Система сейсмологического мониторинга Чиркейской ГЭС в Дагестане

Рисунок 1 – Внешний вид высотной плотины Чиркейской ГЭС с размещением основных пунктов регистрации (треугольники)
Рисунок 2 – Оборудование точки регистрации в машинном зале (слева) и стойка ССМ (справа)
Рисунок 3 – Окна программы автоматизированного сбора данных
Рисунок 4 - Инструментальные данные для контроля состояния конструкций плотины при пуске агрегата: слева – записи пуска на отм. 315 м, стрелками указаны колебания водовода, справа – пространственное распределение амплитуд при просвечивании плотины вибрациями агрегатов, отражающее напряженно-деформированное состояние конструкций

Руководитель работ д.ф.-м.н. Наталья Константиновна Капустян.

Система сейсмологического мониторинга Чиркейской ГЭС разработана для обеспечения безопасности особо ответственного объекта – высотной плотины (256 м), расположенной в сейсмоактивном районе (рисунок 1.1). Система представлена аппаратурно-методическим комплексом, включающим следующие блоки:

- серийно выпускаемые аналоговые сейсмометры (велосиметры СМ-3 и акселерометры Guralp CMG-5T), установленные в специальных сейсмопавильонах (в нишах и на постаментах) в теле плотины, в береговых примыканиях правого и левого берегов и в помещениях машинных залов №1 и №2, регистрация во всех точках – трехкомпонентная (рисунок 1.2),

- блоки цифровой регистрации, расположенные непосредственно у сейсмометров (рисунок 1.2),

- кабельной оптоволоконной сети, соединяющей точки регистрации и пункт сбора данных - станцию сейсмомониторинга (ССМ),

- устройство сбора и хранения данных на ССМ (рисунок 1.2),

- датчики GPS для привязки к точному времени,

- автономная метеостанция.

Сейсмометрические наблюдения осуществляются в 10 точках: на отм. 315 м – верхняя галерея плотины – в 5 точках, причем в центральной на едином постаменте расположены три компоненты CM-3 и акселерометр CMG-5T (для возмозжности стыковки сейсмических полей), на отм. 265 м – в центре галереи и в штольнях береговых примыканий, в машинных залах №1 и №2. В настоящее время осуществляется аппаратная стыковка системы с датчиками СМ-3 на с/станции «Дубки» Дагестанского филиала ГС РАН, расположенной в 5 км от плотины.

Для автоматизированного функционирования системы разработаны программ сбора и обработки данных (рисунок 1.3). Достоинством системы являются:

- осуществление генераторной калибровки каналов без демонтажа с пульта управления,

- непрерывная регистрации и данных с частотой опроса 250 Гц, размещение их в базу данных (БД) в реальном времени,

- непрерывное выделение событий по алгоритму STA/LTA в реальном времени с фиксацией событий в базе данных, выделение ударных колебаний при пусках агрегатов,

- непрерывное выделение монохроматических компонент в сейсмических сигналах, связанных с оборотными частотами работающих агрегатов, расчет их амплитуд и формирование файлов амплитуд в БД, в настоящее время с интервалом 1 час, расчет и визуализация пространственного распределения амплитуд в теле плотины (основа сейсмического просвечивания плотины, рисунок 1.4),

- автоматический расчет балльности сейсмических событий в каждой точке регистрации, визуализация пространственного распределения балльности,

- удобный интерфейс с возможностью просмотра текущих данных и их спектров мощности,

- сопряжение БД системы с программами обработки, принятыми в сейсмологических наблюдениях Геофизической службы РАН (WSG) и с универсальным представлением (ASCII).

Преимущества разработки в сравнении с зарубежными аналогами

1) По техническому заданию были разработаны и изготовлены устройства сбора данных. Использование современной элементной электронной базы позволило реализовать динамический диапазон регистрации 130 дБ, совместно с проработкой протоколов обмена данными дает возможность вести наблюдения в едином времени с точностью привязки отдельных пунктов с точностью до 5 мкс. В настоящее время на международном рынке сейсмологических приборов и систем сбора данных аналоги отсутствуют.

2) Реализованы новые технологии на основе полностью российских разработок в области сейсмической регистрации. Достигнутые параметры совместно с принятым расположением датчиков позволяют применять широкий набор приемов выделения данных и анализа получаемого пространственного волнового поля. Система может быть успешно использована в качестве единого технического решения для сейсмического мониторинга ответственных сооружений и районов их размещения вместо двух систем - инженерно-сейсмометрического и сейсмологического мониторинга, обычно применяемых на практике в настоящее время.

3). Реализованы новые отечественные методики оценки состояния конструкций путем непрерывного сейсмического просвечивания техногенными сигналами. Подход позволяет вести непрерывный контроль состояния конструкций и выявлять изменения задолго до появления визуальных признаков (трещин и пр.), составляющих основу контроля в настоящее время.

Области коммерческого использования разработки.

Масштабы социально-экономического эффекта от использования результатов разработки могут быть весьма существенными. Использование предлагаемой разработки вместо двух нестыкующихся систем инженерно-сейсмометрического и сейсмологического мониторинга существенно снизит затраты на проведение мониторинга при значительном увеличении надежности системы и информативности получаемых данных.

Разработка полностью соответствует, а по ряду параметров превосходит требования, предъявляемые к системам мониторинга ответственных сооружений в гидроэнергетике и атомной отраслях. 

Форма внедрения

В настоящее время система смонтирована и запущена в опытную эксплуатацию Чиркейской ГЭС. По результатам бесперебойной работы подготовлена к сдаче в промышленную эксплуатацию.

Разработанная система сейсмологического мониторинга для Чиркейской ГЭС применима к ответственным сооружениям, которые по нормативным требованиям должны быть оснащены системами сейсмического мониторинга – для плотин в сейсмоактивных районах, для атомных станций и пр.

 

Внедрение системы в практику сейсмических наблюдений позволит:

А) Поднять уровень отечественного геофизического приборостроения.

Б) Обеспечить значительно большую независимость отечественных систем сейсмометрического контроля от зарубежных поставок.

В) Сэкономить средства и оптимизировать сейсмометрические наблюдения на ответственных сооружениях при увеличении их надежности.

Г) Участвовать на паритетных условиях в международных проектах по созданию систем мониторинга ответственных сооружений

Форма защиты интеллектуальной собственности

Система сейсмологического мониторинга может быть запатентована, на ряд методик, применяемых при обработке данных имеются патенты.

 

Руководитель работ д.ф.-м.н. Наталья Константиновна Капустян.