浅谈无线水位监测装置在小型水电站中的应用

黄凯

摘 要：南平市兰溪二级水电站位于南平市延平区赤门乡赤门村，地处偏远山区，现场运行人员偏少，对于水库水位的监测无法做到实时准确。为了能更好地了解库区水位，合理利用水能，同时能在不增加工作人员的条件下，兰溪二级水电站迫切需要提高电站设备的自动化程度，通过远程监控的方式来检测水库水位。

关键词：水位检测；小型水电站；无线传输

中图分类号：TV742 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0145-02

1 电站概况

南平市兰溪二级电站位于南平市延平区赤门乡赤门村，位处兰溪流域，装机容量1890kW（3*630kW），设计年平均发电量420万kWh，2002年2月投产发电，大坝为浆砌石双曲拱坝，库容9万m3，隧道长1.9km。从大坝至电站厂房没有良好的有线通讯网络，库区水位需要电站员工按时前往大坝观测水尺才能获悉，无法实时有效的获取水庫水位数据，给防汛和水库调度带来了不便，造成机组发电负荷分配的不合理。

2 情况分析

由于坝区至电站没有有线通讯网络，要装设水位监控装置就必须解决通讯问题。由于电站地处偏远，架设通讯线路难度大，同时线路架设的造价较高，对于小型水电站来说并不是经济可行的有效办法，因此选择无线传输水位数据的方式最为可行。无线传输水位数据可通过微波通信、GPRS、4G信号传输等。由于GPRS、4G等信号传输方式需要通过通信运营商购买数据服务，会产生数据传输的费用，同时由于电站地处偏远，各大通信运营商的通信网络信号差，增设基站或者升级基站的费用也较高，因此并不适合电站的运营情况。

微波通信是使用波长在1毫米至1米之间的电磁波进行的通信。该波长段电磁波所对应的频率范围是300MHz（0.3GHz）～300GHz。是直接使用微波作为介质进行的通信，不需要固体介质，当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，其中433MHz无线通信方式是我们国家的免申请段发射接收频率，可直接使用，且所需设备少，比较适合在小型水电站中使用。但由于433MHz的信号抗干扰能力较弱，较适合在山区使用，由于兰溪二级水电站的大坝和厂房处于山区，且大坝到厂房并无高山阻挡，实际直线距离约1.9公里，可以使用此种信号传输方式。

3 设备安装

3.1 在坝区需安装以下设备（见表1）

由于兰溪二级水电站坝区没有办法提供电源，因此需要通过使用太阳能电池对坝区设备进行供电，同时为了考虑阴雨天气，需要依靠蓄电池来作为电源，通过电源控制器和电源稳压模块作为太阳能电池和蓄电池之间的调节控制装置。考虑设备长期放置室外，现场选择了不锈钢箱体并加装防雨罩，对箱体上孔洞都进行封堵。

（1）水位发射装置由太阳能板、蓄电池、电源控制箱、信号发射模块及天线组成，把发射装置安装在山上水池附近。

（2）太阳能板的固定采用灯杆方式，太阳能板朝正南方向，把电源控制箱固定在灯杆的中部。

（3）把全向天线的SMA接头连接在机箱内部的控制器SMA插座上旋紧，然后把发射天线安装在控制箱与太阳能板的中部位置，与太阳能板保持有一定距离。

（4）液位监测信号为1路或2路4～20mA电流信号，可同时接入两路两线制液位传感器信号。

（5）电源控制箱内有太阳能控制器、蓄电池、防雷器、无线发射模块；无线发射模块由太阳能电源的蓄电池供电，电压为12V，在无线模块左侧安装了一个电源开关，安装好设备后，将电源开关向上推起即可给无线发射模块供电。

3.2 在厂房安装以下设备（见表2）

接收装置箱安装在电站厂房内，天线安装在屋顶附近，天线离地高度大于2米，无线接收模块输出信号直接接入智能水位控制仪和机组监控系统进行实时水位显示及控制。

4 设备调试及使用

4.1 对液位传感器的调试

选用带隔离膜充油芯体的压阻式压力传感器，输出信号由高精度、低温漂和高可靠性的放大电路转换为标准信号，通过调零和调满选择好合适电站水库的水位量程。

4.2 433MHz微波传输设备的使用

该微波传输设备配置过压保护装置，模拟量输入时可以抵御瞬时的过电压和静电破坏。开关量输入通道与控制器核心部分通过光电隔离，同时支持冲突检测CSMA/CA、及重传机制，确保无线传输的可靠性。该设备具有灵活的参数设置功能，可以使用RFSET软件，通过USB接口，设置工作频点、空中速率、发射功率、串口速率和格式等。

使用该传输设备传输水位时时，需同时加装避雷器，防止受雷击时雷电波侵入损坏设备。设备日常运行维护简单，无需运行人员反复操作。

5 结束语

通过433MHz微波通信的传输方式有效解决了兰溪二级水电站水位监测问题，减少了现场运行人员的工作量，同时优化了电站的防汛和水库调度存在的问题，为小型水电站机组发电负荷分配提供了数据支撑。但是该频段的微波通讯抗干扰能力差，且微波通讯需要两点之间的直线上无障碍物，若遇有障碍时还需加设中继站，因此使用上有一定局限。

目前该设备投运以来运行平稳，数据准确，达到了当初设备安装的目的，切实有效的解决了电站实际问题。

参考文献：

[1]郭凤仪，徐维泽，段景春，等.无线水位检测系统与压力传感器补偿方法的研究[J].电子技术应用，2010（7）：58-61.

[2]周韵，王志平.无线传输在实时水位监测系统中的应用[J].电子技术应用，2007，33（3）：85-87.endprint