INSTRUM ENTERING AV BETONGDAMMAR KARTLÄGGNING

Transkript

1 INSTRUM ENTERING AV BETONGDAMMAR KARTLÄGGNING Energiforsksem inarium Digtaliseringen ivattenkraften nya möjlighetertillprediktivtunderhåll Richard Malm, Tekn.Dr. Sweco PowerGeneration and Dam s KTH Betongbyggnad 1

2 Introduktion Pågående projektinom Energiforsksbetongprogram vattenkraft som bedrivs av Sweco; Richard Malm,Benny Mohlin & Jonas Enzell Översiktav olika mätsystem och utrustning förinstrum entering och övervakning av betongdam m ar,inkl.beskriva möjligheteroch begränsningarmed olika mätsystem och givare. De aspektersom behandlas irapporten är Syfte med instrum entering behov av övervakning Typerav m ätsystem och deras för-och nackdelar Typerav givare / sensoreroch deras för-och nackdelar Viktiga aspektervid installation och funktionskontroll Behov av underhåll 2

3 Disposition av presentationen Dagens presentation följeristortuppläggetirapporten. 1. Dam mövervakning (bakgrund,m otiv,begrepp) 2. Deform ationsm ätningar(förskjutning,töjning,etc) 3. Tem peraturm ätningar 4. Andra typerav mätningar(lastceller,islaster,kam era & fotogrammetri) 5. Vattenm ätningar(läckage,portryck,fukt) 6. Mätsystem 7. Projektering,installation och funktionskontroll 8. Slutsatser 3

4 Dammövervakning Tillståndskontrollav befintliga dam m anläggningarinnefattar övervakning och kontrollaktiviteterså som Inspektioner Driftm ässig tillsyn Instrum entering och m ätningar Värdering av mätdata Funktionskontroller Syftetmed övervakning av dammaroch övriga typerav konstruktionerärfräm stattupptäcka eventuella förändringar och därmed kontrollera attkonstruktionen betersig som förväntat Måletmed attupptäcka förändringarna ärattkunna få tidiga indikationerom konstruktionens respons förändras både på lång siktellerpå kortsikt.hindra atten icke-önskvärd reduktion av dammsäkerheten skergenom attinföra åtgärder. 4

5 Dammövervakning Viktigtattvälja läm plig instrum entering,detta innefattar dels beslutom vargivare ska placeras (så attde tidigtkan indikera olika m öjliga brottscenarios), vilken typ av givare som böranvändas (så atträtttyp av beteende och param eterövervakas), förväntade mätvärden vid normaldriftmen även vid en eventuellinitiering av ettbrott(så attgivare med tillräcklig känslighetväljs och attläm pliga larm och/eller varningsnivåerkan definieras vid behov) Detta projektfokuserarpå punktnummertvå.(övriga punkterhanteras iandra projektinom Energiforsk och Svensktvattenkraftcentrum ) 5

6 Mätsystem Enklare mätsystem bestårofta av följande kom ponenter givare (ofta även benäm nda som sensorer) som kan mäta en fysikalisk storhet(deform ation,tryck,töjning, tem peratur,etc.), förstärkare kan behövas försignalöverföring/signalbehandling loggers insam ling av mätdata från olika givare kom munikationsenhet föröverföring av mätdata dator(ellerserver) -förlagring och eventuelltbearbetning av mätdata 6

7 Detektoreroch stödm ätningar Vid dammövervakning kan instrum entering av en betongdam m ske dels isyfte attupptäcka förändringaridammens beteende men även föratt inhäm ta inform ation som behövs som indata vid fram tida utvärderingar Detektorer-syfte attdetektera en pågående initiering av en potentiellfelmod.olika typerav givare kan vara detektorerförolika potentiella brottm oder.vanligtvis utgörs detta av givare som m äterparam etrarsåsom portryck, läckage,rörelseriberg ellerbetong (pendlar,extensom etrar,sprickviddsgivare) etc.detektorer.typisktförde givare som definieras som detektorerärattettrealtidslarm kopplas tilldessa så atten åtgärd kan vidtas tas om dessa givare gersignalom värden högre än tillåtna. Stödinstrum entering -kan tillexem pelövervaka långtidsförändringarellerom givande faktorersom ärviktig inputför utvärderingen av dam m en.exem pelpå param etrarkan vara tem peratur,relativ fuktighet,deform ationer/rörelser (t.ex.töjning,spricköppning,ellerförskjutning) idelarav konstruktionen som inte bedöm s utgöra risk fördam m brott etc.typisktfördessa givare ärattde saknarrealtidslarm. 7

