關(guān)麗娜

(伊犁水文勘測局，新疆 伊寧 835000)

0 引 言

水文纜道測流仍是我國西北地區(qū)各水文站測流的主要方式，其測流系統(tǒng)包括纜索驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)及綜合信號(hào)等部分。纜索驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障的概率較小，通常情況下都是控制系統(tǒng)和綜合信號(hào)系統(tǒng)發(fā)生故障，且一旦發(fā)生故障，會(huì)增加檢修難度，影響流域正常水文測流。H水文站經(jīng)過多年的實(shí)踐和探索已經(jīng)積累起一些水文纜道測流系統(tǒng)的故障處理經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)對(duì)突發(fā)性測流系統(tǒng)故障的辦法。

1 問題的提出

H水文站為國家級(jí)二類精度水文控制測站，也是長期進(jìn)行所在流域水量、水質(zhì)監(jiān)測的基本站點(diǎn)，H水文站K斷面最大水深2.85m，斷面寬49.8m。多年來，H水文站中高流速水主要分布在起點(diǎn)距25.5-31.7m，流速均勻，低水主要分布在起點(diǎn)距28.7-34.8m，流速穩(wěn)定。整個(gè)流域呈扇狀形，流域西南部及中部叢峰林立，地勢陡峭，是典型的山區(qū)，所在流域主要依靠季節(jié)性融雪補(bǔ)給，每年的4-6月為流域洪水期。測站斷面河道順直，斷面河床主要為卵礫石和細(xì)砂，且斷面水位-流量關(guān)系曲線單一，沖淤變化小。

就目前水文測流情況來看，H水文站普遍應(yīng)用集水文絞車控制、鉛魚位置檢索、測點(diǎn)流速量化分析等功能的纜道綜合測量控制臺(tái)并結(jié)合單片機(jī)控制技術(shù)和交流變頻調(diào)速、纜道無線信號(hào)傳輸?shù)燃夹g(shù)，自動(dòng)化程度較高。為全面掌握河底信號(hào)器工作原理、性能維護(hù)，并充分保障設(shè)備性能的發(fā)揮，就水文纜道綜合測量控制臺(tái)在具體應(yīng)用過程中由于河底信號(hào)接收器[1]等方面問題而造成鉛魚設(shè)備無法按設(shè)計(jì)要求順利下降的故障進(jìn)行原因分析和維修探討。

2 河底信號(hào)器工作原理

目前，H水文站纜道綜合控制臺(tái)主要使用失重式河底信號(hào)器和鉛魚托盤式河底信號(hào)器兩種結(jié)構(gòu)，其工作原理存在一定差異。

2.1 失重式河底信號(hào)器

此類型信號(hào)器主要將工作索和滑輪連接，在懸空的鉛魚自重的作用下，固定在滑輪上的工作索會(huì)產(chǎn)生超過失重式河底信號(hào)器彈簧受壓所產(chǎn)生推力的拉力，導(dǎo)致失重式河底信號(hào)器外殼A面和微動(dòng)開關(guān)推動(dòng)桿的B面分開，且微動(dòng)開關(guān)不再輸出河底信號(hào)。當(dāng)鉛魚接觸河底后，施加于其工作索上的拉力減小，失重式河底信號(hào)器將產(chǎn)生大于工作索拉力的推力，使信號(hào)器外殼A面和微動(dòng)開關(guān)推動(dòng)桿的B面靠攏，并在信號(hào)器外殼A面的擠壓下微動(dòng)開關(guān)推動(dòng)桿的B面向下運(yùn)動(dòng)，輸出河底信號(hào)?？梢?，失重式河底信號(hào)器主要通過失重器進(jìn)行纜道工作索在鉛魚接觸河底和未接觸河底時(shí)張力變化信號(hào)的感應(yīng)。

由圖1可以看出，失重式河底信號(hào)器主要由滑輪、外殼、微動(dòng)開關(guān)、彈簧、墊片、固定架、螺母和螺桿等部件構(gòu)成。當(dāng)失重式河底信號(hào)器滑輪工作索產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈簧結(jié)構(gòu)推力的拉力時(shí)，放置在河底的失重器便不會(huì)按照既定設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)輸出河底測流信號(hào)出，而只有放置在河底的失重器滑輪工作索拉力比彈簧推力大時(shí)，才會(huì)持續(xù)實(shí)時(shí)輸出河底測流信號(hào)。

圖1 失重式河底信號(hào)器外型及結(jié)構(gòu)

2.2 鉛魚托盤式河底信號(hào)器

鉛魚托盤式河底信號(hào)器結(jié)構(gòu)，見圖2。

圖2 鉛魚托盤式河底信號(hào)器結(jié)構(gòu)

