摘要：随着电力科技日新月异的发展和蜀河水电站水情自动测报系统的建成投运，一套工作性能稳定的水位测量系统就显得颇为重要。蜀河水电站原上下游水位及拦污栅压差测量系统采用浮子式液位传感器，随着运行时间的推移该系统设备老化、钢丝绳滑落、稳定性差、测量精度差等设备缺陷逐渐显露，无法满足现在的工作需求。2015年通过对上下游水位计及六台机组拦污栅压差计进行了改造，经过2年多的运行，该系统钢丝绳不易滑脱、运行稳定、测量数据精度高，特别是大洪水期间监测数据误差小，为蜀河水库调度及大坝的防洪度汛安全和增发电量经济运行提供了技术支持。
关键词：水电站；水位监测系统；上下游水位计；拦污栅压差计
1 工程概况
蜀河水电站位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距旬阳县城51km，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划中的第六个梯级电站，是陕西汉江投资开发有限公司开发的第二个水电站。
蜀河坝址以上流域面积49400km2，坝址处多年平均流量732m3/s，水库库容1.76亿m3，正常蓄水位217.3m，死水位215m，排沙运行水位212m，装机容量270MW，保证出力57.4MW，年平均发电量9.53亿kW•h，年利用小时3530h。工程的主要任务是发电，并兼顾航运、旅游和养殖等。工程规模属Ⅱ等大（2）型，按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核，相应洪峰流量分别为30000m3/s和38100m3/s。
蜀河水电站原上下游水位及拦污栅压差测量系统采用浮子式液位传感器，随着运行时间的推移该系统设备老化、钢丝绳滑落、稳定性差、测量精度差等设备缺陷逐渐显露，无法满足现在的工作需求。加之随着电力科技日新月异的发展和蜀河水电站水情自动测报系统的建成投运，一套工作性能稳定的水位测量系统就显得颇为重要。所以2015年对上下游水位计及六台机组拦污栅压差计进行了改造，采用了先进的技术和最新的设备，提高了水位测量系统运行的稳定性和测量精度，为蜀河水库调度及大坝的防洪度汛安全和增发电量经济运行提供了技术支持。
2 原系统情况
原上下游水位及拦污栅压差测量系统于2009年7月建成投运，系统采用浮子式液位传感器，浮子式液位传感器选用绝对编码器，配精密变速机构、挂轮、不锈钢丝绳、重锤、防浪锤、防滑防脱轮、浮子等组成。此传感器安装在测井上方，连接浮子与重锤的测绳挂在挂轮上。当液位变化时浮子也随之变化，测绳带动挂轮作旋转运动传感器输出与水位相应的编码数字量供智能仪采集，通过DEVICENET网络传送数据，并在人机界面上显示和设定参数、故障查询。
随着运行时间的推移该水位测量系统逐渐暴露出如下问题：
（1）设备逐渐老化，电气元器件使用寿命到期。（2）设备接线方式不合理，设备接线方式采用串联的形式将上下游水位计及六台机组拦污栅压差计连接起来，无论哪个水位计出现故障，其余水位计均不能正常使用。（3）编码器未进行密封处理，受潮进水后经常损坏。（4）钢丝绳经常出现滑落滑脱现象。（5）水位测量误差大、精度低，特别是大洪水期间，水位波动大，测量水位已不能满足报表计算。
3 新系统设计原则
（1）水力测量系统的改造设计要以系统工作性能稳定、维护方便、配件容易购买、性价比高等为基本出发点。（2）八个水位数据采集点通过各自的双音频数据通信电缆，互不干扰。（3）用户可以再任意一个水位采集点，获取到所有水位采集点的水位数据信息。（4）设备性价比高，性能稳定，维护方便，改造成本费用适中。（5）改造过程中，对原有的水位井等基础设施要加以利用，降低成本、节能增效。
蜀河水电站水位监测系统拓扑图
4 新系统功能