8 Globalvs lokalmätning Visärskiljeridenna rapportpå om givare fångardammens globalaellerlokalabeteende Vid lokala givare,så som t.ex.töjningsgivare,sprickgivare,lokala portryckgivare etc.ärattdetofta kan vara svårt attskala upp detuppm ätta beteendetvid dessa givare tillnågotsom kan representera hela dammen.(dvs portryckändringarinärheten av portrycksgivaren ellert.ex.spricköppning ien ejövervakad spricka kom m er rim ligtvis inte attupptäckas) Globala givare,så som pendelgivare,mätöverfallförläckage etc.beskriverdetintegrerade beteendethos en delav dammen ellerhos hela dammen.eftersom dessa typerav givare registrerarbeteendetfören större delblir mätskalan större och detärdärförlättare attupptäcka avvikelseridammens beteende.dock svårtattidentifiera vardenna förändring harskett,dvs vilken spricka som vidgarsig ellervardetökade läckagetharuppstått. En nackdelärockså attnärman välupptäckeren förändring idetglobala beteendetså ärrisken storatten eventuell skada ärlängre utvecklad. 8

9 Deform ationsm ätningar Ären av de vanligaste formen förmätövervakning av betongdam m aroch isam tliga fallbestäm s rörelsen relativten given punkt,antingen en vald referenspunktellert.ex.på vardera sida om en spricka Globalm ätning (pendel,tiltgivare,totalstation,radar,laser) vanligtvis övervakning av krön ellerutvalda punkter längsm ed dammen Lokalmätning (sprickviddsgivare,extensom eter,töjningsgivare,fiberoptiska kablar) Globala givare tilläm pas ofta som detektorermedan lokala givare oftare används som stödinstrum entering.vid dam m övervakning på svenska dam m arär pendelgivare en av de mestvanligtförekom m ande mätteknikerna förövervakning av krönrörelsen,(krönrörelsen oftasten av de mesteffektiva globala param etrarna attövervaka) Sprickgivare en av de m estvanligtförekom m ande lokala givare som används förövervakning av betongdam m ar Storskillnad inoggrannhetberoende på typ av mätteknik,från < 0.01 mm till1 mm. 9

10 Globala deformationsgivare Markbaserad radar Lasergivare Hängande resp inverterad pendel Tiltsensor Totalstation 10

11 Lokala deformationsgivare LVDT givare Joint-m eter Sprickgivare Töjnings och spänningsgivare Extensom eter 11

12 Tem peraturgivare Tem peraturvariationer,så som värm eutveckling underhydratation,säsongsberoende variationer,uppvärm ning pga aggregatnära konstruktioneretc,harstorinverkan på betongdam m ar. Ären av de dom inerande orsakerna tillden sprickbild som ofta finns på dam m ar SMHIs klimatdatabas geroftastgod information om om givningsklimatetmen särskiltviktigtattlokala anläggningsspecifika tem peraturerövervakas,så som t.ex.betongtem peraturerellertem peraturen iinre delarsam t tem peraturvariationermed stora osäkerheter,dvs magasinstem peraturen Mätnoggrannhetvarierarm ellan olika fabrikat(berorpå m aterial),typiskt> 0,1 C 12

13 Tem peraturgivare Värm ekam era Fiberoptiska givare 20 ST01T ST02T ST03T Temperature [ C] Tem plinor Kom binerade töjning/tem pgivare 03/13 04/12 05/12 06/11 07/11 08/10 09/09 10/09 11/08 11/18 Time, date Exem pelpå resultatfrån term oelem entresp.term istor 13

