Анализ эффективности сейсмометрических наблюдений на СШГЭС,проводимых с применением АСК «Регион-Гидро», и способы ее повышения
|
Аннотация 2
Автореферат 3-4
Содержание 5
Введение 6
1 Сейсмометрический мониторинг в современной
гидроэлектроэнергетике 8
1.1 Сейсмические явления и их влияние на объекты
гидроэлектроэнергетики 8
1.2 Организационно-технические основы создания и
эксплуатации систем сейсмомониторинга гидротехнических сооружений 16
1.3 Инженерно-сейсмометрические наблюдения за
гидротехническими сооружениями 24
2 Исследование функционирования сейсмометрического
мониторинга на Саяно-Шушенской ГЭС 33
2.1 Особенности системы сейсмометрического мониторинга
СШГЭС и ее эксплуатационные характеристики 33
2.2 Спектральный анализ колебаний гидротехнического сооружения на основе данных автоматизированных сейсмометрических комплексов «СШ ГЭС» и «Регион-
Гидро». Определение недостатков в работе систем 43
3 Экспериментальная проверка результатов исследования,
выводы и рекомендации по ее итогам 78
3.1 Методология, описание и результаты натурного
сейсмометрического эксперимента 78
3.2 Рекомендации и предложения по повышению эффективности
автоматизированного сейсмометрического комплекса «Регион-Гидро» 89
Заключение 95
Список сокращений 97
Список использованных источников 98
Приложения А - Д 103-108
Автореферат 3-4
Содержание 5
Введение 6
1 Сейсмометрический мониторинг в современной
гидроэлектроэнергетике 8
1.1 Сейсмические явления и их влияние на объекты
гидроэлектроэнергетики 8
1.2 Организационно-технические основы создания и
эксплуатации систем сейсмомониторинга гидротехнических сооружений 16
1.3 Инженерно-сейсмометрические наблюдения за
гидротехническими сооружениями 24
2 Исследование функционирования сейсмометрического
мониторинга на Саяно-Шушенской ГЭС 33
2.1 Особенности системы сейсмометрического мониторинга
СШГЭС и ее эксплуатационные характеристики 33
2.2 Спектральный анализ колебаний гидротехнического сооружения на основе данных автоматизированных сейсмометрических комплексов «СШ ГЭС» и «Регион-
Гидро». Определение недостатков в работе систем 43
3 Экспериментальная проверка результатов исследования,
выводы и рекомендации по ее итогам 78
3.1 Методология, описание и результаты натурного
сейсмометрического эксперимента 78
3.2 Рекомендации и предложения по повышению эффективности
автоматизированного сейсмометрического комплекса «Регион-Гидро» 89
Заключение 95
Список сокращений 97
Список использованных источников 98
Приложения А - Д 103-108
Саяно-Шушенская ГЭС является уникальным гидроэнергетическим объектом, значительно выделяясь масштабами своей плотины и мощностью гидроагрегатов среди прочих гидроэлектростанций России.
Вместе с тем, ее расположение в зоне повышенной сейсмичности обуславливает необходимость регулярного проведения такого важного с точки зрения безопасности гидротехнического сооружения наблюдения, как сейсмометрический мониторинг плотины ГЭС. Его основной задачей выступает оценка реакции плотины на воздействия сейсмического характера, позволяющая оперативно получать информацию о перемещениях элементов гидротехнического сооружения, а также их скоростях и ускорениях.
Точность измерений данных параметров обеспечивается с помощью современных автоматизированных комплексов сейсмометрического контроля, в состав которых входят десятки датчиков, регистрирующих внешние и внутренние воздействия, километры линий связи, специализированная аппаратура обработки сигналов и высокопроизводительные серверы. Возможности подобных комплексов постоянно совершенствуются, все более минимизируя участие в их работе человека, отводя ему роль лишь потребителя конечного информационного продукта.
На Саяно-Шушенской ГЭС практика автоматизированного сейсмометрического контроля насчитывает уже более 25 лет. За это время в эксплуатации успело побывать несколько комплексов, а последние два из них - АСК «СШ ГЭС» и АСК «Регион-Гидро» - используются до настоящего времени. Последний призван заменить своего предшественника, будучи более высокотехнологичным и информативным.
