Page 69 - 2021年第52卷第7期

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ì T k = T jk + ∆T = T ijk + λ T ( ---- --- jk - - )
k
T
- T
ï n n n s n
ï
Q(
W k = í Q = Q jk + ∆Q = Q ijk + λ Q - Q jk ) （8）
k
k
ï n n n
n n å j å i,j n å j
ï k jk ijk
î D = D n = D n
n
（3）控制。通过与制冷水站进行交互，将制冷水站的水温需求 T k 输入为制冷水站的水温设定参
n
数 C ， 可以实现各供水包水温的按需供水；通过实时控制水温切换阀门 C 的开闭可以实现各回路冷
T V
k
却水温的按需选择。同理通过将制冷水站的流量需求 Q 作为制冷水站水量设定参数 C 和增压泵功
n Q
率 C 的设定依据，则可以实现各回路流量的按需供水；通过控制制冷水站供水管道上的换向系统进
P
行集中换向，可实现冷却水流向的按需供应。
（4）优化。基于式（6）可实时计算供水保证率 η ，以供水保证率作为目标函数，可以动态优化管
W
路布设方案和修正系数 λ 、 λ 等。此外，也可根据混凝土温控边界的动态变化提高冷却水供应的现
T Q
场适应性，如冬季气温低，混凝土与空气换热量加大，冷却水在管网中流动过程的水温变化较少，
可以采取适当降低水温，减小通水流量的方案；相反，夏季气温较高，外界环境极易对混凝土造成
热量倒灌，增加混凝土最高温度控制难度，水温变化较大，可以采取适当提高水温，加大通水流量
的方案。
4 现场原型试验设计及安装
4.1 试验方案设计 白鹤滩水电站位于金沙江下游，是世界上在建的最大水电站。大坝为混凝土双
曲拱坝，最大坝高 289 m，混凝土方量约 803 万 m 。大坝采用通仓浇筑，共 31 个坝段。坝址区属干热
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型河谷，冬季干燥大风，夏季高温多雨，混凝土浇筑温控防裂要求高，挑战大。为应对温控难题，
白鹤滩特高拱坝全坝使用了低热水泥混凝土，自 2017 年开始浇筑以来，白鹤滩坝全部浇筑仓采用了
智能通水系统 ［21-22］ 进行温度控制，在世界上尚无先例。为实现对通水冷却从供水到通水调控的全面智
能化，在白鹤滩大坝右岸开展了冷却管网智能联控现场原型试验。
白鹤滩大坝右岸通水冷却管网由制冷水站、供水管网（由岸坡主管、坝后桥主管、供水包与上引
管组成）与仓内冷却水管构成。联控试验系统由通水冷却管网在线监测系统和换向控制系统组成。通
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水冷却管网在线监测系统如图 4（a）所示，温度、压力、流量传感器及在线监测设备安装在 25 -23 仓
2-2 回路和 23 -33 仓 1-1 回路通水冷却管网的不同节点上，主要包括上引管、供水包、坝后桥主管、
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岸坡主管和制冷水站等位置，详细参数见表 1。智能换向流程如图 4（b）所示，智能换向的实现流程包
括：（1）关闭增压泵。换向前关闭增压泵是为了防止由于换向过程阀门开度变小造成的管内压力临时
性增大而引起爆管事故；（2）通过换向阀切换流道；（3）重新打开增压泵。通过与增压泵、换向阀建
立交互接口，实现对换向过程的在线智能控制。试验系统的软件设计如图 4（c）所示，基本功能包括
管网运行状态查询、换向模式选择、数据导出等。
4.2 试验系统安装 通水冷却管网在线监测设备于 2018 年 10 月安装完成，试验持续了两年。通过现
场试验实现了对通水冷却管网温度、压力、流量等参数的在线感知和对通水流向的智能调控。
图 5 为右岸高程 744 m 制冷水站出口处主管 1 和主管 2 的水温数据，每根主管上安装了 2 支温度传
感器，温度值较低、较高分别为供水管和回水管，主管水温不仅表征了制冷水站的供水温度，也表
征了换向的均匀性。
4.3 冷却水需求分析 （1）原型试验中需求流量由智能通水系统 ［6-9］ 依据混凝土目标温度与实测温度
的偏差（平均按 0 ~ 1 ℃控制，实际内控为 0.6 ℃），基于 PID 动态计算控制，具体可参考文献［6］。（2）
需求的冷却水温，考虑原型试验不影响实际大坝的正常温控，实际按照设计温控技术要求执行 ［12］ ，
一期冷却，高温季节通 10 ~ 12 ℃水，低温季节通 14 ~ 16 ℃水；中期冷却通 14 ~ 16 ℃冷却水；二期
冷却通 8 ~ 10 ℃冷却水。（3）需求流向，按 24 h 智能换向。

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