14 Andra typerav m ätningar Accelerom eter Lastceller Islastmätningar Fotogrammetri 14

15 Vatten läckage,upptryck och fuktvid betongdam m ar Globaltläckage m ätöverfalloch norm altultraljudsgivare/tryckgivare ellerm ätning av återfyllningstid förpum par ICOLD (2018) angerattmätom rådetbörvara detförväntade vattenflödet+100 % och attprecisionen är±5% av m ätom rådet. Lokaltläckage flödesm ätning it.exm onterade svanhalsar,monterade med packeridränagehål Portryck iundergrund som kan ge artesiskttryck = upptryck! -Mäts via m anom eterarm onterade itoppen av ingjutna röriutvalda dränagehåliberg,eller -Svängande sträng givare ingjutna iberg,eller -BAT-system,dvs ingjuten portrycksspets iberget.givare sänks ned via rostfria förlängningsröroch ansluts tillportrycksspets.precisionen 0,15% av m ätom rådet,dvs 4,5 cm fören 300 kpa-givare (m ax 5 cm felenligtridas) Relativa fuktmätare,kom bineras ofta med tem peraturmätning isamma givare 15

16 Vatten-globaltläckage. Ultraljudsgivare för styrning av dränagepum p Ultraljudsgivare för mätning ipegelbrunn Mätöverfall 16

17 Vatten lokaltläckage Monterade svanhalsaridränagehål möjligtattobservera förändring sam tmäta flöde 17

18 Vatten portrycksgivare Vanligtvis används portrycksgivare av typ BAT med membran,artesiskttryck Mekaniska packersingjutna Kanske de viktigaste givarna,ger förvarning itid. UniktförSverige storfördelkunna funktionskontrollera Avfuktare Geom em bran 18

19 Vatten fuktoch tem peratur Fuktmätare med inbyggd tem peraturmätning 19

20 Funktionsprovning Vikten av attutföra kontinuerliga kontrolleroch kalibrering av instrum entpoängteras idam surveillance guide,bulletin 158 Vid en internationelllitteraturstudie så betonas vikten av attkunna verifiera mätvärdet,men oftastinte hurdetska utföras.i en delfallså finns installeratdubbla givare,förattpå så sättkunna uppvisa atten rörelse finns registrerade på bägge givarna Om man redan vid projekteringsstadiet,sam tvid installationen harmed sig tanken attmätvärdetpå någotsättska kunna verifieras m anuelltså ärdetfulltm öjligtattuppnå ettsystem därm ätvärdena kan verifieras och attinstallationerna blir pålitliga. Startvärden förbåde m anuella och autom atiserade värden viktiga!! 20

21 Rekommenderade kontrollintervallförskjutningsgivare Global förskjutning Kontrollmetod månad 1 3 år 1 år 2 3 Långsiktigt Hängande och Avläsning med manuellt var annan var annan 2 ggr/år 1 gång per år 1 inverterad pendel instrument vecka månad Tiltgivare Lokal förskjutning Extensometer Kontroll mot fingerat värde Mätning med maskinvattenpass Avstämning mot annan instrumentering Mätning med skjutmått mellan kontrollpunkter var annan vecka var annan vecka var annan månad Vart annat år 1 2 ggr/år 1 gång per år 1 1 gång per år 1 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år 1D Sprickgivare Mätning med skjutmått mellan kontrollpunkter 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år 3D Sprickgivare Urtagning av automatiska mätinstrument och mätning med skjutmått 1 gång/månad 1 gång per år 1 gång per år 1 gång per år 1 Kontrollmätning bör inte ske samma månad varje år, på det viset kan säsongsvariationer kompenseras för Kontrollav pendelm otfingerad förskjutning 21