Однако в процессе мониторинга персоналом станции в 2014-2015 гг. были отмечены некоторые различия в результатах функционирования двух действующих комплексов, нашедшие отражение в [1]. Прежде всего, обозначилась проблема избирательной регистрации ряда событий обеими системами, когда один из комплексов регулярно реагирует на одни события (широкий спектр землетрясений), а вторым фиксируются другие события (в основном техногенного характера, а также землетрясения с высокой интенсивностью). Также обнаружено, что результаты измерения перемещений плотины двумя системами имеют некоторые расхождения, делая затруднительной их объективную оценку. Имеются и иные, менее значимые претензии к работе сейсмометрических комплексов, например - периодическое выявление их временной рассинхронизации с сигналами точного времени, и т.д.
Ввиду вышесказанного новый АСК «Регион-Гидро», несмотря на его современный технический уровень, не может быть признан безупречно работающим, задерживая вывод из эксплуатации предшествовавшего ему АСК «СШ ГЭС». Совместное функционирование двух дублирующих, по сути, систем не является эффективным как с организационно-технической, так и экономической точки зрения, но вынужденно целесообразно в силу имеющихся недостатков в работе нового комплекса.
Не вызывает сомнения, что эффективность работы сейсмометрического комплекса «Регион-Гидро» может и должна быть повышена, преодолев сложившуюся ситуацию в сейсмометрических исследованиях СШГЭС. Это привело автора к проведению научно-исследовательской работы, имеющей целью усовершенствовать практику сейсмометрических наблюдений на станции на основе критического анализа функционирования действующих комплексов, определения их реальных характеристик и выдачи рекомендаций по дальнейшему улучшению параметров АСК «Регион-Гидро».
Следует отметить, что настоящее исследование во многом носит новаторский характер, поскольку ранее данная проблематика недостаточно исследовалась на научном уровне. Имеющийся в распоряжении автора документ [2], разработанный по этой теме в 2013 г. Геофизической службой Сибирского отделения Российской академии наук (г. Новосибирск), содержит лишь предположения о возможных особенностях датчиков нового комплекса «Регион-Гидро» и не объясняет механизм весьма селективного реагирования двух комплексов на различные типы сейсмособытий. Это обстоятельство выступило объективной предпосылкой к углубленному изучению вопроса и максимально прикладному характеру исследования автора.
Структура предлагаемой работы последовательно раскрывает сущность сейсмометрических исследований и опасность сейсмических рисков для объектов гидроэлектроэнергетики (глава 1), содержит развернутый анализ особенностей функционирования двух сейсмометрических комплексов станции с изучением спектров событий, специфических для каждого комплекса (глава 2), а также описывает процесс и результаты натурного сейсмометрического эксперимента, проведенного автором для проверки собственных гипотез о причинах рассматриваемой проблемы (глава 3). Завершает работу раздел о практическом применении полученных результатов с приведением алгоритма необходимых действий в целях улучшения эксплуатационных характеристик АСК «Регион-Гидро».
В процессе научного исследования автор опирался на методы статистического анализа, анализа Фурье, визуального сопоставления амплитудных спектров и др.
Вследствие проведения исследования на стыке ряда различных наук и технических отраслей (сейсмометрия, физика, метрология, радиоэлектроника, цифровая обработка сигналов и т.д.) были привлечены различные источники необходимых сведений, включая периодическую литературу и Интернет- ресурсы. Огромный вклад в проведении исследования также осуществили сотрудники службы мониторинга гидротехнических сооружения СШГЭС: к.ф.-м.н. Наумкин Н.С. (научный руководитель автора), Глущенко С.И. и Зюкин С.Г., опыт и компетенции которых оказались весьма востребованы в ходе подготовки настоящей работы.
Вместе с тем, ее расположение в зоне повышенной сейсмичности обуславливает необходимость регулярного проведения такого важного с точки зрения безопасности гидротехнического сооружения наблюдения, как сейсмометрический мониторинг плотины ГЭС. Его основной задачей выступает оценка реакции плотины на воздействия сейсмического характера, позволяющая оперативно получать информацию о перемещениях элементов гидротехнического сооружения, а также их скоростях и ускорениях.
Точность измерений данных параметров обеспечивается с помощью современных автоматизированных комплексов сейсмометрического контроля, в состав которых входят десятки датчиков, регистрирующих внешние и внутренние воздействия, километры линий связи, специализированная аппаратура обработки сигналов и высокопроизводительные серверы. Возможности подобных комплексов постоянно совершенствуются, все более минимизируя участие в их работе человека, отводя ему роль лишь потребителя конечного информационного продукта.
На Саяно-Шушенской ГЭС практика автоматизированного сейсмометрического контроля насчитывает уже более 25 лет. За это время в эксплуатации успело побывать несколько комплексов, а последние два из них - АСК «СШ ГЭС» и АСК «Регион-Гидро» - используются до настоящего времени. Последний призван заменить своего предшественника, будучи более высокотехнологичным и информативным.
