水電站運行過程中，要機組和水位保持平穩(wěn)，安全地運行，對于水庫內的水位及其他多個設施中的液位給予準確的測量是一個重要的工作。涉及到水位測量的部位通常有水庫水位、攔污柵壓差、集水井水位、壓力水管道等中，由于受水位變幅、信號傳輸距離、測量精度、環(huán)境溫度、設備布置條件及電站自動化設計水平等因素的影響，使電站水位測量系統(tǒng)優(yōu)化配置，保證其良好運行并能減少維護量，提高電站運行的安全性和可靠性是水電工程中關鍵所在。本文針對于水電站采用的浮標式液位測量、投入式液位計壓力儀表液位測量、非接觸式液位測量3種測量方式的優(yōu)劣比對和一些新的測量裝置的使用進行了探討，以期幫助用戶能夠在選擇合適的測量方法和測量儀表有的放矢。
水位測量儀表在水電站中主要應用于庫區(qū)上、下游水位及機組進水口攔污柵前后壓差和集水井水位測量。庫水位的準確測量對判定河流來水情況和收集水文資料、水庫的經(jīng)濟調度具有十分重要的意義。集水井水位的測量為保證電站水工建筑物安全運行提供必***缺少的條件。因此優(yōu)良的***次測量元件的選擇與自動監(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。
2 水位測量裝置的應用
迄今為止，已有多種水位測量裝置應用在水電站工程中。80年代建成的***羊峽水電站上、下游水位及攔污柵壓差的水位測量采用了干簧管浮球式液位信號器；90年代黃河上游建成的大多數(shù)電站自動排水系統(tǒng)采用浮子機械碼盤測量裝置測量水位；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極式水位計。
2.1 浮標式液位傳感器
2.1.1測量原理
浮標式液位傳感器主要由浮標(浮子)、重錘、測繩(或連桿)、測量輪、編碼器(電動同位器)、傳輸設備等部分組成。傳感器安裝在現(xiàn)場設的測井上，水位升降帶動浮子，通過測繩和重錘帶動掛輪轉動，再通過變速，使接觸式軸角編碼器轉動，從而使傳感器輸出隨水位變化的數(shù)字量(格雷碼)，傳感器通過多芯電纜與中控室的數(shù)據(jù)處理器相連，處理后實現(xiàn)顯示、報警等功能，同時可以配置現(xiàn)地顯示裝置。
2.1.2浮標式液位法的優(yōu)缺點
電站上、下游水位及攔污柵壓差的測量以前主要采用浮標式液位進行測量，該方法的優(yōu)點是抗干擾能力強，傳送編碼不存在信號衰減問題，對電磁干擾和電路串擾具有良好的抑制作用，基本滿足設計需求。現(xiàn)場測量設備體積龐大，需要接觸并浮于水面，安裝復雜，調試困難；在多泥沙河流，漂浮物較高多的地方，測井易堵塞,浮子容易發(fā)卡；維護工作量大，工作人員要經(jīng)常調整鋼線和碼盤，以確保測量精度；碼盤機械制造精度要求較高高，且需要
耐磨損、強度材料；與水接觸的浮子要求采用******防銹、防污材料。
2.2投入式液位傳感器
2.2.1測量原理
投入式液位變送器測量主要用于電站集水井水位測量，也可以用于電站上、下游水位及攔污柵壓差的監(jiān)測。投入式液位變送器主要由靜壓探頭、導氣電纜、變送器組成，通常變送器的安裝在測量介質的上方，將靜壓探頭投入液體中，液面***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，探頭輸出相應的信號，由導氣電纜傳輸給變送器，經(jīng)放大后輸出標準的直流電流4～20mA，同時可以配置現(xiàn)地顯示裝置。
根據(jù)靜壓探頭測量原理的不同，壓力傳感器可以分為CVD感應電容、CCS陶瓷電容傳感及石英晶體壓力傳感等，測量方式可以分為探孔受壓膜片和平齊隔膜受壓。后來生產(chǎn)的RZ-JY500系列投入式液位變送器與以前投入液位傳感器的不同點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，并確保高低的滯后，很小的輸出漂移和***重復性。此種投入式液位變送器的測量原理也是把與液位深度成正比的液體靜壓力準確測量出來，并經(jīng)放大電路轉化成標準電流(或電壓)信號輸出，建立起輸出電信號與液體深度的線性對應關系，實現(xiàn)對液體深度的測量。