22 Rekommenderade kontrollintervallvattenm ätning Vatten Vattennivågivare Kontrollmetod månad 1 3 år 1 år 2 3 Långsiktigt Tryckgivare Kontroll mot pegel 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år Resistansgivare Kontroll mot pegel 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år (TGDC) Kapacitiv Kontroll mot pegel 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år vinkelgivare Kodgivare Kontroll mot pegel 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år Ultraljudsgivare Kontroll mot pegel 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år Radargivare Kontroll mot pegel 1 gång/månad 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år Globalt läckage Mätöverfall Mätning av flöde 2 ggr/år 1 gång per år 1 gång per år Portryck BAT system Kalibrering av nollpunkt 1 gång per år 1 gång per år 1 gång per år Kalibrering mot känt vattentryck Var annat år Var annat år 22

23 Slutsatser Finns idag begränsade instruktioneriridas förhurdammarbörinstrum enteras och relativtlåg instrum enteringsnivå på många svenska dammar. Behov av attöka kunskap om instrum entering Erfarenheterfrån angränsande branscher Internationella erfarenheter Snabb utveckling inom m ättekniken (särskiltinom non-contactm ethods) Arbetetkom m erpresenteras ien Energiforskrapportsom bl.a.beskriverolika m ätm etoderoch givare, deras fördelaroch nackdelarsam tviktiga erfarenhetertidigare projekt Förväntas attpubliceras senare ivår 23

24

25 Mätsystem signalöverföring och program m ering Ström försörjning via kabeloch signalöverföring via fiber(vanligast) Ström försörjning via kabeloch signalöverföring via GSM-nätetellerradiolänk Ström försörjning via batteri(ibland förstärkt av solcellerellervindsnurra) och signalöverföring via GSM-nätetellerradiolänk. Ström försörjning via batteri(ibland förstärkt av solcellerellervindsnurra) och signalöverföring via satellit. 25

26 Mätsystem signalöverföring Halvautom atiserade givarsystem finns,det innebärattsjälva givarna ärinstallerade men ingen kontinuerlig ström försörjning eller signalöverföring ärfram dragen.givarna är inaktiva tillettslingström sinstrum entkopplas in och skickaren slingström (normalt4-20 ma) tillgivaren.ettaktuelltmätvärde läses då av. Används fram föralltförattunderlätta för driftspersonalellerdärfelkällorfrån manuella mätningarvillminimeras. Kan användas på nästan alla 4-20 m A-givare 26

27 Mätsystem signalöverföring Hurska signalen tas em othos t.ex driftcentral? Konstruktionsdelarel? Harsam tliga inblandade insett hurpass om fattande en autom atisering ärur konstruktionssynpunkt? Lättattfeltolkning mellan dammägare-projektör-entreprenöruppstår. Behov av överspänningsskydd? Slutdokum entationen Detkrävs en rättom fattande dokum entation runtautom atiserade givare ien betongdam m. 27

28 Mätsystem programmering Ärsignalen från givarna kvalitetskontrollerade? Hela kedjan från givare tilldc? Ärdetfastställtvilka signalersom faktisktska gå till driftcentralen direkt? Hardam m ägaren och dess berörda personal (dammteknisktsakkunnig,den person som så sm åningom ska driftaanläggningen m.fl) fåttvara med och tycka tillhurde villattdetska fungera och även se utpå skärm arna? Hardam m ägaren tänktigenom vilken typ av signal som själva system etska vara förberettför? Harden person som ska programmera fåtten genom gång av vad som faktisktska mätas och fåtttillräckligtbra bakgrundsunderlag? Närprogrammeraren utförtsina arbeten (ofta en extern person) hardå någon hos driftorganisationen fått utbildning iattkunna justera givarnivåer,m ätom råden eller andra enklare delar? Hardam m ägaren igod tid innan tänktigenom sitt system förbenäm ning av respektive givare? 28

