水文纜道測流控制臺應用故障分析與維修探討

關麗娜

(伊犁水文勘測局，新疆 伊寧 835000)

0 引 言

水文纜道測流仍是我國西北地區各水文站測流的主要方式，其測流系統包括纜索驅動、控制系統及綜合信號等部分。纜索驅動系統發生故障的概率較小，通常情況下都是控制系統和綜合信號系統發生故障，且一旦發生故障，會增加檢修難度，影響流域正常水文測流。H水文站經過多年的實踐和探索已經積累起一些水文纜道測流系統的故障處理經驗和應對突發性測流系統故障的辦法。

1 問題的提出

H水文站為國家級二類精度水文控制測站，也是長期進行所在流域水量、水質監測的基本站點，H水文站K斷面最大水深2.85m，斷面寬49.8m。多年來，H水文站中高流速水主要分布在起點距25.5-31.7m，流速均勻，低水主要分布在起點距28.7-34.8m，流速穩定。整個流域呈扇狀形，流域西南部及中部叢峰林立，地勢陡峭，是典型的山區，所在流域主要依靠季節性融雪補給，每年的4-6月為流域洪水期。測站斷面河道順直，斷面河床主要為卵礫石和細砂，且斷面水位-流量關系曲線單一，沖淤變化小。

就目前水文測流情況來看，H水文站普遍應用集水文絞車控制、鉛魚位置檢索、測點流速量化分析等功能的纜道綜合測量控制臺并結合單片機控制技術和交流變頻調速、纜道無線信號傳輸等技術，自動化程度較高。為全面掌握河底信號器工作原理、性能維護，并充分保障設備性能的發揮，就水文纜道綜合測量控制臺在具體應用過程中由于河底信號接收器[1]等方面問題而造成鉛魚設備無法按設計要求順利下降的故障進行原因分析和維修探討。

2 河底信號器工作原理

目前，H水文站纜道綜合控制臺主要使用失重式河底信號器和鉛魚托盤式河底信號器兩種結構，其工作原理存在一定差異。

2.1 失重式河底信號器

此類型信號器主要將工作索和滑輪連接，在懸空的鉛魚自重的作用下，固定在滑輪上的工作索會產生超過失重式河底信號器彈簧受壓所產生推力的拉力，導致失重式河底信號器外殼A面和微動開關推動桿的B面分開，且微動開關不再輸出河底信號。當鉛魚接觸河底后，施加于其工作索上的拉力減小，失重式河底信號器將產生大于工作索拉力的推力，使信號器外殼A面和微動開關推動桿的B面靠攏，并在信號器外殼A面的擠壓下微動開關推動桿的B面向下運動，輸出河底信號。可見，失重式河底信號器主要通過失重器進行纜道工作索在鉛魚接觸河底和未接觸河底時張力變化信號的感應。

由圖1可以看出，失重式河底信號器主要由滑輪、外殼、微動開關、彈簧、墊片、固定架、螺母和螺桿等部件構成。當失重式河底信號器滑輪工作索產生遠遠大于彈簧結構推力的拉力時，放置在河底的失重器便不會按照既定設計實時輸出河底測流信號出，而只有放置在河底的失重器滑輪工作索拉力比彈簧推力大時，才會持續實時輸出河底測流信號。

圖1 失重式河底信號器外型及結構

2.2 鉛魚托盤式河底信號器

鉛魚托盤式河底信號器結構，見圖2。

圖2 鉛魚托盤式河底信號器結構

根據鉛魚托盤式河底信號器的構成(圖2)可知，托盤在河底測流信號測量、收集和發射過程中發揮著核心作用，當鉛魚下降時，托盤先勻速緩慢抵達河底，而后隨著鉛魚的進一步下降，托盤連動桿上磁鋼與干簧管的距離會不斷縮短，同時因受到磁鋼磁場的影響，干簧管兩簧片導通后會持續輸出河底測流信號。如果鉛魚托盤抵達河流底部后不發生頂托，則無河底測流信號輸出，所以，在鉛魚托盤式河底信號器測流過程中，托盤能否正確運動是測流成敗的關鍵。