Однако в процессе мониторинга персоналом станции в 2014-2015 гг. были отмечены некоторые различия в результатах функционирования двух действующих комплексов, нашедшие отражение в [1]. Прежде всего, обозначилась проблема избирательной регистрации ряда событий обеими системами, когда один из комплексов регулярно реагирует на одни события (широкий спектр землетрясений), а вторым фиксируются другие события (в основном техногенного характера, а также землетрясения с высокой интенсивностью). Также обнаружено, что результаты измерения перемещений плотины двумя системами имеют некоторые расхождения, делая затруднительной их объективную оценку. Имеются и иные, менее значимые претензии к работе сейсмометрических комплексов, например - периодическое выявление их временной рассинхронизации с сигналами точного времени, и т.д.
Ввиду вышесказанного новый АСК «Регион-Гидро», несмотря на его современный технический уровень, не может быть признан безупречно работающим, задерживая вывод из эксплуатации предшествовавшего ему АСК «СШ ГЭС». Совместное функционирование двух дублирующих, по сути, систем не является эффективным как с организационно-технической, так и экономической точки зрения, но вынужденно целесообразно в силу имеющихся недостатков в работе нового комплекса.
Не вызывает сомнения, что эффективность работы сейсмометрического комплекса «Регион-Гидро» может и должна быть повышена, преодолев сложившуюся ситуацию в сейсмометрических исследованиях СШГЭС. Это привело автора к проведению научно-исследовательской работы, имеющей целью усовершенствовать практику сейсмометрических наблюдений на станции на основе критического анализа функционирования действующих комплексов, определения их реальных характеристик и выдачи рекомендаций по дальнейшему улучшению параметров АСК «Регион-Гидро».
Следует отметить, что настоящее исследование во многом носит новаторский характер, поскольку ранее данная проблематика недостаточно исследовалась на научном уровне. Имеющийся в распоряжении автора документ [2], разработанный по этой теме в 2013 г. Геофизической службой Сибирского отделения Российской академии наук (г. Новосибирск), содержит лишь предположения о возможных особенностях датчиков нового комплекса «Регион-Гидро» и не объясняет механизм весьма селективного реагирования двух комплексов на различные типы сейсмособытий. Это обстоятельство выступило объективной предпосылкой к углубленному изучению вопроса и максимально прикладному характеру исследования автора.
Структура предлагаемой работы последовательно раскрывает сущность сейсмометрических исследований и опасность сейсмических рисков для объектов гидроэлектроэнергетики (глава 1), содержит развернутый анализ особенностей функционирования двух сейсмометрических комплексов станции с изучением спектров событий, специфических для каждого комплекса (глава 2), а также описывает процесс и результаты натурного сейсмометрического эксперимента, проведенного автором для проверки собственных гипотез о причинах рассматриваемой проблемы (глава 3). Завершает работу раздел о практическом применении полученных результатов с приведением алгоритма необходимых действий в целях улучшения эксплуатационных характеристик АСК «Регион-Гидро».
В процессе научного исследования автор опирался на методы статистического анализа, анализа Фурье, визуального сопоставления амплитудных спектров и др.
Вследствие проведения исследования на стыке ряда различных наук и технических отраслей (сейсмометрия, физика, метрология, радиоэлектроника, цифровая обработка сигналов и т.д.) были привлечены различные источники необходимых сведений, включая периодическую литературу и Интернет- ресурсы. Огромный вклад в проведении исследования также осуществили сотрудники службы мониторинга гидротехнических сооружения СШГЭС: к.ф.-м.н. Наумкин Н.С. (научный руководитель автора), Глущенко С.И. и Зюкин С.Г., опыт и компетенции которых оказались весьма востребованы в ходе подготовки настоящей работы.
Проведенное исследование показало, что находящиеся в эксплуатации автоматизированные сейсмометрические комплексы Саяно-Шушенской ГЭС обеспечивают надлежащий уровень объективности сейсмометрического мониторинга лишь при их совместной (параллельной) работе. Предполагавшиеся ранее функциональные ограничения обоих комплексов проявились в процессе камерального исследования статистических данных о срабатываниях АСК и спектральных данных типовых сейсмособытий. Высказанные предположения были в определенной степени подтверждены в ходе натурного сейсмометрического эксперимента с применением эталонных измерительных сейсмокомплексов «Байкал».
