压力式水位计在长距离暗渠输水工程中的应用

薛宏磊，陈 岱

（北京林克森自动化系统工程有限公司，北京100055）

1 工程概况

南水北调中线工程天津干线起点位于河北省徐水县西黑山村，终点位于天津市外环河出口闸，总体走向由西向东，全长155.418km。设计流量为50m3/s， 加大流量为60 m3/s。工程前1.5 km 为山前丘陵区，以东为广阔的河北平原，地形落差达64m，前20km落差达47m，占总落差的75%，平均坡降1/425。天津干线采用全箱涵无压接有压全自流输水方案，输水过程中年际间、年内各旬间都是不均匀的，中小流量的输水时段较长，水量较大。具体来说，流量为30～40m3/s 的供水时段占总时长的31.81%，输水水量占总水量的37.02%；流量为40～50 m3/s的供水时段占18.58%；输水水量占总水量的26.26%；流量为50～60 m3/s的供水时段占总旬数的16.01%，输水水量占总水量的28.57%。

2 自动化监控系统的组成

在南水北调中线工程天津干线中，采用了一整套自动化调度与运行管理系统，包括：闸站监控系统硬件设备及SuperControl SCADA系统平台软件、闸站监控系统应用软件、工控机系统软件、触摸屏监控系统软件、PLC监控系统软件。自动化监控系统采集的有流量数据、水位数据、电量数据、阀位数据。

3 压力式水位计简介

压力式水位计的工作原理：测量水下某点压力，用通气管消除大气压力后，就能测得水压。应用固态压阻器件作传感器，可直接将水压力转变成电压模拟量或频率量输出，通过双绞线传输信号。根据程序设置、水位计量程把电信号转换为水位数据。这种方式可以实时监测闸前、闸后的水位，并且可以在工控机闸控软件上调取以前的历史数据对比水位变化。水位实时数据为调度运行提供了可靠、准确、安全的保障。

压力式水位计因具有安装方便、利于更换、无需测井等特性，在水位测量中使用频繁，本项目选用的是由瑞士产数字信号水位计，供电范围9～29 VDC，输出电流为4～20 mA，量程为0～25 m。主要构成有：压力传感芯片、电缆及导气管、钢管等。

压力式水位计安装方式如图1所示。

图2 压力式水位计安装示意图

压力式水位计使用中注意事项：

（1）压力传感器在运输、安装、运行中切不可碰接、跌落， 否则会损坏内置集成芯片。

（2）通气电缆在任何情况下都不可重压，与传感器连接部位不可承受拉力，任何情况下通气管内部都不允许进水。

（3）通气电缆与四芯电缆联接处有通气孔，要防水但不能用胶布封死。

（4）仪器应每月1次进行校核，或在气温有较大变化（约10℃变化）时进行检查，误差应在10个尾数之内，否则应调准校核值。

（5）考虑到水体中有沙子、泥和杂物等，安装水位计需距离底部50 cm，以防止底部泥沙堆积影响测量水位。

4 压力式水位计故障因素及改进措施

在日常的维护工作中，造成水位数据波动或显示无效数据的主要因素：

（1）AI模块故障会造成数据的波动从而不能一直显示正常水位数据。

（2）通信线缆出现短路、断路导致电信号无法传输从而显示无效数据。

（3）开关电源损坏导致水位计断电显示无效数据。

（4）水位计信号避雷器损坏导致信号无法传输从而显示无线数据。

（5）水位计压力芯片漂移导致输出的电信号不稳定从而无法显示正常水位数据。

改进措施：由于闸后会出现水锤和浪涌，水位计底部保护壳长期与不锈钢保护管撞击会出现变形造成压力芯片损坏。经过长时间的现场观察后，在水位计底部保护壳安装一个橡胶防护帽，能极大的吸收水锤和浪涌的冲击力。安装一段时间后发现，减少了水位计损坏数量，增加了数据的稳定性。

5 压力式水位计的应用

天津干线起点与终点地面高程总体呈现西高东低的趋势，沿线高差变化较大，上段地势陡，中下段地势平缓。在地势陡的暗渠，尤其当水流量变大时，造成水面波动较大，用肉眼观测水尺造成的误差可能较大。在闸前闸后中安装水位计来监控水位，即使水平面波动较大时，也可以从十几秒中测量的数据中取平均值算出水位。由于中下段地势平缓，水位下降趋势不明显。工作人员也能通过调取同一时间几个闸站的水位数据来判断水位是否有下降趋势。

当环境因素出现大雾、大风、暴雨天气时，人眼不能清楚的通过水尺观测水位，或者需要通过持续观测水位，记录水位的变化规律。此时，通过水位计观测记录水位提供了极大地便利，也省去了工作人员去现场观测的麻烦，工作人员的安全也有了保障。

6 结语

水位数据测量是南水北调长距离暗渠输水工程中的一项重要工作。在自动化监测中，通过数据采集、信号处理、信号输出等环节，水位数据通过显示屏实时显示出来，方便工作人员观测、记录。自动化监测水位计的应用，对保证南水北调输水工程的安全运行发挥了重要作用。