该系统分为三大部分：信号采集部分、信号处理部分、信号显示控制部分。
信号采集部分：信号采集部分是由8台浮子式水位计构成，其功能是对1至6号机组拦污栅及上下游水位进行采集，具体通过SWY-4水位编码器，其选用SWY-4系列的绝对编码器，配精密变速机构、挂轮、不锈钢丝绳、重锤、防浪锤、防滑防脱轮、浮子等组成。此传感器安装在测井上方，连接浮子与重锤的测绳挂在挂轮上。当液位变化时浮子也随之变化上升或下降，测绳带动挂轮作旋转运动传感器输出与水位相应的编码数字量供智能仪表采集。
信号处理部分：信号处理部分有PLC对1至6号拦污栅压差计及上下游水位计传输过来的4—20mA信号进行采集、处理、存储。DELL服务器与PLC屏幕通过交换机组成局域网，服务器实时连接PLC把采集来的水位数据进行服务端存储，以供显示部分使用。
信号显示控制部分：信号显示控制部分由PLC机柜上内嵌10寸屏幕、8台8寸就地触摸屏以及水情值班室600cm*400cmLED全彩屏幕组成。PLC屏幕通过网路与PLC实时连接，8台8寸触摸屏与LED全彩屏幕通过网络与DELL服务器相连，共同组成系统中的显示部分。
5 新系统软件设计要求
（1）水位监测系统软件服务的要求
软件支持平台：Windows7、Windows2008、SQL server2008；软件支持水位显示装置的各种输出接口：同时支持RS232、RS485、TCP/IP Modbus、RJ45等各种接口协议；软件支持以多种输出方式将接收的实时水位转发出去的功能；软件必须提供各通讯端口的快捷设置方式；软件必须显示设备调试信息以便跟踪查看设备运行情况；软件必须提供数据报警功能，要求采用多种报警方式相结合的方式实现报警；软件必须可在Web或客户端上实现全部水位监测系统软件全部功能；软件必须可以根据需要自动从Web服务器下载程序，自动安装、按需运行。支持一台服务器对应多个客户，服务器只开放80 端口，支持多客户端同时运行使用该软件；支持所有遥测量4~20mA输出；软件可以根据需要通过80端口提供给其他厂商或客户的二次开发接口功能。
（2）水位监测系统软件部分
为保证软件整体通用性要求客户端程序与Web程序一致，可根据需求选择；软件可以设置水位计接收方式：包括RS232、RS485、TCP/IP Modbus、RJ45以及相应的接收方式下的详细通讯参数；软件支持数据报警，根据服务端的报警信息实时显示报警内容。报警信息要求实时保存并提供查询接口；软件可以设置水位安装的大坝（站）个数和大坝（站）参数；软件要求主界面中显示实时水位、近期水位数据、极值统计、大坝参数查询、实时水位过程线、大坝模拟图等信息；软件可进行日整点、日平均、旬平均、月平均、年平均水位统计。查询时段可以自行设置。查询结果可以另存为EXCEL或打印输出；软件提供数据修改接口，可根据需要修改已保存的水位数据；软件可显示、修改、打印水位库容曲线数据、水位流量关系曲线数据；软件可绘制水位历史数据过程线；软件可绘制水位历史数据对比过程线。
6 实施方案
蜀河水电站水位监测系统配备八个水位计，分别为一个上游水位计、一个下游水位计和六个拦污栅后水位计。每个水位采集点配有水位井，符合浮子式水位计安装条件。在中控室显示所有水位计数据，并且将水位及压差数据以4~20mA的方式输出。每个水位数据采集点都可以查看八个水位数据。
蜀河水电站水位监测系统由中控室的水位数据处理装置、上下游水位井的水位数据发送装置、绝对式浮子水位计、拦污栅后水位井的水位数据发送装置、绝对式水位计以及水调的双色LED水位显示屏构成。中控室的水位数据处理装置与各个水位井的水位数据发送装置采用点对点连接方式，通讯协议采用双音频方式，通讯电缆采用带屏蔽超五类双绞线。采用双音频通讯的原因在于双音频通讯端口带有隔离变压器，隔离变压器抑制环境中的高频干扰，提高了系统的稳定性。双音频通讯也是RS485、RS232等一些串行通讯中传输距离最远抗干扰能力最强的一个。双音频通讯方式的可靠性和低故障率特性是十分优秀的。
