电站群大坝运行安全监管指标研究与应用

李啸啸，冯永祥，李小伟

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都610056)

0 引 言

近年来，随着国家电力体制改革地不断深化，在我国电力行业形成了流域化梯级水电站群大坝安全集中管理和跨流域电站群大坝安全集中管理的新模式[1-5]。与此同时，国家对大坝运行安全管理的要求也越来越高。2015年，国家发展和改革委员会颁布了《水电站大坝运行安全监督管理规定》，要求“电力企业应当加强大坝安全监测与信息化建设工作，及时整理分析监测成果，监控大坝运行安全状态，并且按照要求向大坝中心报送大坝运行安全信息。对坝高100 m以上的大坝、库容1亿m3以上的大坝和病险坝，电力企业应当建立大坝安全在线监控系统，并且接受大坝中心的监督”。电力企业作为大坝运行安全的责任主体，如何建立工作流程清晰、职责划分明确的大坝运行安全管理体系，实现企业内部有效监管，是电力企业就大坝安全集中管理亟待解决的问题。

目前，大坝运行安全管理主要通过安全监测、安全检查和资料分析等技术手段，安全注册登记与评级等管理手段相结合的方式掌握大坝的运行性态。通过日常维护和补强加固，消除大坝运行中出现的问题和缺陷，保障大坝运行安全。

大坝安全监测和日常巡查是大坝运行安全管理的基础工作，通过数据采集、现场日常巡查，充分发挥了大坝安全管理的“耳目”作用。这些基础工作多是由水电站现场运行单位负责。各电力企业因内

部管理体系划分不同，由电厂或专业集中管理单位(部门)承担，但不论何种方式，工作的开展质量都可通过监测数据质量、数量，巡检工作的完成情况量化体现。

雅砻江流域水电开发有限公司(以下简称“雅砻江公司”)是实现流域化梯级水电站群大坝安全集中管理的企业之一，在大坝安全管理方面，实行流域集中管理和现场管理相结合的分级管理模式。公司下设的大坝中心是公司流域化大坝运行安全管理归口单位，各电厂是电站现场大坝运行单位[2，4]。公司于2013年建设了雅砻江流域大坝安全信息管理系统(以下简称“流域大坝系统”)，主要对公司各投运水电站安全监测、巡检维护以及定检注册等大坝安全信息进行管理，并为施工期大坝安全监测项目管理提供信息化手段。目前已接入二滩、桐子林、官地、两河口、锦屏一级、锦屏二级、杨房沟共7座水电站的大坝运行安全信息。为规范流域电站群各大坝安全管理工作，雅砻江公司依托流域大坝系统平台，从现场监测自动化系统运行维护、监测数据采集与审核、水工巡检工作开展等日常大坝运行安全管理工作入手，建立了大坝运行安全监管指标体系。该体系由监测自动化系统运行率、平均无故障工作时间、自动化监测数据完整率、人工观测项目数据完整率、巡视检查完成率、监测数据检查率、巡检成果审核率共7项指标组成，通过月度统计与发布，对各电厂进行对比考核，有效促进了日常大坝运行安全管理工作的提升。

1 大坝安全监管指标体系

1.1 监测系统运行维护监管指标

大坝安全监测仪器设备投运后，水电站运行管理单位要做好日常维护和更新改造工作，保证监测系统可靠运行。监测系统运行维护不到位，会导致监测数据采集异常或缺失。现行规范DL/T5272—2012《大坝安全监测自动化系统实用化要求及验收规程》提出，平均无故障工作时间MTBF指标对大坝安全监测自动化系统运行情况进行定量考核，规定年平均无故障时间不低于6 300 h，直观体现了大坝安全监测自动化系统运行情况。另外，为便于统计分析，避免由于不同自然月总时长的差异化影响，结合平均无故障工作时间计算思路，设置监测自动化系统运行率指标。

