本文概述：
水電站運(yùn)行過(guò)程中，要機(jī)組和水位保持平穩(wěn)，安全地運(yùn)行，對(duì)于水庫(kù)內(nèi)的水位及其他多個(gè)設(shè)施中的液位給予準(zhǔn)確的測(cè)量是一個(gè)重要的工作。涉及到水位測(cè)量的部位通常有水庫(kù)水位、攔污柵壓差、集水井水位、壓力水管道等中，由于受水位變幅、信號(hào)傳輸距離、測(cè)量精度、環(huán)境溫度、設(shè)備布置條件及電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)水平等因素的影響，使電站水位測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)化配置，保證其良好運(yùn)行并能減少維護(hù)量，提高電站運(yùn)行的安全性和可靠性是水電工程中關(guān)鍵所在。本文針對(duì)于水電站采用的浮標(biāo)式液位測(cè)量、煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)壓力儀表液位測(cè)量、非接觸式液位測(cè)量3種測(cè)量方式的優(yōu)劣比對(duì)和一些新的測(cè)量裝置的使用進(jìn)行了探討，以期幫助用戶能夠在選擇合適的測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表有的放矢。

水位測(cè)量?jī)x表在水電站中主要應(yīng)用于庫(kù)區(qū)上、下游水位及機(jī)組進(jìn)水口攔污柵前后壓差和集水井水位測(cè)量。庫(kù)水位的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)判定河流來(lái)水情況和收集水文資料、水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度具有十分重要的意義。集水井水位的測(cè)量為保證電站水工建筑物安全運(yùn)行提供必不可缺少的條件。因此優(yōu)良的一次測(cè)量元件的選擇與自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)配套使用是保證水工建筑物安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)。
2 水位測(cè)量裝置的應(yīng)用
迄今為止，已有多種水位測(cè)量裝置應(yīng)用在水電站工程中。80年代建成的龍羊峽水電站上、下游水位及攔污柵壓差的水位測(cè)量采用了干簧管浮球式液位信號(hào)器；90年代黃河上游建成的大多數(shù)電站自動(dòng)排水系統(tǒng)采用浮子機(jī)械碼盤(pán)測(cè)量裝置測(cè)量水位；90年代建成的黃河大峽、李家峽等水電站，集水井水位控制采用多連桿電*式水位計(jì)。
2.1 浮標(biāo)式液位傳感器
2.1.1測(cè)量原理
浮標(biāo)式液位傳感器主要由浮標(biāo)(浮子)、重錘、測(cè)繩(或連桿)、測(cè)量輪、編碼器(電動(dòng)同位器)、傳輸設(shè)備等部分組成。傳感器安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)的測(cè)井上，水位升降帶動(dòng)浮子，通過(guò)測(cè)繩和重錘帶動(dòng)掛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)變速，使接觸式軸角編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使傳感器輸出隨水位變化的數(shù)字量(格雷碼)，傳感器通過(guò)多芯電纜與中控室的數(shù)據(jù)處理器相連，處理后實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警等功能，同時(shí)可以配置現(xiàn)地顯示裝置。
2.1.2浮標(biāo)式液位法的優(yōu)缺點(diǎn)
電站上、下游水位及攔污柵壓差的測(cè)量以前主要采用浮標(biāo)式液位進(jìn)行測(cè)量，該方法的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，傳送編碼不存在信號(hào)衰減問(wèn)題，對(duì)電磁干擾和電路串?dāng)_具有良好的抑制作用，基本滿足設(shè)計(jì)需求。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備體積龐大，需要接觸并浮于水面，安裝復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy；在多泥沙河流，漂浮物較多的地方，測(cè)井易堵塞,浮子容易發(fā)卡；維護(hù)工作量大，工作人員要經(jīng)常調(diào)整鋼線和碼盤(pán)，以確保測(cè)量精度；碼盤(pán)機(jī)械制造精度要求較高，且需要
耐磨損、高強(qiáng)度材料；與水接觸的浮子要求采用高級(jí)防銹、防污材料。
2.2投入式液位傳感器
2.2.1測(cè)量原理
煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)測(cè)量主要用于電站集水井水位測(cè)量，也可以用于電站上、下游水位及攔污柵壓差的監(jiān)測(cè)。煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)主要由靜壓探頭、導(dǎo)氣電纜、變送器組成，通常變送器的安裝在測(cè)量介質(zhì)的上方，將靜壓探頭投入液體中，液面至探頭的垂直高度乘以液體的比重形成的靜壓作用在探頭上，探頭輸出相應(yīng)的信號(hào)，由導(dǎo)氣電纜傳輸給變送器，經(jīng)放大后輸出標(biāo)準(zhǔn)的直流電流4～20mA，同時(shí)可以配置現(xiàn)地顯示裝置。
