支架包括上部和下部，该上部位于水面/冰面上方，该下部自水面/冰面上方伸入水面/冰面下方；固定于安装支架下部水尺；设置于安装支架下部底端的声呐传感器；以及设置于安装支架上部顶端的水位计及环境温度传感器。本实用新型的装置能够在水位变化超过50米、结冰厚度超过0.75米的工况下正常应用；该装置可搭载多种冰情监测传感器，在一定程度上保证测验数据的有效性。

Description

一种抽水蓄能电站冰情监测装置

技术领域

本实用新型涉及水电水力设备，特别是一种抽水蓄能电站冰情监测装置。

背景技术

抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，又称蓄能式水电站。对比常规水电站，抽水蓄能电站具有两个显著特点：一是水库库容一般比较小，水库水位涨落幅度大；二是抽水蓄能电站有发电与抽水两种主要运行方式，在正常情况下水库水位每天至少要经历一个水位涨落循环。

作为电网的一种专用调峰和备用电源，我国在北方寒冷地区同样规划了大量的抽水蓄能电站，这些抽水蓄能电站的规划设计、冰期运行都不同程度的遇到冰冻问题，冰情往往对电站的效益与安全产生非常严重的不利影响。

寒冷地区抽水蓄能电站水库冰冻侵占了一部分总库容，使库容减少，在一定程度上影响发电效益；若冬季运行方式不当，冰情对闸门、大坝等水工建筑物可能带来破坏作用。因此冰冻库容设计、水电站防排冰运行等是寒冷地区抽水蓄能电站存在的两个重要问题。

《水电水利工程水文计算规范》(DL/T 5431-2009)中，针对抽水蓄能电站冰情分析计算的描述为：可分析“抽水蓄能电站上、下库结冰特性，冰盖的形成、破碎对库容和抽放水的影响”。但由于冰情特性的复杂性，现阶段研究的深度和广度严重不足，工程冰情的分析计算在理论基础和具体方法上均不成熟，有待结合实践研究完善。

抽水蓄能电站冰情分析计算中几个关键指标，如最大冰厚、冰冻库容、常规水电站下游最小不封冻距离(抽水蓄能电站上游常规水电站运行时)等，有部分经验公式可借鉴，但很不成熟且缺少验证。

目前国内外有关寒区水库(湖泊)冰情的研究成果主要为常规的静水冰生消过程，而电站冰期运行条件下的实际原型观测资料较少，作为与常规电站有明显差异的抽水蓄能电站，由于上库、下库的冰生消过程与库水位、环境温度、进/出水口位置、电站调度运行模式紧密相关，库面反复呈现“结冰--冰裂--融化--结冰”等状态，特别是离库岸几十米的区域其冰情状态更是时刻变化中，人为下库进行原型观测危险性极大，限于目前冰厚测量仪器发展水平，对于水库(尤其是薄冰区)冰厚测量还很不成熟，难以获取冰厚的精确数据，目前仅仅是停留在通过拍照、人工预估等手段进行直观的认识，离真实数据的获取还有非常大的距离。

最近几年发展起来的新技术，包括探地雷达探测冰厚、无人机航摄应急监测等，尽管有一些进步，一定程度上也能获取部分资料，但仍然存在很大的局限性，一是需要人工现场操作，且受天气影响严重，在夜晚更是不具备监测条件，监测数据不具备连续性；二是对于冰厚测量精度有限，特别是针对薄冰或者冰厚不大时，更是无能为力。

抽水蓄能电站上水库布置在山顶位置，水库水位变幅高达几十米，库盆边坡坡比通常为1:1.6左右；北方抽水蓄能电站为适应温度变化巨大的环境条件，其水库库盆面板、库盆库底的防渗处理是关键，电站建成后尖锐物体的撞击与划伤可能破坏防渗层，从而影响其防渗效果；北方抽水蓄能电站水库在冬季很容易结冰，库盆周边面板结冰后，当库水位上升或下降时，存在冰块撕裂或坍塌情况，从而对库盆面板防渗层存在较为明显的破坏；电站正常运行后，该情形是不允许发生的，通常需要通过电站调度或者其它辅助措施保障库盆周边保持几米宽的动水带或薄冰区，避免库盆形成整体冰盖。受风力、水库抽水/发电的影响，冬季库面浮冰往往处于漂移状态，顺风侧的浮冰很容易与面板接触并结冰，当水库保持相同水位时间较长时，严寒情况下结冰程度会显著加强，严重时可能破坏防渗面板。现有技术中没有适用于抽水蓄能电站冰情监测的装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种抽水蓄能电站冰情监测装置，能够在水位变化超过50米、结冰厚度超过0.75米的工况下正常应用。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种抽水蓄能电站冰情监测装置，包括：

