水位差監測系統在沭新北船閘中的研制與應用

周 松

（江蘇省淮沭新河管理處 淮安 223005）

1 引言

隨著水利現代化建設進程的日益加快，伴隨著諸如達標創建、精細化管理、安全生產標準化建設、智慧水利建設等方面提出的更高標準和更細要求，給沭新北船閘的運行管理提出了新的考驗。因此，通過設備改造創新來提升老舊工程的管理水平，達到提高運行效率和安全可靠性的目的，具有實際意義。

2 工程概況

沭新北船閘位于江蘇省沭陽縣桑墟鎮，是分淮入沂綜合利用工程之一。工程建成于1972年，設計規模Ⅳ級，工程設計主要功能是溝通連云港與中運河，減輕東隴海線運輸壓力，在連云港缺水時，可通過輸水廊道向薔薇河輸水30m3/s。工程自建成以來，效益發揮顯著，年通貨量數百萬噸，且近年來呈逐年增長趨勢。在干旱時期，通過船閘多次向連云港送水，有效緩解了旱情。

3 研制背景與調研分析

3.1 研制背景

沭新北船閘建設時間早，工程設備老舊，日常運行頻繁，2012年被江蘇省水利廳安全鑒定為“三類水閘”。船閘在設計時，將工程水位始終劃分為上游水位、閘室段水位、下游水位這樣不同的“三級水位”，呈現階梯狀。另外，該船閘使用的人字門需要在靜水條件（閘門內外側無水位差）實現開、關工作。在傳統運行中，運行人員需要每次去室外通過肉眼觀察和經驗判斷閘門內外側水位差情況，然后進行人字門開、關操作。該過程不僅繁瑣、消耗人員勞動，且存在操作人員誤判水位差開啟人字門造成閘門拉桿斷裂、船舶事故等情況，存在多種不安全因素。

3.2 調研分析

（1）運行管理效率低。在現有的運行管理模式下，日常船閘調度運行時人員需要花費大量時間在人工觀察水位上，人員、設備運行效率低。

（2）安全可靠性差。通過人工觀察水位操作運行設備，不僅給運行管理帶來諸多不便，且人員容易對水位造成錯誤判斷，從而導致人字門拉桿斷裂，存在安全隱患。

（3）工程管理水平低。通過人工觀察水位的方式較為傳統與不便，且與智慧水利、信息化、精細化等水利現代化管理思路和要求存在較大差距，工程管理水平低。

4 研制目標

（1）系統結構簡單、安裝方便，且抗干擾能力強，信號轉化的精度及穩定性高。

（2）通過數顯監測記錄儀顯示實時水位數值，直觀反映船閘人字門內外側水位差。

（3）當數顯監測記錄儀顯示的兩個數值大致相等時（考慮到水位的波動），即達到允許操作人字門開啟的條件。

5 實施方案

綜合考慮設備特點、施工難度、系統穩定性、維護便易程度、美觀性、經濟性等因素，系統研制采用雙通道數顯監測記錄儀+投入式液位計探頭+防水導線+不銹鋼防護圓管+電源控制的實施方案（圖1）。

在閘室內和人字門外側不受船只過閘影響的合適位置固定安裝不銹鋼防護圓管，將投入式液位計探頭安裝在不銹鋼圓管內進行固定，全部浸沒在人字門兩側的動水中。結合現場具體位置用1.5m2的兩芯導進行布線，用不銹鋼波紋管整理保護線路，將雙通道數顯監測記錄儀安裝在船閘啟閉機操作柜上，按要求連接到備用24V 直流電源上完成設備的全部接線。最后結合工程運行，通過設定雙通道數顯監測記錄儀起始點參數進行調試，最終完成系統。

6 水位差監測系統

6.1 系統組成部分

水位差監測系統包括投入式液位變送器單元、電源線路單元和雙通道數顯監測記錄儀單元。其中，投入式液位變送器單元包括液位計探頭、防水導線、不銹鋼圓管和殼體防護接頭；電源線路單元包括1.5m2的兩芯導線、304 不銹鋼波紋管和接線盒。主要系統部件型號及結構功能參數見表1。

6.2 工藝原理及安裝說明

6.2.1 工藝原理

沭新北船閘水位差監測系統主要利用投入式液位計單元上的液位計探頭可以實時顯示水位監測、水位差比較、數據記錄，通過多通道數顯監測記錄儀顯示水位數值，直觀反映閘門內外側水位差，既能減輕人員勞動，提高運行效率，同時也避免操作人員誤判水位差造成閘門拉桿斷裂等事故的發生，既便捷高效又安全實用。水位差監測系統工藝原理見圖2。

圖1 水位差監測系統示意圖

圖2 水位差監測系統工藝原理圖

6.2.2 安裝說明

該系統包括2 臺投入式液位變送器單元、電源線路單元和多通道數顯監測記錄儀單元。其中，投入式液位變送器單元包括液位計探頭、防水導線、不銹鋼圓管和殼體防護接頭；電源線路單元包括1.5m2的兩芯導線、304 不銹鋼波紋管和接線盒。將1.5m2的導線不分正負地接到殼體防護接頭內“4～20mA”端子上，利用波紋管整理電源線路，并將多余線導線集中整理放入接線盒內；在啟閉機操作柜上安裝多通道數顯監測記錄儀，將上述從殼體防護接頭上電氣接口穿出的兩芯線的另外一頭接到多通道數顯監測記錄儀上，其中一根接端子“p+”，另外一根接端子“1A”，再用1 根線將端子“p-”和“1c”短接；同理再把另一臺接入投入式液位變送器的導線另一頭接到端子“p+”和“2A”上，然后再把端子“p-”和“2c”短接；多通道數顯監測記錄儀后的端子“LN”表示外接電源接入端，再用兩芯導線與之相連即完成該系統的全部接線。其中，投入式液位變送器安裝在不銹鋼圓管內進行固定，全部浸沒在人字門兩側的水中。

6.3 設備調試運行

6.3.1 調試運行步驟

步驟1：基礎設置階段。研究記錄儀使用說明書，根據內容進行設備名稱更改、數顯畫面、測量精度、測量單位等設置，期間有不明白之處及時與廠家技術員溝通解決。

步驟2：調試運行階段。以上游為例：先按傳統方式要求將人字門開啟，讓閘門內外側水位齊平，記錄此時數顯式記錄儀兩組數據，通過計算設置好其中某一通道水位的起始點數值，讓兩路數值相等。

表1 系統部件型號及結構功能參數表

圖3 調試運行流程圖

步驟3：問題分析階段。關閉人字門，觀察記錄儀數據變化，如果變化合理，即完成初步調試工作；如不合理，則原因是通道順序設置錯誤，需要調整通道接線，接著進行重復步驟2 工作，直至最終運行調試合理，完成設備調試運行工作。

6.3.2 調試運行流程圖（見圖3）

7 應用效果

沭新北船閘探索性地研制出水位差監測系統，并在老舊工程中成功應用，設備運行正常、穩定，應用效果顯著，主要表現有三個方面：（1）直觀、準確顯示船閘人字門內外側實時水位差值，不再需要人工觀察水位，提升了運行管理效率；（2）數字相等時即達到開啟人字門條件，消除因人工方式觀察水位造成的誤判水位差開啟人字門導致的設備故障發生，提升了安全可靠性；（3）通過設備改造創新，提高了工程管理水平。該系統將運行人員掌握水位差的方式，由傳統的“人工觀察判斷水位差”改變為“感應式實時數字顯示水位差”，既便捷高效又安全實用，值得推廣應用■