壓力式水位計在長距離暗渠輸水工程中的應用
發(fā)布時間:2019-05-23 發(fā)布作者:
壓力式水位計在長距離暗渠輸水工程中的應用
摘 要: 介紹了壓力式水位計的工作原理,通過總結(jié)日常工作中出現(xiàn)故障因素提出改進措施。針對壓力式水位計在南水北調(diào)中線工程天津干線長距離暗渠中的應用,說明了自動化監(jiān)控水位的重要性。研究成果為南水北調(diào)輸水工程的安全運行及統(tǒng)一調(diào)度提供重要的數(shù)據(jù)支撐。
1 工程概況
南水北調(diào)中線工程天津干線起點位于河北省徐水縣西黑山村,終點位于天津市外環(huán)河出口閘,總體走向由西向東,全長155.418km。設計流量為50m 3 /s, 加大流量為 60 m 3 /s。工程前 1.5 km 為山前丘陵區(qū),以東為廣闊的河北平原,地形落差達64m,前20km落差達47m,占總落差的75%,平均坡降1/425。天津干線采用全箱涵無壓接有壓全自流輸水方案,輸水過程中年際間、年內(nèi)各旬間都是不均勻的,中小流量的輸水時段較長,水量較大。具體來說,流量為30~40m 3 /s 的供水時段占總時長的 31.81 %,輸水水量占總水量的 37.02 %;流量為 40~50 m 3 /s 的供水時段占 18.58 %;輸水水量占總水量的 26.26 %;流量為 50~60 m 3 /s 的供水時段占總旬數(shù)的 16.01 %,輸水水量占總水量的 28.57 %。
2 自動化監(jiān)控系統(tǒng)的組成
在南水北調(diào)中線工程天津干線中,采用了一整套自動化調(diào)度與運行管理系統(tǒng),包括:閘站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設備及 SuperControl SCADA 系統(tǒng)平臺軟件、閘站監(jiān)控系統(tǒng)應用軟件、工控機系統(tǒng)軟件、觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)軟件、PLC 監(jiān)控系統(tǒng)軟件。自動化監(jiān)控系統(tǒng)采集的有流量數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)、閥位數(shù)據(jù)。
3 壓力式水位計簡介
壓力式水位計的工作原理:測量水下某點壓力,用通氣管消除大氣壓力后,就能測得水壓。應用固態(tài)壓阻器件作傳感器,可直接將水壓力轉(zhuǎn)變成電壓模擬量或頻率量輸出,通過雙絞線傳輸信號。根據(jù)程序設置、水位計量程把電信號轉(zhuǎn)換為水位數(shù)據(jù)。這種方式可以實時監(jiān)測閘前、閘后的水位,并且可以在工控機閘控軟件上調(diào)取以前的歷史數(shù)據(jù)對比水位變化。水位實時數(shù)據(jù)為調(diào)度運行提供了可靠、準確、安全的保障。
壓力式水位計因具有安裝方便、利于更換、無需測井等特性,在水位測量中使用頻繁,本項目選用的是由瑞士產(chǎn)數(shù)字信號水位計,供電范圍 9~29 VDC,輸出電流為 4~20 mA,量程為 0~25 m。主要構(gòu)成有:壓力傳感芯片、電纜及導氣管、鋼管等。
壓力式水位計安裝方式如圖 1 所示。
壓力式水位計使用中注意事項:
(1)壓力傳感器在運輸、安裝、運行中切不可碰接、跌落, 否則會損壞內(nèi)置集成芯片。
(2)通氣電纜在任何情況下都不可重壓,與傳感器連接部位不可承受拉力,任何情況下通氣管內(nèi)部都不允許進水。
(3)通氣電纜與四芯電纜聯(lián)接處有通氣孔,要防水但不能用膠布封死。
(4)儀器應每月 1 次進行校核,或在氣溫有較大變化(約 10 ℃變化)時進行檢查,誤差應在 10 個尾數(shù)之內(nèi),否則應調(diào)準校核值。
(5)考慮到水體中有沙子、泥和雜物等,安裝水位計需距離底部 50 cm,以防止底部泥沙堆積影響測量水位。
4 壓力式水位計故障因素及改進措施
在日常的維護工作中,造成水位數(shù)據(jù)波動或顯示無效數(shù)據(jù)的主要因素:
(1)AI 模塊故障會造成數(shù)據(jù)的波動從而不能一直顯示正常水位數(shù)據(jù)。
(2)通信線纜出現(xiàn)短路、斷路導致電信號無法傳輸從而顯示無效數(shù)據(jù)。
(3)開關電源損壞導致水位計斷電顯示無效數(shù)據(jù)。
(4)水位計信號避雷器損壞導致信號無法傳輸從而顯示無線數(shù)據(jù)。
(5)水位計壓力芯片漂移導致輸出的電信號不穩(wěn)定從而無法顯示正常水位數(shù)據(jù)。
改進措施:由于閘后會出現(xiàn)水錘和浪涌,水位計底部保護殼長期與不銹鋼保護管撞擊會出現(xiàn)變形造成壓力芯片損壞。經(jīng)過長時間的現(xiàn)場觀察后,在水位計底部保護殼安裝一個橡膠防護帽,能極大的吸收水錘和浪涌的沖擊力。安裝一段時間后發(fā)現(xiàn),減少了水位計損壞數(shù)量,增加了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。
5 壓力式水位計的應用
天津干線起點與終點地面高程總體呈現(xiàn)西高東低的趨勢,沿線高差變化較大,上段地勢陡,中下段地勢平緩。在地勢陡的暗渠,尤其當水流量變大時,造成水面波動較大,用肉眼觀測水尺造成的誤差可能較大。在閘前閘后中安裝水位計來監(jiān)控水位,即使水平面波動較大時,也可以從十幾秒中測量的數(shù)據(jù)中取平均值算出水位。由于中下段地勢平緩,水位下降趨勢不明顯。工作人員也能通過調(diào)取同一時間幾個閘站的水位數(shù)據(jù)來判斷水位是否有下降趨勢。
當環(huán)境因素出現(xiàn)大霧、大風、暴雨天氣時,人眼不能清楚的通過水尺觀測水位,或者需要通過持續(xù)觀測水位,記錄水位的變化規(guī)律。此時,通過水位計觀測記錄水位提供了極大地便利,也省去了工作人員去現(xiàn)場觀測的麻煩,工作人員的安全也有了保障。
6 結(jié)語
水位數(shù)據(jù)測量是南水北調(diào)長距離暗渠輸水工程中的一項重要工作。在自動化監(jiān)測中,通過數(shù)據(jù)采集、信號處理、信號輸出等環(huán)節(jié),水位數(shù)據(jù)通過顯示屏實時顯示出來,方便工作人員觀測、記錄。自動化監(jiān)測水位計的應用,對保證南水北調(diào)輸水工程的安全運行發(fā)揮了重要作用。