八个水位数据采集点通过各自的双音频数据通信电缆，将水位数据发送到数据处理装置中，数据处理装置在作出相应的处理后，将这八个水位数据再反送到各个数据发送装置中。因此在这个水位测量系统中，用户可以在任意一个水位采集点，获取到所有水位采集点的水位数据信息。中控室的水位数据处理装置通过以太网向双色LED水位显示屏以及在同一网络的计算机发布水位数据信息。
7 新系统实施过程
（1）暗埋线管地面开槽：上游水位计与拦污栅压差计之间地面开槽，尺寸65mm*65mm（宽*高），预埋直径Φ50 PVC穿线管，引至电缆竖井。下游水位计与电缆槽盒之间地面开槽，尺寸45mm*45mm（宽*高），预埋直径Φ30PVC穿线管，线缆通过下游侧电缆槽盒引至电缆竖井。
（2）安装设备保护箱：拦污栅压差计与上、下游水位计现场安装设备保护箱，尺寸400mm*500mm，使用电锤钻孔加膨胀螺栓固定，保护箱与墙体涂发泡胶用于防水。电源箱安装在6号拦污栅压差计旁边的排架柱上，尺寸500mm*600mm。设备保护箱与电源箱的所有进出线缆均要求在地面或排架柱上开槽，尺寸65mm*65mm（宽*高），预埋直径Φ50 PVC穿线管。
（3）设备保护箱中设备安装：把5V、12V、24V工业电源和公开安装到电源箱内。8个8寸显示屏和8个水位计编码器分别安装到上下游水位计和拦污栅压差计处设备保护箱内。
（4）布线：从水位计PLC机柜下方电缆沟布8根光纤和8根音频线至电缆竖井，标注每根光纤和音频线，并进行编号。电源箱引出8组电源线共计24根电源线，与从中控室拉出的8根光纤和8根音频线汇合后分成8组（每组1根光纤、1根音频线、3根电源线）分别敷设到1-6号拦污栅压差计和上下游水位计处。光纤通过光纤收发器接入8寸显示屏，24V电源线接入水位计供电，5V、12V电源线和音频线接入表箱，5V、12V电源线分别给光纤收发器和8寸显示屏供电，音频线接入水位计编码器,数据以4-20mA信号输出。从上下游水位计和拦污栅压差计各引一根16芯屏蔽线至设备保护箱中，接入水位计编码器。下游水位计侧线缆沿预埋pvc管进入电缆槽盒，经电缆竖井到达中控室的水位计PLC机柜。上游水位计与拦污栅压差计侧布线沿预埋pvc管进入电缆沟，经电缆竖井到达中控室的水位计PLC机柜。
（5）水位计PLC机柜设备安装：将8根音频线接入PLC输入模块，8根光纤通过光纤收发器接入交换机，PLC网络模块通过网线接入交换机，服务器通过网线接入交换机。交换机通过网线接入电厂现有网络。服务器预装Windows2003操作系统，SQL server2005数据库。
（6）水位计拆除与安装：上下游水位计及拦污栅压差计拆除后，对上下游水位计及压差计固定支架进行除锈喷漆作业。油漆风干后安装新的上下游水位计及拦污栅压差计。随后进行系统调试，系统运行正常之后对上下游水位计及拦污栅压差计地面开槽进行回填恢复。
8结论
2015年蜀河水电站通过对上下游水位计及拦污栅压差计进行改造，彻底解决了系统设备老化、钢丝绳滑落、稳定性差、测量精度差等设备缺陷，通过应用先进的技术和最新的设备，提高了水位测量系统运行的稳定性和测量精度，经过2年多的运行，该系统钢丝绳不易滑脱、运行稳定、测量数据精度高，特别是大洪水期间监测数据误差小。蜀河水电站水位监测系统的改造为水库调度及大坝的防洪度汛安全和增发电量经济运行提供了技术支持。
论文作者:杨号
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：水位论文; 水位计论文; 下游论文; 浮子论文; 系统论文; 测量论文; 数据论文; 《电力设备》2018年第18期论文;