设置于水面/冰面上的安装平台；

固定于安装平台上的安装支架，且该安装支架包括上部和下部，该上部位于水面/冰面上方，该下部自水面/冰面上方伸入水面/冰面下方；

固定于安装支架下部水尺；

设置于安装支架下部底端的声呐传感器；以及

设置于安装支架上部顶端的水位计及环境温度传感器。

所述安装平台通过锚系装置与抽水蓄能电站水库底部连接，采用抛锚的方式固定该装置，可以很好地防止监测装置受风吹与水流影响发生较大的偏移。

所述安装平台与所述锚系装置之间接有悬浮件，当安装平台受风吹与水流影响发生漂移时，锚系装置拽紧悬浮件，然后通过悬浮件连接安装平台，从而减缓安装平台的倾斜度。

所述安装平台上设置有缓冲件；所述缓冲件通过第一柔性件与所述悬浮件连接，防止安装平台与悬浮件碰撞时对安装平台和悬浮件造成损伤。

所述锚系装置包括与所述悬浮件连接的刚性连接件；所述刚性连接件与第二柔性件连接；所述第二柔性连接件接锚链。刚性连接件的作用是将第二柔性连接件压低至冰面一下，防止第二柔性件与冰面冻结在一起，铸铁拖底锚链主要是起到锚固安装平台的作用，当风力特别大超过其与库底的摩擦力时，允许其在库底拖动而尽量少的对库底防渗面板造成损坏。

所述安装平台上设有太阳能光板，所述太阳能光板与充电控制器电连接；所述充电控制器与蓄电池电连接；所述蓄电池与所述水尺、声呐传感器、水位计电连接。利用太阳能发电为用电设备供电，节约能源。

所述安装平台上设有遥测机箱，遥测机箱可以包括遥测终端、无线通信模块、GPS模块等，便于监测装置对外通信和定位。

所述安装支架上部顶端安装有防辐射罩；所述防辐射罩内设置有环境温度传感器，便于测量环境温度。环境温度传感器安装在防辐射罩内是为了避免太阳直射、冬季结冰等对环境温度监测精度的影响，是相关规范要求。

所述安装平台包括围栏和多个浮筒；所述多个浮筒拼接为一体，并设置于所述围栏内，且与所述围栏接触的浮筒与所述围栏固定连接。安装平台采用4*4塑料浮筒拼接，单个浮筒尺寸为500mm*500mm*400mm(长*宽*高),浮筒周边为不锈钢方框，方框与浮筒采用螺栓紧固，不锈钢方框上焊接不锈钢防护栏，不锈钢方框采用麻绳缠绕、四角采用橡胶包裹防撞。安装平台整体承载能力1600公斤。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型的装置能够在水位变化超过50米、结冰厚度超过0.75米的工况下正常应用；该装置可搭载多种冰情监测传感器，在一定程度上保证测验数据的有效性。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为本实用新型立体图；

图3为本实用新型水尺结构示意图。

具体实施方式

本装置安装在抽水蓄能电站水库(上库、下库)时，采用抛锚方式固定。锚绳的长度根据水位变幅(正常蓄水位-死水位)决定；为了保持监测装置平稳，锚系装置与安装平台之间增设中间浮子，减缓因锚绳拽紧作用而导致安装平台倾角偏大；锚系装置上部采用不锈钢链(长度5米)，中间段采用尼龙绳，底部采用铸铁拖底锚链(超过250公斤)；不锈钢链的作用是将尼龙绳压低至冰面一下，防止尼龙绳与冰面冻结在一起，铸铁拖底锚链主要是起到锚固安装平台的作用，当风力特别大超过其与库底的摩擦力时，允许其在库底拖动而尽量少的对库底防渗面板造成损坏。

本监测装置在库盆内的运行轨迹为：以抛投点为中心，以锚绳长度为半径的范围。库水位越低，其运行半径越大，随着库水位的升高，其运行半径变小，极限情况，水位上升至正常蓄水位时，监测装置基本位于抛投点的正上方。

抛投点选取：抛投点参照库盆坡脚线进行选取，以水位下降至死水位为极限，抛投点至少应远离库盆坡脚线X米，X＝(正常蓄水位-死水位)+预留风浪安全长度。

如图1和图2所示，本实用新型安装平台1采用4*4塑料浮筒10拼接，单个浮筒尺寸为500mm*500mm*400mm(长*宽*高),浮筒周边为不锈钢方框11，方框与浮筒采用螺栓紧固，不锈钢方框上焊接不锈钢防护栏，不锈钢方框采用麻绳缠绕、四角采用橡胶(即缓冲件7)包裹防撞。安装平台整体承载能力1600公斤。

