磁致伸缩液位计在红石水电站渗漏量监测项目中的应用

1、磁致伸缩液位计在红石水电站渗漏量监测项目中的应用陈文斌 张伟白山发电厂 吉林省桦甸市 摘 要 大坝安全监测自动化实施是水工管理逐步实现现代化的要求，而一次传感器是自动化实施的关键。国内各水电厂的渗漏量监测流量较小的多采用量水堰方式，高精度液位传感器的选型则决定这类项目自动化实施的成败。本文介绍红石水电站渗漏量监测自动化项目中量水堰高精度一次传感器的选型及实施效果，对于其它水电厂实施类似项目具有一定的借鉴意义。关键词 红石水电站 大坝安全监测 渗漏量监测 磁致伸缩液位计1 概述红石水电站位于第二松花江干流上，为白山水电站下游的一个梯级电站。该电站以发电为主，正常高蓄水位与上游白山水电站尾水位相衔

2、接，设计水头23.2米，安装4台单机容量为50MW的轴流定桨式机组，设计年发电量4.4亿kwh。水库总库容为2.81亿立方米，为日调节水库。红石电站大坝为混凝土重力坝，坝长438米，最大坝高46米，顶宽814米，正常高水位290米，大坝共有26个坝段，在八个溢流坝段上设置了8个1210.5米泄洪洞。坝址主要岩石为前震旦纪混合岩，地震烈度为VII级。鉴于红石大坝设计时已布置了较全面的渗漏量监测系统，并于85年蓄水前已开始观测。红石大坝共有26个坝段，设有排水孔145个、量水堰7座，自动化改造前均为人工观测。大坝的渗漏量观测的测点基本上满足了混凝土大坝安全监测技术规范（SDJ336-89）的要求。

3、通过十多年来的运行观测，渗漏量观测项目对监测大坝安全运行起到了较好的效果。2 精密液位传感器选型2000年红石电站进行了渗漏量测量的自动化改造工作，以适应水工管理逐步实现现代化的要求。在自动化改造方案设计中针对红石电站7座量水堰的堰水头的精密测量液位传感器进行了全面的调研与比较，最终确定采用高精度的磁致伸缩液位计。磁致伸缩液位计由不导磁的不锈钢管（测杆）、磁致伸缩线（波导线）、可移动的磁环和电子部件组成。为了测量液位，首先由脉冲发生器产生波导脉冲，波导脉冲沿着波导线传播，当到达磁环的位置时，波导脉冲磁场与磁环磁场矢量叠加形成螺旋磁场并产生瞬时扭力，是波导线扭动并形成张力脉冲，这个脉冲以固定的速

4、度沿波导线传回，通过测量起始脉冲与终止脉冲之间的时间差来精确确定被测位移量。把磁环安装在浮子上就做成在测量杆的外面滑动的浮在水面上的无源磁球，磁球浮在水面上，反映出堰上水头变化。磁致伸缩液位计的精度非常高，可以达到万分之五。也就是说，对于量称为300毫米的量水堰，液位计可以分辨出0.1毫米的微小变化。磁致伸缩液位计的测量原理见图21。图21 磁致伸缩液位计测量原理图红石电站量水堰的液位传感器选用美国Lucas Novasensor公司生产的MagneRule Plus磁致伸缩线性位移(液位)传感器，并选用ADAM-4017/4012智能模拟量测量单元作为采集设备。该传感器的指标如下：表21 M

5、agneRule Plus磁致伸缩线性位移(液位)传感器技术指标量程范围(cm)15、30、50、100、120、150、180、200、220、250、280、300输入电压15 VDC或24 VDC输入电流70 mA(15 VDC时)、90 mA(24 VDC时)输出形式直流，用户任意可选： 位移信号010 V或420 mA（也可以反向输出） 速度信号010 V非线性(%FS)0.05、0.03、0.02、0.01，30 cm以下最大误差150 mm重复性优于0.002%FS分辨率优于0.002%FS迟滞优于0.002%FS工作温度 测杆-40 120 C 电子部件0 70 C储存温度-4

6、0 100 C温度系数0.007%/ C满量程调整20%FR零点调整20%FR纹波 低噪声环境(15300 cm) 小于2 mV rms 动态测量(15160 cm) 小于6 mV rms 动态测量(160300 cm) 小于10 mV rms测杆304S不锈钢，可承受34 Mpa压力电子外科材料铝合金密封浮球316L不锈钢3 精度测试自动化改造实施前，为检验磁致伸缩液位计的精度及可靠性采用人工测量与自动化测量对比的方法，对比部分数据如下：表31 磁致伸缩液位计自动观测与人工观测对比结果表序号测点编号电压液位流量人工液位人工流量误差17#2.494625.08454.25.104.443-0.

7、006212-1#2.107014.88541.14.901.457-0.003312-2#2.884623.49683.23.503.855-0.001412-3#2.541020.38042.20.402.845-0.006512-4#1.561812.68321.12.701.039-0.003612-5#2.251724.89264.24.904.367-0.003716#1.19981.78140.1.800.0170.000通过对比测试结果，证明磁致伸缩液位计的观测精度及长期稳定性均满足红石电站渗漏量监测项目自动化改造设计要求，可以正式使用。4 工程实际应用红石电站渗漏量监测项目自动化改造于1999年底完成，2000年正式投入运行，至今已近7年。量水堰自动化观测系统始终运行稳定，观测数据可靠。仅以LS123测点为例，其渗漏量过程曲线见图41。图41 LS123渗漏量与气温过程曲线图5 结