根據(jù)靜壓探頭測(cè)量原理的不同，壓力傳感器可以分為CVD感應(yīng)電容、CCS陶瓷電容傳感及石英晶體壓力傳感等，測(cè)量方式可以分為探孔受壓膜片和平齊隔膜受壓。后來(lái)生產(chǎn)的RZ-JY500系列煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)與以前投入液位傳感器的不同點(diǎn)是變送器的核心部件是陶瓷電容傳感器(CCS)，其提供了平齊的隔離膜，避免了傳感器阻塞，并確保*低的滯后，*小的輸出漂移和高重復(fù)性。此種煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)的測(cè)量原理也是把與液位深度成正比的液體靜壓力準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)，并經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電流(或電壓)信號(hào)輸出，建立起輸出電信號(hào)與液體深度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體深度的測(cè)量。
2.2.2煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)
該方法的優(yōu)點(diǎn)是安裝方便，占地較小，適應(yīng)各種惡劣情況，抗干擾能力強(qiáng)，CCS陶瓷電容傳感器對(duì)結(jié)垢(例如鈣)無(wú)影響，避免因水質(zhì)結(jié)垢而引起測(cè)量不可靠。其*大的傳感器飄移只有0.025mm，長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好，長(zhǎng)時(shí)間使用無(wú)須維護(hù)保養(yǎng)。
測(cè)量精度可以達(dá)到0.1%FS，石英晶體壓力傳感器精度甚至可以達(dá)0.01%FS，測(cè)量范圍可以達(dá)到0～100m左右。投入式液位傳感器測(cè)量信號(hào)4～20mA，傳輸距離可以達(dá)到100～300m，傳送信號(hào)不存在信號(hào)衰減問(wèn)題，如果用于電站上、下游水位及攔污柵壓差監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)距離傳輸，信號(hào)輸出和接入必須加調(diào)制解調(diào)器。另外探頭與接線盒間的通用電纜不可對(duì)折，否則造成空氣通道堵塞而無(wú)法傳導(dǎo)正確的實(shí)際大氣壓力, 使測(cè)量元件不能準(zhǔn)確測(cè)量。
2.3無(wú)接觸式液位測(cè)量
無(wú)接觸式液位測(cè)量主要由電子單元(發(fā)射器)、數(shù)模轉(zhuǎn)換元件、波導(dǎo)管，測(cè)量時(shí)由主機(jī)電子單元發(fā)射高頻電磁波脈沖，經(jīng)由聲頭轉(zhuǎn)換為低頻聲波(超聲波測(cè)量)，或直接沿波導(dǎo)管向下傳播(導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量)，以聲速(超聲波測(cè)量)或光速(導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量)傳播，遇到液面后反射回去，被膜片吸收后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)計(jì)算反射時(shí)間即可以測(cè)量液位，經(jīng)過(guò)處理后既可以提供模擬量，也可以提供開(kāi)關(guān)量。
由于目前水電站多采用浮子式液位計(jì)或煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)來(lái)進(jìn)行水位測(cè)量。在龍羊峽、李家峽電站應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)測(cè)量精度低，不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn)的現(xiàn)象，且電站工作人員維護(hù)工作量大，安裝、調(diào)試不便，采集到的僅是模擬告警信號(hào)，不能直接進(jìn)入電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間(聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間)與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸?shù)木嚯xS與聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示：Ｓ＝Ｃ×Ｔ，例如：聲速C=344m/s，傳輸時(shí)間為100ms，即可算出傳輸?shù)木嚯x為34.4m，測(cè)定距離為17.2m。無(wú)接觸式液位測(cè)量裝置能夠精確地測(cè)量脈沖的返回時(shí)間，測(cè)量精度甚至可以達(dá)到±1mm，免維護(hù)，零漂移。使用超聲波水位測(cè)量采集到的數(shù)據(jù)由于是數(shù)字信號(hào)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)由PLC對(duì)采集量進(jìn)行處理，并且把實(shí)時(shí)水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室，顯示和越限報(bào)警。采用RS422/RS232接口還可以把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到大壩集中控制室工控機(jī)，處理成計(jì)算機(jī)通信報(bào)文，*終將采集量送到電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。
結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及已建電站的反饋信息，一般情況下，如果電站上、下游水位變幅較大(>50m)，應(yīng)選用浮標(biāo)式液位傳感器的方法。如果電站上、下游水位變幅較小，可以選用RZ-JY500煤焦油儲(chǔ)罐液位計(jì)測(cè)量。如果經(jīng)濟(jì)情況允許，測(cè)量精度有特殊要求，建議選用無(wú)接觸式液位測(cè)量—導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量?jī)x，其精度可以達(dá)到1mm，不受任何外界因數(shù)的影響，零漂移，適用于各種環(huán)境，而且安裝檢修*其方便簡(jiǎn)單，免維護(hù)。