(1)平均无故障工作时间MTBF。计算公式为

式中，ti为考核期内，第i个测点正常工作时数；ri为考核期内，第i个测点出现的故障次数，无故障发生时取值为1；n为大坝安全监测自动化系统内的测点数。

(2)监测自动化系统运行率。监测自动化系统运行率指统计时段内，各自动化测点无故障运行天数之和与各测点总运行天数的比值(以“%”计)。自动化测点当天采集到一个“有效数据”，即认为该测点当天运行正常，“有效数据”指人工审核通过的数据。计算公式[3]

式中，RAO为监测自动化系统运行率；Ti为统计时段内，自动化监测系统第i个测点无故障运行天数；d为统计时段内总天数；n为自动化监测系统测点总数。

1.2 监测工作质量监管指标

监测数据采集是大坝安全监测重点工作之一。监测数据的完整性为后续资料整编分析，合理准确评价建筑物结构的安全性具有重要意义。根据监测数据采集方式的不同，可分为自动化监测数据和人工观测项目数据两类，对应设置自动化监测数据完整率和人工观测项目数据完整率2个指标。

(1)自动化监测数据完整率。自动化监测数据完整率指接入自动化监测系统的测点在统计时段内入库数据总量与理论应采集数据总量的比值(以“%”计)。指标统计时，自动化观测频次均按照1次/d进行，当天某测点大于1次的均按照1次/d统计，当天多余的数据，不会参与指标统计。计算公式[3]

式中，RAD为自动化监测数据完整率；Si为统计时段内，自动化监测系统第i个测点累计采集的数据量；d为统计时段内总天数；n为自动化监测系统测点总数。

(2)人工观测项目数据完整率。人工观测项目数据完整率指由专业技术人员现场进行观测的测点在统计时段内入库数据总量与理论应采集数据总量的比值(以“%”计)。在指定观测频率内，多观测的数据，不参与指标统计。计算公式[2]

式中，RMD为人工观测项目数据完整率；Hi为统计时段内，第i个人工观测测点采集的数据量；d为统计时段内天数；mi为第i个人工观测测点对应统计时段内的观测频次；n为人工观测测点总数。

值得说明的是，DL/T5272—2012《大坝安全监测自动化系统实用化要求及验收规程》中数据缺失率FR的计算侧重于对自动化系统运行情况的考核，考虑了数据的有效性(即数据质量)，此处2个指标仅考虑数据数量，两者侧重点不同。本指标体系中对于自动化系统运行情况的考核已在自动化系统运行率中体现。

1.3 巡视检查监管指标

水电站运行管理单位必须定期开展安全检查工作，检查大坝及其附属设施的运行安全。大坝安全检查主要包括日常巡查、年度详查、定期检查和特种检查4种。日常巡查和年度详查是水电站运行管理单位主体开展的定期检查，为定期统计分析奠定基础。在流域大坝系统中，日常巡查和年度详查均以巡查路线划分，两者的差异主要体现在路线和周期上，因此，考虑对定期开展的检查工作进行考核，设置巡视检查完成率监管指标。

巡视检查完成率指统计时段内各条巡检路线实际有效巡检次数之和与各巡检路线规定次数之和的比值(以“%”计)。计算公式[3]

式中，RPC为巡视检查完成率；Ji为统计时段内，第i条巡检路线实际有效巡检次数；Di为统计时段内，第i条巡检路线规定巡检次数；n为巡检路线总数量。

表1 2017年5月监管指标统计

说明：“—”表示暂未接入流域大坝系统进行自动化统计，下同。

1.4 时效性监管指标

监测数据采集后，需要及时进行人工审核确认，对于审核不通过的，需立即复测。对人工观测项目而言，由于技术人员参与了数据测读过程，对明显异常的数据，可立即复测；自动化监测数据从仪器传感器端采集到入库时间很短，相对来说更加需要专业技术人员及时审核。为规范监测数据和巡检成果审核工作开展及时有效，研究制定监测数据检查率和巡检成果审核率2项指标。

