水位差监测系统在沭新北船闸中的研制与应用

周 松

（江苏省淮沭新河管理处 淮安 223005）

1 引言

随着水利现代化建设进程的日益加快，伴随着诸如达标创建、精细化管理、安全生产标准化建设、智慧水利建设等方面提出的更高标准和更细要求，给沭新北船闸的运行管理提出了新的考验。因此，通过设备改造创新来提升老旧工程的管理水平，达到提高运行效率和安全可靠性的目的，具有实际意义。

2 工程概况

沭新北船闸位于江苏省沭阳县桑墟镇，是分淮入沂综合利用工程之一。工程建成于1972年，设计规模Ⅳ级，工程设计主要功能是沟通连云港与中运河，减轻东陇海线运输压力，在连云港缺水时，可通过输水廊道向蔷薇河输水30m³/s。工程自建成以来，效益发挥显著，年通货量数百万吨，且近年来呈逐年增长趋势。在干旱时期，通过船闸多次向连云港送水，有效缓解了旱情。

3 研制背景与调研分析

3.1 研制背景

沭新北船闸建设时间早，工程设备老旧，日常运行频繁，2012年被江苏省水利厅安全鉴定为“三类水闸”。船闸在设计时，将工程水位始终划分为上游水位、闸室段水位、下游水位这样不同的“三级水位”，呈现阶梯状。另外，该船闸使用的人字门需要在静水条件（闸门内外侧无水位差）实现开、关工作。在传统运行中，运行人员需要每次去室外通过肉眼观察和经验判断闸门内外侧水位差情况，然后进行人字门开、关操作。该过程不仅繁琐、消耗人员劳动，且存在操作人员误判水位差开启人字门造成闸门拉杆断裂、船舶事故等情况，存在多种不安全因素。

3.2 调研分析

（1）运行管理效率低。在现有的运行管理模式下，日常船闸调度运行时人员需要花费大量时间在人工观察水位上，人员、设备运行效率低。

（2）安全可靠性差。通过人工观察水位操作运行设备，不仅给运行管理带来诸多不便，且人员容易对水位造成错误判断，从而导致人字门拉杆断裂，存在安全隐患。

（3）工程管理水平低。通过人工观察水位的方式较为传统与不便，且与智慧水利、信息化、精细化等水利现代化管理思路和要求存在较大差距，工程管理水平低。

4 研制目标

（1）系统结构简单、安装方便，且抗干扰能力强，信号转化的精度及稳定性高。

（2）通过数显监测记录仪显示实时水位数值，直观反映船闸人字门内外侧水位差。

（3）当数显监测记录仪显示的两个数值大致相等时（考虑到水位的波动），即达到允许操作人字门开启的条件。

5 实施方案

综合考虑设备特点、施工难度、系统稳定性、维护便易程度、美观性、经济性等因素，系统研制采用双通道数显监测记录仪+投入式液位计探头+防水导线+不锈钢防护圆管+电源控制的实施方案（图1）。

在闸室内和人字门外侧不受船只过闸影响的合适位置固定安装不锈钢防护圆管，将投入式液位计探头安装在不锈钢圆管内进行固定，全部浸没在人字门两侧的动水中。结合现场具体位置用1.5m2的两芯导进行布线，用不锈钢波纹管整理保护线路，将双通道数显监测记录仪安装在船闸启闭机操作柜上，按要求连接到备用24V 直流电源上完成设备的全部接线。最后结合工程运行，通过设定双通道数显监测记录仪起始点参数进行调试，最终完成系统。

6 水位差监测系统

6.1 系统组成部分

水位差监测系统包括投入式液位变送器单元、电源线路单元和双通道数显监测记录仪单元。其中，投入式液位变送器单元包括液位计探头、防水导线、不锈钢圆管和壳体防护接头；电源线路单元包括1.5m2的两芯导线、304 不锈钢波纹管和接线盒。主要系统部件型号及结构功能参数见表1。

6.2 工艺原理及安装说明

6.2.1 工艺原理

沭新北船闸水位差监测系统主要利用投入式液位计单元上的液位计探头可以实时显示水位监测、水位差比较、数据记录，通过多通道数显监测记录仪显示水位数值，直观反映闸门内外侧水位差，既能减轻人员劳动，提高运行效率，同时也避免操作人员误判水位差造成闸门拉杆断裂等事故的发生，既便捷高效又安全实用。水位差监测系统工艺原理见图2。

图1 水位差监测系统示意图

图2 水位差监测系统工艺原理图

6.2.2 安装说明

该系统包括2 台投入式液位变送器单元、电源线路单元和多通道数显监测记录仪单元。其中，投入式液位变送器单元包括液位计探头、防水导线、不锈钢圆管和壳体防护接头；电源线路单元包括1.5m2的两芯导线、304 不锈钢波纹管和接线盒。将1.5m2的导线不分正负地接到壳体防护接头内“4～20mA”端子上，利用波纹管整理电源线路，并将多余线导线集中整理放入接线盒内；在启闭机操作柜上安装多通道数显监测记录仪，将上述从壳体防护接头上电气接口穿出的两芯线的另外一头接到多通道数显监测记录仪上，其中一根接端子“p+”，另外一根接端子“1A”，再用1 根线将端子“p-”和“1c”短接；同理再把另一台接入投入式液位变送器的导线另一头接到端子“p+”和“2A”上，然后再把端子“p-”和“2c”短接；多通道数显监测记录仪后的端子“LN”表示外接电源接入端，再用两芯导线与之相连即完成该系统的全部接线。其中，投入式液位变送器安装在不锈钢圆管内进行固定，全部浸没在人字门两侧的水中。

6.3 设备调试运行

6.3.1 调试运行步骤

步骤1：基础设置阶段。研究记录仪使用说明书，根据内容进行设备名称更改、数显画面、测量精度、测量单位等设置，期间有不明白之处及时与厂家技术员沟通解决。

步骤2：调试运行阶段。以上游为例：先按传统方式要求将人字门开启，让闸门内外侧水位齐平，记录此时数显式记录仪两组数据，通过计算设置好其中某一通道水位的起始点数值，让两路数值相等。

表1 系统部件型号及结构功能参数表

图3 调试运行流程图

步骤3：问题分析阶段。关闭人字门，观察记录仪数据变化，如果变化合理，即完成初步调试工作；如不合理，则原因是通道顺序设置错误，需要调整通道接线，接着进行重复步骤2 工作，直至最终运行调试合理，完成设备调试运行工作。

6.3.2 调试运行流程图（见图3）

7 应用效果

沭新北船闸探索性地研制出水位差监测系统，并在老旧工程中成功应用，设备运行正常、稳定，应用效果显著，主要表现有三个方面：（1）直观、准确显示船闸人字门内外侧实时水位差值，不再需要人工观察水位，提升了运行管理效率；（2）数字相等时即达到开启人字门条件，消除因人工方式观察水位造成的误判水位差开启人字门导致的设备故障发生，提升了安全可靠性；（3）通过设备改造创新，提高了工程管理水平。该系统将运行人员掌握水位差的方式，由传统的“人工观察判断水位差”改变为“感应式实时数字显示水位差”，既便捷高效又安全实用，值得推广应用■