Активно применявшийся в методологии исследования спектральный анализ Фурье позволил классифицировать все основные события, регистрируемые сейсмометрическими комплексами ГЭС, путем отнесения их к «низкочастотным» (землетрясения, остановы некоторых агрегатов - ГА7, ГА9 и др.) или «высокочастотным» (пуски/остановы агрегатов, кроме ГА7 и ГА9). Спектральный анализ событий был положен в основу научного поиска причин несовпадающих срабатываний комплексов; в ходе исследования подтвердилась правильность выбранного направления поиска.
На основе выявленных тенденций и закономерностей сформулированы тезисы о причинах существующей избирательности сейсмокомплексов станции, в качестве которых названы неравномерности амплитудно-частотных характеристик АСК «СШ ГЭС» в области высоких частот (50-100 Гц) и АСК «Регион-Гидро» в области 60-80 Гц (с возможностью спада АЧХ в диапазоне частот 1-20 Гц).
Предложено относительно простое, не требующее специального финансирования дополнительное инструментальное исследование АЧХ комплексов (как трактов аппаратуры, так и датчиков) силами служб СШГЭС, которое обеспечит быструю и точную количественную оценку неравномерности данных характеристик обеих систем и, главное - позволит локализовать сегменты комплексов, вызывающих указанные неравномерности АЧХ, и принять необходимые организационно-технические меры (настройка, калибровка, ремонт) по восстановлению требуемых АЧХ комплексов (в первую очередь - АСК «Регион-Гидро»).
В ходе подготовки диссертации были решены при непосредственном участии автора отдельные задачи, связанные с повышением эффективности использования АСК «Регион-Гидро»: произведена работа по интерпретации сейсмособытий за 2015 год в web-информере СШГЭС, устранена причина отсутствия автоматической временной синхронизации комплекса, выявлены сбои записи в архив событий на сервере технологической сети, а также были апробированы возможности прикладного программного обеспечения «ZETLab», связанные со спектральным анализом сигналов АСК.
По мнению автора, исследование имеет важное прикладное значение для СШГЭС. Будучи ориентированным на повышение эффективности нового АСК «Регион-Гидро», оно содержит конкретные рекомендации по нормализации его технического состояния, выполнение которых приведет к исчезновению необходимости в поддержании работоспособности устаревшего АСК «СШ ГЭС» и обеспечению надежного сейсмометрического мониторинга исключительно с помощью АСК «Регион-Гидро».
Активно применявшийся в методологии исследования спектральный анализ Фурье позволил классифицировать все основные события, регистрируемые сейсмометрическими комплексами ГЭС, путем отнесения их к «низкочастотным» (землетрясения, остановы некоторых агрегатов - ГА7, ГА9 и др.) или «высокочастотным» (пуски/остановы агрегатов, кроме ГА7 и ГА9). Спектральный анализ событий был положен в основу научного поиска причин несовпадающих срабатываний комплексов; в ходе исследования подтвердилась правильность выбранного направления поиска.
На основе выявленных тенденций и закономерностей сформулированы тезисы о причинах существующей избирательности сейсмокомплексов станции, в качестве которых названы неравномерности амплитудно-частотных характеристик АСК «СШ ГЭС» в области высоких частот (50-100 Гц) и АСК «Регион-Гидро» в области 60-80 Гц (с возможностью спада АЧХ в диапазоне частот 1-20 Гц).
Предложено относительно простое, не требующее специального финансирования дополнительное инструментальное исследование АЧХ комплексов (как трактов аппаратуры, так и датчиков) силами служб СШГЭС, которое обеспечит быструю и точную количественную оценку неравномерности данных характеристик обеих систем и, главное - позволит локализовать сегменты комплексов, вызывающих указанные неравномерности АЧХ, и принять необходимые организационно-технические меры (настройка, калибровка, ремонт) по восстановлению требуемых АЧХ комплексов (в первую очередь - АСК «Регион-Гидро»).
В ходе подготовки диссертации были решены при непосредственном участии автора отдельные задачи, связанные с повышением эффективности использования АСК «Регион-Гидро»: произведена работа по интерпретации сейсмособытий за 2015 год в web-информере СШГЭС, устранена причина отсутствия автоматической временной синхронизации комплекса, выявлены сбои записи в архив событий на сервере технологической сети, а также были апробированы возможности прикладного программного обеспечения «ZETLab», связанные со спектральным анализом сигналов АСК.
По мнению автора, исследование имеет важное прикладное значение для СШГЭС. Будучи ориентированным на повышение эффективности нового АСК «Регион-Гидро», оно содержит конкретные рекомендации по нормализации его технического состояния, выполнение которых приведет к исчезновению необходимости в поддержании работоспособности устаревшего АСК «СШ ГЭС» и обеспечению надежного сейсмометрического мониторинга исключительно с помощью АСК «Регион-Гидро».