壓力式水位計在長距離暗渠輸水工程中的應用

薛宏磊，陳 岱

（北京林克森自動化系統工程有限公司，北京100055）

1 工程概況

南水北調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河出口閘，總體走向由西向東，全長155.418km。設計流量為50m3/s， 加大流量為60 m3/s。工程前1.5 km 為山前丘陵區，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30～40m3/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 m3/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 m3/s的供水時段占總旬數的16.01%，輸水水量占總水量的28.57%。

2 自動化監控系統的組成

在南水北調中線工程天津干線中，采用了一整套自動化調度與運行管理系統，包括：閘站監控系統硬件設備及SuperControl SCADA系統平臺軟件、閘站監控系統應用軟件、工控機系統軟件、觸摸屏監控系統軟件、PLC監控系統軟件。自動化監控系統采集的有流量數據、水位數據、電量數據、閥位數據。

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。應用固態壓阻器件作傳感器，可直接將水壓力轉變成電壓模擬量或頻率量輸出，通過雙絞線傳輸信號。根據程序設置、水位計量程把電信號轉換為水位數據。這種方式可以實時監測閘前、閘后的水位，并且可以在工控機閘控軟件上調取以前的歷史數據對比水位變化。水位實時數據為調度運行提供了可靠、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數字信號水位計，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。

圖2 壓力式水位計安裝示意圖

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部都不允許進水。

（3）通氣電纜與四芯電纜聯接處有通氣孔，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個尾數之內，否則應調準校核值。

（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，造成水位數據波動或顯示無效數據的主要因素：

（1）AI模塊故障會造成數據的波動從而不能一直顯示正常水位數據。

（2）通信線纜出現短路、斷路導致電信號無法傳輸從而顯示無效數據。

（3）開關電源損壞導致水位計斷電顯示無效數據。

（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據。

（5）水位計壓力芯片漂移導致輸出的電信號不穩定從而無法顯示正常水位數據。

改進措施：由于閘后會出現水錘和浪涌，水位計底部保護殼長期與不銹鋼保護管撞擊會出現變形造成壓力芯片損壞。經過長時間的現場觀察后，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。安裝一段時間后發現，減少了水位計損壞數量，增加了數據的穩定性。

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據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取同一時間幾個閘站的水位數據來判斷水位是否有下降趨勢。

當環境因素出現大霧、大風、暴雨天氣時，人眼不能清楚的通過水尺觀測水位，或者需要通過持續觀測水位，記錄水位的變化規律。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場觀測的麻煩，工作人員的安全也有了保障。

6 結語

水位數據測量是南水北調長距離暗渠輸水工程中的一項重要工作。在自動化監測中，通過數據采集、信號處理、信號輸出等環節，水位數據通過顯示屏實時顯示出來，方便工作人員觀測、記錄。自動化監測水位計的應用，對保證南水北調輸水工程的安全運行發揮了重要作用。