中间浮筒(悬浮件7)是安装平台与锚链系统之间缓冲部件，当安装平台受风吹与水流影响发生漂移时，锚系装置拽紧本中间浮筒，然后通过中间浮筒连接安装平台，从而减缓安装平台的倾斜度。

第一柔性件12(尼龙绳)、第二柔性件14(尼龙绳)：第一柔性件12连接安装平台与中间浮筒(即悬浮件16)，第二柔性件14连接中间浮筒下端的不锈钢链13与河(湖)底的铸铁拖底锚链装置。

不锈钢链13、锚链15：锚系装置上部采用不锈钢链(长度5米)，作用是将尼龙绳压低至冰面一下，防止尼龙绳与冰面冻结在一起，铸铁拖底锚链主要是起到锚固安装平台的作用，当风力特别大超过其与库底的摩擦力时，允许其在库底拖动而尽量少的对库底防渗面板造成损坏。

如图2，本实用新型还包括：

遥测装置(设置于遥测机箱8内)：包括遥测终端、无线通信模块、GPS模块等，安装在不锈钢机箱内；

如图3，本实用新型冰(水)传感器水尺18(即水尺)：量程1米，集成电阻式与温度式两种测量方式。电阻式冰传感器(水尺上设置多个电压感应触点21)水尺分辨率为1厘米，数字式温度链(水尺上设置多个温度传感器20)分布间隔为1厘米；水尺采用型钢为骨架，将电阻触点、数字式温度计通过环氧树脂浇筑成一根整体水尺，接线17由水尺顶部引出；冰(水)传感器水尺18安装于安装支架2上；电压感应触点和温度传感器之间设置刻度19。

太阳能供电系统：包括太阳能光板6、充电控制器、蓄电池。

防辐射罩9与环境温度传感器：采用数字式温度计，温度计安装在辐射罩内；

雷达传感器(雷达水位计4)：通过立杆安装在浮筒式安装平台的不锈钢围栏上，与水尺安装在围栏同侧；雷达水位计是用来测量冰层上表面，测冰水尺同样用来测量冰的上表面，两种测量方式互为备份与验证，安装同侧位置是为了确保测量目标尽量一致。

声呐传感器3：安装在冰(水)传感器水尺安装(保护)支架的底端。

Claims (10)

1.一种抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，包括：

设置于水面/冰面上的安装平台(1)；

固定于安装平台(1)上的安装支架(2)，且该安装支架(2)包括上部和下部，该上部位于水面/冰面上方，该下部自水面/冰面上方伸入水面/冰面下方；

固定于安装支架(2)下部的水尺(18)；

设置于安装支架(2)下部底端的声呐传感器(3)；以及

设置于安装支架(2)上部顶端的水位计(4)及

环境温度传感器。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述安装平台(1)通过锚系装置与抽水蓄能电站水库底部连接。

3.根据权利要求2所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述安装平台(1)与所述锚系装置之间接有悬浮件(16)。

4.根据权利要求3所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述安装平台上设置有缓冲件(7)；所述缓冲件通过第一柔性件(12)与所述悬浮件(16)连接。

5.根据权利要求4所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述锚系装置包括与所述悬浮件( 16) 连接的刚性连接件(13)；所述刚性连接件与第二柔性件(14)连接；所述第二柔性件(14)接锚链。

6.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述安装平台(1)上设有遥测机箱(8)；所述遥测机箱(8)内设置有遥测终端及与所述遥测终端电连接的无线通信模块。

7.根据权利要求6所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述安装支架(2)上部顶端安装有防辐射罩(9)；所述环境温度传感器安装于所述防辐射罩(9)内；所述遥测终端与所述水尺(18)、声呐传感器(3)、水位计(4)、环境温度传感器、蓄电池电连接。

8.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述安装平台(1)上设太阳能光板(6)。

9.根据权利要求8所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述太阳能光板(6)与充电控制器电连接；所述充电控制器与蓄电池电连接。

10.根据权利要求1～9之一所述的抽水蓄能电站冰情监测装置，其特征在于，所述安装平台(1)包括围栏(11)和多个浮筒(10)；所述多个浮筒(10)拼接为一体，并设置于所述围栏(11)内，且与所述围栏(11)接触的浮筒(10)与所述围栏(11)固定连接。

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