水文缆道测流控制台应用故障分析与维修探讨

关丽娜

(伊犁水文勘测局，新疆 伊宁 835000)

0 引 言

水文缆道测流仍是我国西北地区各水文站测流的主要方式，其测流系统包括缆索驱动、控制系统及综合信号等部分。缆索驱动系统发生故障的概率较小，通常情况下都是控制系统和综合信号系统发生故障，且一旦发生故障，会增加检修难度，影响流域正常水文测流。H水文站经过多年的实践和探索已经积累起一些水文缆道测流系统的故障处理经验和应对突发性测流系统故障的办法。

1 问题的提出

H水文站为国家级二类精度水文控制测站，也是长期进行所在流域水量、水质监测的基本站点，H水文站K断面最大水深2.85m，断面宽49.8m。多年来，H水文站中高流速水主要分布在起点距25.5-31.7m，流速均匀，低水主要分布在起点距28.7-34.8m，流速稳定。整个流域呈扇状形，流域西南部及中部丛峰林立，地势陡峭，是典型的山区，所在流域主要依靠季节性融雪补给，每年的4-6月为流域洪水期。测站断面河道顺直，断面河床主要为卵砾石和细砂，且断面水位-流量关系曲线单一，冲淤变化小。

就目前水文测流情况来看，H水文站普遍应用集水文绞车控制、铅鱼位置检索、测点流速量化分析等功能的缆道综合测量控制台并结合单片机控制技术和交流变频调速、缆道无线信号传输等技术，自动化程度较高。为全面掌握河底信号器工作原理、性能维护，并充分保障设备性能的发挥，就水文缆道综合测量控制台在具体应用过程中由于河底信号接收器[1]等方面问题而造成铅鱼设备无法按设计要求顺利下降的故障进行原因分析和维修探讨。

2 河底信号器工作原理

目前，H水文站缆道综合控制台主要使用失重式河底信号器和铅鱼托盘式河底信号器两种结构，其工作原理存在一定差异。

2.1 失重式河底信号器

此类型信号器主要将工作索和滑轮连接，在悬空的铅鱼自重的作用下，固定在滑轮上的工作索会产生超过失重式河底信号器弹簧受压所产生推力的拉力，导致失重式河底信号器外壳A面和微动开关推动杆的B面分开，且微动开关不再输出河底信号。当铅鱼接触河底后，施加于其工作索上的拉力减小，失重式河底信号器将产生大于工作索拉力的推力，使信号器外壳A面和微动开关推动杆的B面靠拢，并在信号器外壳A面的挤压下微动开关推动杆的B面向下运动，输出河底信号。可见，失重式河底信号器主要通过失重器进行缆道工作索在铅鱼接触河底和未接触河底时张力变化信号的感应。

由图1可以看出，失重式河底信号器主要由滑轮、外壳、微动开关、弹簧、垫片、固定架、螺母和螺杆等部件构成。当失重式河底信号器滑轮工作索产生远远大于弹簧结构推力的拉力时，放置在河底的失重器便不会按照既定设计实时输出河底测流信号出，而只有放置在河底的失重器滑轮工作索拉力比弹簧推力大时，才会持续实时输出河底测流信号。

图1 失重式河底信号器外型及结构

2.2 铅鱼托盘式河底信号器

铅鱼托盘式河底信号器结构，见图2。

图2 铅鱼托盘式河底信号器结构

根据铅鱼托盘式河底信号器的构成(图2)可知，托盘在河底测流信号测量、收集和发射过程中发挥着核心作用，当铅鱼下降时，托盘先匀速缓慢抵达河底，而后随着铅鱼的进一步下降，托盘连动杆上磁钢与干簧管的距离会不断缩短，同时因受到磁钢磁场的影响，干簧管两簧片导通后会持续输出河底测流信号。如果铅鱼托盘抵达河流底部后不发生顶托，则无河底测流信号输出，所以，在铅鱼托盘式河底信号器测流过程中，托盘能否正确运动是测流成败的关键。

