磁致伸缩液位计在电站渗漏量监测中的应用

　　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接，设计水头23.2m，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m³，为日调节水库。

　　红石电站大坝为混凝土重力坝，坝长438m，最大坝高46m，顶宽8一14m，正常高水位290m，大坝共有26个坝段，在八个溢流坝段上设置了8个12×10.5m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。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

　　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300mm的量水堰，液位计可以分辨出0.1mm的微小变化。

　　磁致伸缩液位计的测量原理见图1.

　　红石电站量水堰的液位传感器选用MagneRule Plus磁致伸缩线性位移（液位）传感器，并选用AD-AM-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1磁致伸缩线性位移(液位)传感器技术指标

型号	OEM
产品名称	磁致伸缩液位传感器
输出方式	电流：4~20mA，电压：0~5VDC，0~10VDC可选，数字：RS485、SSI
测量范围	50~25000mm （可定制）
负载特性	电流输出最大负载电阻600Ω/电压输出最小负载电阻20Ω
工作电流	<50mANC
工作温度	电子仓-40~85℃/ 测杆 -40~125℃
储存温度	-40~100℃
测杆耐压	刚性测杆<34MPa
非线性误差	<0.05%F.S.；量程<300mm的传感器，误差<150μm
重复性误差	<0.002%F.S.
响应时间	0.2~5ms（根据测量长度）
输出纹波	<20mV 防爆类型： Exd II BT5 （隔爆型）
安装接口	螺纹连接M18x1.5、M20x1.5、3/4-16UNF（英制），可定制

　　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2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
1	7#	2.4946	25.0845	4.437282	25.104.443	-0.006
2	12-1#	2.1070	14.8854	1.454194	14.901.457	-0.003
3	12-2#	2.8846	23.4968	3.853672	23.503.855	-0.001
4	12-3#	2.5410	20.3804	2.839498	20.402.845	-0.006
5	12-4#	1.5618-	12.6832	1.035921	12.701.039	-0.003
6	12-5#	2.25！7	24.8926	4.364267	24.904.367	-0.003
7	16#	1.1998	1.78140.	016667	1.800.017	0.000

　　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2.

　　5、结论

　　通过磁致伸缩液位计在红石电站渗漏量监测自动化项目中的成功应用，我们认为：该磁致伸缩液位计测量精度高，长期稳定性好，并且维护简便，对于国内其它水电厂需要小量程高精度液位测量的监测项目，具有很好的借鉴与推广意义。