[发明专利]一种抽水蓄能电站冰情监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种抽水蓄能电站冰情监测方法及系统，利用水尺的测量数据计算冰层厚度，或者利用雷达水位计以及水下声呐传感器和/或水尺的测量数据计算冰层厚度，或者利用雷达水位计、水下声呐传感器和水尺的测量数据计算冰层厚度；或者取上述三个冰层厚度中数值相近的两个冰层厚度平均值作为最终的冰层厚度。本发明同时采用多种监测方法作为备用手段，相互验证以提高测验精度，同时互相备用，确保了监测期间数据的完整性。

技术领域

本发明涉及水力水电监测领域，特别是一种抽水蓄能电站冰情监测方法及系统。

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。

发明内容