(1)监测数据检查率。监测数据检查率指统计时段内监测数据入库后规定时间内完成人工审核的记录数量与监测数据总量的比值(以“%”计)。具体时限可根据现场监测人员数量、待审核数据总量确定，一般最长不超过1周。流域大坝系统以1周为计数时长进行统计。计算公式[3]

式中，RDI为监测数据检查率；Yi为统计时段内，第i个测点1周内完成数据检查的数据记录量；Zi为统计时段内，第i个测点实际采集的数据总量；n为测点总数。

(2)巡检成果审核率。巡检成果审核率指巡检完成、录(导)入流域大坝系统后在规定时间内完成审核的巡检路线记录数量与各巡检路线实际巡检次数之和的比值(以“%”计)。流域大坝系统以1周为计数时长进行统计。计算公式[3]

式中，RPI为巡检成果审核率；Ei为统计时段内，第i条巡检路线巡检后在1周内完成审核的记录量；Ji为统计时段内，第i条巡检路线实际巡检总次数；n为巡视检查路线数量。

2 监管指标应用情况

雅砻江公司大坝中心于2014年开始研究电站群大坝运行安全监管指标，并于2015年4月起开始对各电站进行统计发布。表1～表4分别为2017年5月～8月的统计结果。

分析表1～表4数据，可得出以下结论：

(1)电站群大坝运行安全监管指标统计结果，具体量化了雅砻江公司各投运电站大坝运行安全管理基础工作开展情况。2017年5月～8月，二滩水电站、官地水电站各项指标较稳定，表明现场大坝安全监测、系统运行维护、水工巡检工作规范有序。

表2 2017年6月监管指标统计

表3 2017年7月监管指标统计

表4 2017年8月监管指标统计

(2)锦屏一级、锦屏二级水电站现场水工巡检工作计入统计初期(2017年7月)，受现场水工点检系统上线时间较短，工作衔接不完善所致，与巡检时效性相关的巡检成果审核率RPI较低。经过指标发布，电厂进一步明确落实现场巡检审核人职责，按照要求开展成果审核，该指标在8月恢复到正常水平(100%)。

(3)桐子林水电站监测自动化系统运行率RAO和平均无故障工作时间MTBF统计时段内，均处于最低水平，这与其投运时间较短，现场大坝安全监测自动化系统仍处于试运行阶段有关。其中，平均无故障工作时间MTBF受自然月时长不同影响，数据波动较明显，监测自动化系统运行率RAO相比更为直观。

(4)表4大部分指标表现明显大于表1值，表明通过定期发布指标统计结果，各电厂进行对比考核，有效促进了日常大坝运行安全管理工作的提升。

3 结 语

大坝安全监测和日常巡视检查是大坝运行安全管理工作的基础，是大坝运行安全管理的“耳目”，也是水电站运行单位大坝运行安全管理工作的主要内容，现场工作质量的好坏直接关系到对大坝运行性态的准确评判[6]。监测系统运行维护、监测项目频次、监测数据审核、巡视检查到位等都是大坝运行安全管理工作需要关注的重点。目前，电力企业水电站运行单位大坝安全监测工作有自行开展、局部外委和完全外委等多种形式[7]。虽然电力企业定时向国家能源局大坝安全监察中心报送所属大坝监测信息，但作为大坝运行安全的责任主体，加强企业内部监管是非常必要的。

雅砻江公司结合自身大坝安全管理特点，依托大坝安全信息化建设成果，研究并建立了反应现场监测系统运行维护、监测工作质量、巡视检查及时效性要求的水电站大坝运行安全监管指标体系。经过三年的管理应用实践表明，监管指标体系设置合理，能够准确反应现场实际情况，管理单位能够及时掌握现场大坝安全监测工作开展情况，促进了运行单位大坝安全管理工作的规范化、精细化，保障了安全监测工作的时效性，进一步夯实了大坝运行安全管理工作基础。