3 水文纜道測流控制臺應用故障

在測流控制臺測流過程中可能會出現鉛魚入水前只能后退、提升而不能前進、下降的問題，或是鉛魚在入水前一切正常，但入水后卻停止下降轉而提升等現象。為分析上述故障，必須先深入了解水文纜道測流控制臺接收河底測流信號的工作流程，鉛魚抵達河底并發出測流信號，測流控制臺會利用其背側的測流信號輸入端接收相關水文信號，而且，測流控制臺在任何運行狀態下，都會自動快速切換至提升運行狀態，并將前進和下降等命令統統屏蔽，在此種狀態下，鉛魚也只能提升或后退，一旦河底發出持續性的水文測量信號，控制臺便不會從當前的提升運動狀態轉變為其余狀態。而當河底鉛魚所發出的測流信號結束后，控制臺才會在接受到指令后自動結束測流過程。這種設計及測流系統運行方式能保證測流精度及纜道系統安全控制，但是對于汛期等水流湍急的特殊時期，河底測流信號很容易因水流速度過快而受到干擾和影響，這種情況下，鉛魚和控制臺的運行過程以及控制臺所接收信號的精確度和時效性均會受到影響，甚至會導致測流過程無法順利展開。根據測站測流實際也可以看出，水文纜道測流控制臺應用故障均與河底測流信號的發射和接收有關，若測流信號出現時間有偏差，則必然影響鉛魚正常運行。

此外，H水文站高中水洪水測驗主要采用人工觀測水深、大斷面查讀水深等方式，在人工觀測方式下，鉛魚降至河底導致循環索垂度下降，當測流人員聽到行車架反彈聲響后便立即按下停車鍵并進行水深觀測。但由于流域內漂浮物過多，鉛魚易受到水草等雜物的影響，鉛魚下降過程中因受河底卵石和漂浮物的影響而錯誤地發出信號，所以高中水水深下顯示屏無法顯示實際水深。

4 故障檢查與維修

4.1 故障檢查

1)失重式河底信號器檢查：

將鉛魚懸掛后關閉控制臺電源，采用萬用電阻表檢查與失重式河底信號器微動開關相連的測流信號輸出線的短路情況，若不存在短路情況，則表明微動開關性能完好，但無測流信號；若存在短路，則表明有測流信號，但微動開關性能不良。為進一步檢查故障所在，還應擰松失重式河底信號器螺桿上的螺帽，再通過萬用電阻表檢查信號輸出線是否存在短路等情況。若短路，則表明鉛魚過輕或平衡錘過重是故障的主要原因，必須按設計要求逐次減輕平衡錘重量，但若平衡錘重量降至40kg后仍不能恢復測流信號傳遞和鉛魚正常運行，則應基本判定微動開關存在故障[2]。

2)鉛魚托盤式河底信號器檢查：

考慮到此類測流方式下測流信號主要通過無線方式傳遞和接收，所以應采取與失重式河底信號器不同的故障檢查方法。首先懸掛起鉛魚并觀察其托盤的下垂情況，若存在非自然下垂則表明托盤存在機械故障。對于自然下垂的情況下，通過萬用電阻表進行干簧管正負極測量，正負極不通為正常狀態，若正負極導通，則表明干簧管損壞。在排除干簧管機械故障后，應托起托盤，并測量干簧管正負極，若導通，則表明測流信號器在岸上狀態正常。將安裝有水下信號源的的鉛魚運行至岸邊并使水深淹沒鉛魚，在鉛魚緩慢下放的過程中觀察托盤的狀態，若托盤始終處于自然下垂狀態，且觸及河底后控制臺接收到河底信號，則表明鉛魚托盤式河底信號器性能正常，反之則存在故障。

4.2 故障排除

若經過故障檢查發現是失重式河底信號器微動開關存在故障，則應盡快更換；若因鉛魚和平衡錘配重不當而導致測流信號傳輸不正常，則應按設計要求逐次減輕平衡錘重量，以斷開微動開關，或調節失重器螺帽使彈簧張力適當減小。

鉛魚托盤式河底信號器的故障通常由托盤結構不合理引起，若采用改裝和優化后的托盤結構，則可保證測流信號可靠性的提高。改裝過程具體為：在鉛魚底部開挖出能放入干簧管的矩形槽，且槽深應超出干簧管直徑1cm，并在干簧管兩端焊接導線，再將2根導線引至鉛魚表面，待干簧管放入矩形槽后將融化后的石蠟灌入槽內填滿，待石蠟完全凝固后用銅皮封住槽表面，再將其中1根導線固定于鉛魚之上并作為測流信號的負極，另1根導線為正極；采用銅片將1個磁鋼固定在托盤位置再用雙管膠黏緊，將托盤懸掛在鉛魚尾翼。

5 結 論

在水文測站運用纜道系統進行水文測流的過程中，由鉛魚系統、測距定位、流速測算、信號接收、避雷抗干擾等系統所構成的綜合控制系統自動化的運行過程使測流時間大大縮短，測流精度顯著提升，但其系統的運行及故障維修涉及機械、電子、通訊、計算機等學科，對測站工作人員的業務技能不斷提出更高要求，為更高效的使用纜道測流綜合控制臺系統，必須加強學習，且測站應當將纜道測流綜合控制系統運行中常見的故障及維修操作經驗譯制成操作指導手冊的形式，以備查看和深入學習。