淺談無線水位監測裝置在小型水電站中的應用

黃凱

摘 要：南平市蘭溪二級水電站位于南平市延平區赤門鄉赤門村，地處偏遠山區，現場運行人員偏少，對于水庫水位的監測無法做到實時準確。為了能更好地了解庫區水位，合理利用水能，同時能在不增加工作人員的條件下，蘭溪二級水電站迫切需要提高電站設備的自動化程度，通過遠程監控的方式來檢測水庫水位。

關鍵詞：水位檢測；小型水電站；無線傳輸

中圖分類號：TV742 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0145-02

1 電站概況

南平市蘭溪二級電站位于南平市延平區赤門鄉赤門村，位處蘭溪流域，裝機容量1890kW（3*630kW），設計年平均發電量420萬kWh，2002年2月投產發電，大壩為漿砌石雙曲拱壩，庫容9萬m3，隧道長1.9km。從大壩至電站廠房沒有良好的有線通訊網絡，庫區水位需要電站員工按時前往大壩觀測水尺才能獲悉，無法實時有效的獲取水庫水位數據，給防汛和水庫調度帶來了不便，造成機組發電負荷分配的不合理。

2 情況分析

由于壩區至電站沒有有線通訊網絡，要裝設水位監控裝置就必須解決通訊問題。由于電站地處偏遠，架設通訊線路難度大，同時線路架設的造價較高，對于小型水電站來說并不是經濟可行的有效辦法，因此選擇無線傳輸水位數據的方式最為可行。無線傳輸水位數據可通過微波通信、GPRS、4G信號傳輸等。由于GPRS、4G等信號傳輸方式需要通過通信運營商購買數據服務，會產生數據傳輸的費用，同時由于電站地處偏遠，各大通信運營商的通信網絡信號差，增設基站或者升級基站的費用也較高，因此并不適合電站的運營情況。

微波通信是使用波長在1毫米至1米之間的電磁波進行的通信。該波長段電磁波所對應的頻率范圍是300MHz（0.3GHz）～300GHz。是直接使用微波作為介質進行的通信，不需要固體介質，當兩點間直線距離內無障礙時就可以使用微波傳送。利用微波進行通信具有容量大、質量好并可傳至很遠的距離，其中433MHz無線通信方式是我們國家的免申請段發射接收頻率，可直接使用，且所需設備少，比較適合在小型水電站中使用。但由于433MHz的信號抗干擾能力較弱，較適合在山區使用，由于蘭溪二級水電站的大壩和廠房處于山區，且大壩到廠房并無高山阻擋，實際直線距離約1.9公里，可以使用此種信號傳輸方式。

3 設備安裝

3.1 在壩區需安裝以下設備（見表1）

由于蘭溪二級水電站壩區沒有辦法提供電源，因此需要通過使用太陽能電池對壩區設備進行供電，同時為了考慮陰雨天氣，需要依靠蓄電池來作為電源，通過電源控制器和電源穩壓模塊作為太陽能電池和蓄電池之間的調節控制裝置。考慮設備長期放置室外，現場選擇了不銹鋼箱體并加裝防雨罩，對箱體上孔洞都進行封堵。

（1）水位發射裝置由太陽能板、蓄電池、電源控制箱、信號發射模塊及天線組成，把發射裝置安裝在山上水池附近。

（2）太陽能板的固定采用燈桿方式，太陽能板朝正南方向，把電源控制箱固定在燈桿的中部。

（3）把全向天線的SMA接頭連接在機箱內部的控制器SMA插座上旋緊，然后把發射天線安裝在控制箱與太陽能板的中部位置，與太陽能板保持有一定距離。

（4）液位監測信號為1路或2路4～20mA電流信號，可同時接入兩路兩線制液位傳感器信號。

（5）電源控制箱內有太陽能控制器、蓄電池、防雷器、無線發射模塊；無線發射模塊由太陽能電源的蓄電池供電，電壓為12V，在無線模塊左側安裝了一個電源開關，安裝好設備后，將電源開關向上推起即可給無線發射模塊供電。

3.2 在廠房安裝以下設備（見表2）

接收裝置箱安裝在電站廠房內，天線安裝在屋頂附近，天線離地高度大于2米，無線接收模塊輸出信號直接接入智能水位控制儀和機組監控系統進行實時水位顯示及控制。

4 設備調試及使用

4.1 對液位傳感器的調試

選用帶隔離膜充油芯體的壓阻式壓力傳感器，輸出信號由高精度、低溫漂和高可靠性的放大電路轉換為標準信號，通過調零和調滿選擇好合適電站水庫的水位量程。

4.2 433MHz微波傳輸設備的使用

該微波傳輸設備配置過壓保護裝置，模擬量輸入時可以抵御瞬時的過電壓和靜電破壞。開關量輸入通道與控制器核心部分通過光電隔離，同時支持沖突檢測CSMA/CA、及重傳機制，確保無線傳輸的可靠性。該設備具有靈活的參數設置功能，可以使用RFSET軟件，通過USB接口，設置工作頻點、空中速率、發射功率、串口速率和格式等。

使用該傳輸設備傳輸水位時時，需同時加裝避雷器，防止受雷擊時雷電波侵入損壞設備。設備日常運行維護簡單，無需運行人員反復操作。

5 結束語

通過433MHz微波通信的傳輸方式有效解決了蘭溪二級水電站水位監測問題，減少了現場運行人員的工作量，同時優化了電站的防汛和水庫調度存在的問題，為小型水電站機組發電負荷分配提供了數據支撐。但是該頻段的微波通訊抗干擾能力差，且微波通訊需要兩點之間的直線上無障礙物，若遇有障礙時還需加設中繼站，因此使用上有一定局限。

目前該設備投運以來運行平穩，數據準確，達到了當初設備安裝的目的，切實有效的解決了電站實際問題。

參考文獻：

[1]郭鳳儀，徐維澤，段景春，等.無線水位檢測系統與壓力傳感器補償方法的研究[J].電子技術應用，2010（7）：58-61.

[2]周韻，王志平.無線傳輸在實時水位監測系統中的應用[J].電子技術應用，2007，33（3）：85-87.endprint