淺談無線水位監(jiān)測裝置在小型水電站中的應(yīng)用

黃凱

摘 要：南平市蘭溪二級水電站位于南平市延平區(qū)赤門鄉(xiāng)赤門村，地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，現(xiàn)場運(yùn)行人員偏少，對于水庫水位的監(jiān)測無法做到實(shí)時準(zhǔn)確。為了能更好地了解庫區(qū)水位，合理利用水能，同時能在不增加工作人員的條件下，蘭溪二級水電站迫切需要提高電站設(shè)備的自動化程度，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式來檢測水庫水位。

關(guān)鍵詞：水位檢測；小型水電站；無線傳輸

中圖分類號：TV742 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0145-02

1 電站概況

南平市蘭溪二級電站位于南平市延平區(qū)赤門鄉(xiāng)赤門村，位處蘭溪流域，裝機(jī)容量1890kW（3*630kW），設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量420萬kWh，2002年2月投產(chǎn)發(fā)電，大壩為漿砌石雙曲拱壩，庫容9萬m3，隧道長1.9km。從大壩至電站廠房沒有良好的有線通訊網(wǎng)絡(luò)，庫區(qū)水位需要電站員工按時前往大壩觀測水尺才能獲悉，無法實(shí)時有效的獲取水庫水位數(shù)據(jù)，給防汛和水庫調(diào)度帶來了不便，造成機(jī)組發(fā)電負(fù)荷分配的不合理。

2 情況分析

由于壩區(qū)至電站沒有有線通訊網(wǎng)絡(luò)，要裝設(shè)水位監(jiān)控裝置就必須解決通訊問題。由于電站地處偏遠(yuǎn)，架設(shè)通訊線路難度大，同時線路架設(shè)的造價(jià)較高，對于小型水電站來說并不是經(jīng)濟(jì)可行的有效辦法，因此選擇無線傳輸水位數(shù)據(jù)的方式最為可行。無線傳輸水位數(shù)據(jù)可通過微波通信、GPRS、4G信號傳輸?shù)取Ｓ捎贕PRS、4G等信號傳輸方式需要通過通信運(yùn)營商購買數(shù)據(jù)服務(wù)，會產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁M(fèi)用，同時由于電站地處偏遠(yuǎn)，各大通信運(yùn)營商的通信網(wǎng)絡(luò)信號差，增設(shè)基站或者升級基站的費(fèi)用也較高，因此并不適合電站的運(yùn)營情況。

微波通信是使用波長在1毫米至1米之間的電磁波進(jìn)行的通信。該波長段電磁波所對應(yīng)的頻率范圍是300MHz（0.3GHz）～300GHz。是直接使用微波作為介質(zhì)進(jìn)行的通信，不需要固體介質(zhì)，當(dāng)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無障礙時就可以使用微波傳送。利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠(yuǎn)的距離，其中433MHz無線通信方式是我們國家的免申請段發(fā)射接收頻率，可直接使用，且所需設(shè)備少，比較適合在小型水電站中使用。但由于433MHz的信號抗干擾能力較弱，較適合在山區(qū)使用，由于蘭溪二級水電站的大壩和廠房處于山區(qū)，且大壩到廠房并無高山阻擋，實(shí)際直線距離約1.9公里，可以使用此種信號傳輸方式。

3 設(shè)備安裝

3.1 在壩區(qū)需安裝以下設(shè)備（見表1）

由于蘭溪二級水電站壩區(qū)沒有辦法提供電源，因此需要通過使用太陽能電池對壩區(qū)設(shè)備進(jìn)行供電，同時為了考慮陰雨天氣，需要依靠蓄電池來作為電源，通過電源控制器和電源穩(wěn)壓模塊作為太陽能電池和蓄電池之間的調(diào)節(jié)控制裝置?？紤]設(shè)備長期放置室外，現(xiàn)場選擇了不銹鋼箱體并加裝防雨罩，對箱體上孔洞都進(jìn)行封堵。

（1）水位發(fā)射裝置由太陽能板、蓄電池、電源控制箱、信號發(fā)射模塊及天線組成，把發(fā)射裝置安裝在山上水池附近。

（2）太陽能板的固定采用燈桿方式，太陽能板朝正南方向，把電源控制箱固定在燈桿的中部。

（3）把全向天線的SMA接頭連接在機(jī)箱內(nèi)部的控制器SMA插座上旋緊，然后把發(fā)射天線安裝在控制箱與太陽能板的中部位置，與太陽能板保持有一定距離。

（4）液位監(jiān)測信號為1路或2路4～20mA電流信號，可同時接入兩路兩線制液位傳感器信號。

（5）電源控制箱內(nèi)有太陽能控制器、蓄電池、防雷器、無線發(fā)射模塊；無線發(fā)射模塊由太陽能電源的蓄電池供電，電壓為12V，在無線模塊左側(cè)安裝了一個電源開關(guān)，安裝好設(shè)備后，將電源開關(guān)向上推起即可給無線發(fā)射模塊供電。

3.2 在廠房安裝以下設(shè)備（見表2）

接收裝置箱安裝在電站廠房內(nèi)，天線安裝在屋頂附近，天線離地高度大于2米，無線接收模塊輸出信號直接接入智能水位控制儀和機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時水位顯示及控制。

4 設(shè)備調(diào)試及使用

4.1 對液位傳感器的調(diào)試

選用帶隔離膜充油芯體的壓阻式壓力傳感器，輸出信號由高精度、低溫漂和高可靠性的放大電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號，通過調(diào)零和調(diào)滿選擇好合適電站水庫的水位量程。

4.2 433MHz微波傳輸設(shè)備的使用

該微波傳輸設(shè)備配置過壓保護(hù)裝置，模擬量輸入時可以抵御瞬時的過電壓和靜電破壞。開關(guān)量輸入通道與控制器核心部分通過光電隔離，同時支持沖突檢測CSMA/CA、及重傳機(jī)制，確保無線傳輸?shù)目煽啃?。該設(shè)備具有靈活的參數(shù)設(shè)置功能，可以使用RFSET軟件，通過USB接口，設(shè)置工作頻點(diǎn)、空中速率、發(fā)射功率、串口速率和格式等。

使用該傳輸設(shè)備傳輸水位時時，需同時加裝避雷器，防止受雷擊時雷電波侵入損壞設(shè)備。設(shè)備日常運(yùn)行維護(hù)簡單，無需運(yùn)行人員反復(fù)操作。

5 結(jié)束語

通過433MHz微波通信的傳輸方式有效解決了蘭溪二級水電站水位監(jiān)測問題，減少了現(xiàn)場運(yùn)行人員的工作量，同時優(yōu)化了電站的防汛和水庫調(diào)度存在的問題，為小型水電站機(jī)組發(fā)電負(fù)荷分配提供了數(shù)據(jù)支撐。但是該頻段的微波通訊抗干擾能力差，且微波通訊需要兩點(diǎn)之間的直線上無障礙物，若遇有障礙時還需加設(shè)中繼站，因此使用上有一定局限。

目前該設(shè)備投運(yùn)以來運(yùn)行平穩(wěn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，達(dá)到了當(dāng)初設(shè)備安裝的目的，切實(shí)有效的解決了電站實(shí)際問題。

參考文獻(xiàn)：

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