3 水文缆道测流控制台应用故障

在测流控制台测流过程中可能会出现铅鱼入水前只能后退、提升而不能前进、下降的问题，或是铅鱼在入水前一切正常，但入水后却停止下降转而提升等现象。为分析上述故障，必须先深入了解水文缆道测流控制台接收河底测流信号的工作流程，铅鱼抵达河底并发出测流信号，测流控制台会利用其背侧的测流信号输入端接收相关水文信号，而且，测流控制台在任何运行状态下，都会自动快速切换至提升运行状态，并将前进和下降等命令统统屏蔽，在此种状态下，铅鱼也只能提升或后退，一旦河底发出持续性的水文测量信号，控制台便不会从当前的提升运动状态转变为其余状态。而当河底铅鱼所发出的测流信号结束后，控制台才会在接受到指令后自动结束测流过程。这种设计及测流系统运行方式能保证测流精度及缆道系统安全控制，但是对于汛期等水流湍急的特殊时期，河底测流信号很容易因水流速度过快而受到干扰和影响，这种情况下，铅鱼和控制台的运行过程以及控制台所接收信号的精确度和时效性均会受到影响，甚至会导致测流过程无法顺利展开。根据测站测流实际也可以看出，水文缆道测流控制台应用故障均与河底测流信号的发射和接收有关，若测流信号出现时间有偏差，则必然影响铅鱼正常运行。

此外，H水文站高中水洪水测验主要采用人工观测水深、大断面查读水深等方式，在人工观测方式下，铅鱼降至河底导致循环索垂度下降，当测流人员听到行车架反弹声响后便立即按下停车键并进行水深观测。但由于流域内漂浮物过多，铅鱼易受到水草等杂物的影响，铅鱼下降过程中因受河底卵石和漂浮物的影响而错误地发出信号，所以高中水水深下显示屏无法显示实际水深。

4 故障检查与维修

4.1 故障检查

1)失重式河底信号器检查：

将铅鱼悬挂后关闭控制台电源，采用万用电阻表检查与失重式河底信号器微动开关相连的测流信号输出线的短路情况，若不存在短路情况，则表明微动开关性能完好，但无测流信号；若存在短路，则表明有测流信号，但微动开关性能不良。为进一步检查故障所在，还应拧松失重式河底信号器螺杆上的螺帽，再通过万用电阻表检查信号输出线是否存在短路等情况。若短路，则表明铅鱼过轻或平衡锤过重是故障的主要原因，必须按设计要求逐次减轻平衡锤重量，但若平衡锤重量降至40kg后仍不能恢复测流信号传递和铅鱼正常运行，则应基本判定微动开关存在故障[2]。

2)铅鱼托盘式河底信号器检查：

考虑到此类测流方式下测流信号主要通过无线方式传递和接收，所以应采取与失重式河底信号器不同的故障检查方法。首先悬挂起铅鱼并观察其托盘的下垂情况，若存在非自然下垂则表明托盘存在机械故障。对于自然下垂的情况下，通过万用电阻表进行干簧管正负极测量，正负极不通为正常状态，若正负极导通，则表明干簧管损坏。在排除干簧管机械故障后，应托起托盘，并测量干簧管正负极，若导通，则表明测流信号器在岸上状态正常。将安装有水下信号源的的铅鱼运行至岸边并使水深淹没铅鱼，在铅鱼缓慢下放的过程中观察托盘的状态，若托盘始终处于自然下垂状态，且触及河底后控制台接收到河底信号，则表明铅鱼托盘式河底信号器性能正常，反之则存在故障。

4.2 故障排除

若经过故障检查发现是失重式河底信号器微动开关存在故障，则应尽快更换；若因铅鱼和平衡锤配重不当而导致测流信号传输不正常，则应按设计要求逐次减轻平衡锤重量，以断开微动开关，或调节失重器螺帽使弹簧张力适当减小。

铅鱼托盘式河底信号器的故障通常由托盘结构不合理引起，若采用改装和优化后的托盘结构，则可保证测流信号可靠性的提高。改装过程具体为：在铅鱼底部开挖出能放入干簧管的矩形槽，且槽深应超出干簧管直径1cm，并在干簧管两端焊接导线，再将2根导线引至铅鱼表面，待干簧管放入矩形槽后将融化后的石蜡灌入槽内填满，待石蜡完全凝固后用铜皮封住槽表面，再将其中1根导线固定于铅鱼之上并作为测流信号的负极，另1根导线为正极；采用铜片将1个磁钢固定在托盘位置再用双管胶黏紧，将托盘悬挂在铅鱼尾翼。

5 结 论

在水文测站运用缆道系统进行水文测流的过程中，由铅鱼系统、测距定位、流速测算、信号接收、避雷抗干扰等系统所构成的综合控制系统自动化的运行过程使测流时间大大缩短，测流精度显著提升，但其系统的运行及故障维修涉及机械、电子、通讯、计算机等学科，对测站工作人员的业务技能不断提出更高要求，为更高效的使用缆道测流综合控制台系统，必须加强学习，且测站应当将缆道测流综合控制系统运行中常见的故障及维修操作经验译制成操作指导手册的形式，以备查看和深入学习。