2.2.2投入式液位變送器測量方法的優(yōu)缺點
該方法的優(yōu)點是安裝方便，占地較高小，適應各種惡劣情況，抗干擾能力強，CCS陶瓷電容傳感器對結垢(例如鈣)無影響，避免因水質結垢而引起測量***靠。其***的傳感器飄移只有0.025mm，長期穩(wěn)定性較高好，長時間使用無須維護保養(yǎng)。
測量精度可以達到0.1%FS，石英晶體壓力傳感器精度甚至可以達0.01%FS，測量范圍可以達到0～100m左右。投入式液位傳感器測量信號4～20mA，傳輸距離可以達到100～300m，傳送信號不存在信號衰減問題，如果用于電站上、下游水位及攔污柵壓差監(jiān)測遠距離傳輸，信號輸出和接入必須加調制解調器。另外探頭與接線盒間的通用電纜對折，否則造成空氣通道堵塞而無法傳導正確的實際大氣壓力, 使測量元件不能準確測量。
2.3無接觸式液位測量
無接觸式液位測量主要由電子單元(發(fā)射器)、數(shù)模轉換元件、波導管，測量時由主機電子單元發(fā)射高頻電磁波高沖，經(jīng)由聲頭轉換為低頻聲波(超聲波測量)，或直接沿波導管向下傳播(導波雷達測量)，以聲速(超聲波測量)或光速(導波雷達測量)傳播，遇到液面后反射回去，被膜片吸收后轉換為電信號，通過計算反射時間即可以測量液位，經(jīng)過處理后既可以提供模擬量，也可以提供開關量。
由于目前水電站多采用浮子式液位計或投入式液位計來進行水位測量。在***羊峽、李家峽電站應用后發(fā)現(xiàn)測量精度低，***靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動和傳感器堵塞導致測不準的現(xiàn)象，且電站工作人員維護工作量大，安裝、調試不便，采集到的僅是模擬告警信號，不能直接進入電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)。高沖發(fā)送和接收之間的時間(聲波的運動時間)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和傳輸時間T之間的關系可以用公式表示：Ｓ＝Ｃ×Ｔ，例如：聲速C=344m/s，傳輸時間為100ms，即可算出傳輸?shù)木嚯x為34.4m，測定距離為17.2m。無接觸式液位測量裝置能夠***地測量高沖的返回時間，測量精度甚至可以達到±1mm，***維護，***漂移。使用超聲波水位測量采集到的數(shù)據(jù)由于是數(shù)字信號，可以很方便的實現(xiàn)由PLC對采集量進行處理，并且把實時水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室，顯示和越限報警。采用RS422/RS232接口還可以把實時數(shù)據(jù)送到大壩集中控制室工控機，處理成計算機通信報文，最終將采集量送到電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機。
結束語
根據(jù)多年的實際經(jīng)驗及已建電站的反饋信息，一般情況下，如果電站上、下游水位變幅較高大(>50m)，應選用浮標式液位傳感器的方法。如果電站上、下游水位變幅較高小，可以選用投入式液位變送器測量。如果經(jīng)濟情況允許，測量精度有特殊要求，建議選用無接觸式液位測量—導波雷達測量儀，其精度可以達到1mm，不受任何外界因數(shù)的影響，***漂移，適用于各種環(huán)境，而且安裝檢修***其方便簡單，***維護。