29 Projektering och installationer Detutförs relativtfå damminstrum enteringsprojektoch projekteringen utförs av många olika personer.därmed hinnerinte kom petensen byggas upp hos projektörerna Närettförfrågningsunderlag tas fram används ofta en mall.faktorersom kan påverka installationen,så attden ivärsta fallinte fungerarellerriskerarattgå sönder,kan då missas. Närprojekteringen utförs ärdetalltså viktigtatt projektören välkännertillde faktiska förhållandena och kan anpassa instrum enteringen efterdet.förattdrift och underhållska kunna utföras måste utrustningen vara tillgänglig på ettbra sättvilketibland inte ärfallet. Redan iprojekteringsfasen börtillgängligheten beaktas. Även BAS-P haren viktig roll.vid projekteringen harbas- P inte alltid förståttsin uppgiftoch idetaljtittatpå tillgängligheturettarbetsm iljöperspektiv Nären el-entreprenörfåruppdragetattutföra instrum enteringsinstallationeribetongdam m ar,harde oftastinte detaljkunskap om givar-ellerdam m teknik Detutförs relativtfå instrum enteringarav betongdam m ari Sverige och de installationersom utförs sprids utpå ett flertal,ofta lokala,entreprenörer.detgörattkom petensen inte hinnerbyggas upp hos entreprenörerna. Vid utförandetärde identifierade bristerna relaterade till kom petensen hos de som faktisktutförsjälva installationerna.förattkunna reagera på attarbetetutförs på felsättmåste man ha förståelse försyftetmed installationen sam thursjälva instrum entetfaktiskt fungerar. 29

30 Projektering,installation och funktionskontroll Utbilning på G iettannatenergiforskprojekt Fokuserarbåde på utbildning av: Beställarorganisationen (inköp,projektledare dam m teknisktsakkunniga) Projektörer(konsulter) Entreprenörer 30

31 Funktionsprovning DAMMÄGARENS VANLIGASTE FRÅGA NÄR ETT MÄTVÄRDE FÖRÄNDRAS: Kan vilita på givaren? TEKNISKA BESKRIVNINGEN ÄR VÄLDIGT FOKUSERAD PÅ INSTALLATION,LEVERANS OCH DRIFTSÄTTNING MINDRE PÅ FRAMTIDA DRIFT HUR FUNKTIONSPROVAS INSTRUM ENTEN VID DRIFTSSÄTTNING OCH VID FRAM TIDA KONTROLLER? ÄR JAG FÖRST ATT FRÅGA? 31

32 Funktionsprovning Kontrollav signalen från givare tilldam m dator kan utföras med separatinstrum entsom stegar signalen från 4-20 m A. Nästan alla givare idag haren linjärsignal 32

33 Funktionsprovning Pendel Körnslag Manuelltpendelinstrum ent 33

34 FUNKTIONSPROVNING TILTSENSOR Monterad ianslutning tilldirektpendelns övre infästning Mätom råde m inus/plus 30 grader Kom m erattkalibreras om hos tillverkare till-5/+5 grader Kontrolleras manuelltmed digitaltmaskinpass 34

35 2-D GIVARE Sprickviddsgivare m onterade översprickoribetongen. Robusta,men borrmallgerändläge på givare Mätom råde 0-10 mm IP-67 klassade,dock inte kopplingslådan Kontrolleras manuelltmed digitaltskjutmått Skjutmåttkontrollmäts mot fast stång 35

36 3-D GIVARE överdilationsfog Mäterrelativa rörelserm ellan två angränsade frontskivor(dilationsfog) förrespektive m onolit. Mycketfuktfrån frontplatta innebärutfällningar som snabbtbyggerpå givarna IP 44 innebärproblem Vilken riktning ärvilken? Kontrolleras manuelltmed mätklocka i sensorhålen 36

37 FUNKTIONSPROVNING Lastcellerpå spännkablar 3-4 spännkablarpå varje monolit,förspänd med 300 ton.lastcellpå 1 kabel Inga överspänningsskydd trots attkabeln ståri kontaktmed vatten Kontrolleras även med manuellt avläsningsinstrum ent 37

38 EXTENSOMETER Ska detektera relativa rörelserm ellan berg och stödskiva sam thorisontella skjuvningariberg Mellan m onolitoch berg ettankare,ett mäthuvud Iberg,förövervakning av horisontella glidplan ärdet2-4 ankare iettm äthuvud,ettborrhål Kontrolleras manuelltmed digitaltskjutmått ellermätklocka 38