根據(jù)鉛魚托盤式河底信號(hào)器的構(gòu)成(圖2)可知，托盤在河底測流信號(hào)測量、收集和發(fā)射過程中發(fā)揮著核心作用，當(dāng)鉛魚下降時(shí)，托盤先勻速緩慢抵達(dá)河底，而后隨著鉛魚的進(jìn)一步下降，托盤連動(dòng)桿上磁鋼與干簧管的距離會(huì)不斷縮短，同時(shí)因受到磁鋼磁場的影響，干簧管兩簧片導(dǎo)通后會(huì)持續(xù)輸出河底測流信號(hào)。如果鉛魚托盤抵達(dá)河流底部后不發(fā)生頂托，則無河底測流信號(hào)輸出，所以，在鉛魚托盤式河底信號(hào)器測流過程中，托盤能否正確運(yùn)動(dòng)是測流成敗的關(guān)鍵。

3 水文纜道測流控制臺(tái)應(yīng)用故障

在測流控制臺(tái)測流過程中可能會(huì)出現(xiàn)鉛魚入水前只能后退、提升而不能前進(jìn)、下降的問題，或是鉛魚在入水前一切正常，但入水后卻停止下降轉(zhuǎn)而提升等現(xiàn)象。為分析上述故障，必須先深入了解水文纜道測流控制臺(tái)接收河底測流信號(hào)的工作流程，鉛魚抵達(dá)河底并發(fā)出測流信號(hào)，測流控制臺(tái)會(huì)利用其背側(cè)的測流信號(hào)輸入端接收相關(guān)水文信號(hào)，而且，測流控制臺(tái)在任何運(yùn)行狀態(tài)下，都會(huì)自動(dòng)快速切換至提升運(yùn)行狀態(tài)，并將前進(jìn)和下降等命令統(tǒng)統(tǒng)屏蔽，在此種狀態(tài)下，鉛魚也只能提升或后退，一旦河底發(fā)出持續(xù)性的水文測量信號(hào)，控制臺(tái)便不會(huì)從當(dāng)前的提升運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠溆酄顟B(tài)。而當(dāng)河底鉛魚所發(fā)出的測流信號(hào)結(jié)束后，控制臺(tái)才會(huì)在接受到指令后自動(dòng)結(jié)束測流過程。這種設(shè)計(jì)及測流系統(tǒng)運(yùn)行方式能保證測流精度及纜道系統(tǒng)安全控制，但是對(duì)于汛期等水流湍急的特殊時(shí)期，河底測流信號(hào)很容易因水流速度過快而受到干擾和影響，這種情況下，鉛魚和控制臺(tái)的運(yùn)行過程以及控制臺(tái)所接收信號(hào)的精確度和時(shí)效性均會(huì)受到影響，甚至?xí)?dǎo)致測流過程無法順利展開。根據(jù)測站測流實(shí)際也可以看出，水文纜道測流控制臺(tái)應(yīng)用故障均與河底測流信號(hào)的發(fā)射和接收有關(guān)，若測流信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間有偏差，則必然影響鉛魚正常運(yùn)行。

此外，H水文站高中水洪水測驗(yàn)主要采用人工觀測水深、大斷面查讀水深等方式，在人工觀測方式下，鉛魚降至河底導(dǎo)致循環(huán)索垂度下降，當(dāng)測流人員聽到行車架反彈聲響后便立即按下停車鍵并進(jìn)行水深觀測。但由于流域內(nèi)漂浮物過多，鉛魚易受到水草等雜物的影響，鉛魚下降過程中因受河底卵石和漂浮物的影響而錯(cuò)誤地發(fā)出信號(hào)，所以高中水水深下顯示屏無法顯示實(shí)際水深。

4 故障檢查與維修

4.1 故障檢查

1)失重式河底信號(hào)器檢查：

將鉛魚懸掛后關(guān)閉控制臺(tái)電源，采用萬用電阻表檢查與失重式河底信號(hào)器微動(dòng)開關(guān)相連的測流信號(hào)輸出線的短路情況，若不存在短路情況，則表明微動(dòng)開關(guān)性能完好，但無測流信號(hào)；若存在短路，則表明有測流信號(hào)，但微動(dòng)開關(guān)性能不良。為進(jìn)一步檢查故障所在，還應(yīng)擰松失重式河底信號(hào)器螺桿上的螺帽，再通過萬用電阻表檢查信號(hào)輸出線是否存在短路等情況。若短路，則表明鉛魚過輕或平衡錘過重是故障的主要原因，必須按設(shè)計(jì)要求逐次減輕平衡錘重量，但若平衡錘重量降至40kg后仍不能恢復(fù)測流信號(hào)傳遞和鉛魚正常運(yùn)行，則應(yīng)基本判定微動(dòng)開關(guān)存在故障[2]。

2)鉛魚托盤式河底信號(hào)器檢查：

考慮到此類測流方式下測流信號(hào)主要通過無線方式傳遞和接收，所以應(yīng)采取與失重式河底信號(hào)器不同的故障檢查方法。首先懸掛起鉛魚并觀察其托盤的下垂情況，若存在非自然下垂則表明托盤存在機(jī)械故障。對(duì)于自然下垂的情況下，通過萬用電阻表進(jìn)行干簧管正負(fù)極測量，正負(fù)極不通為正常狀態(tài)，若正負(fù)極導(dǎo)通，則表明干簧管損壞。在排除干簧管機(jī)械故障后，應(yīng)托起托盤，并測量干簧管正負(fù)極，若導(dǎo)通，則表明測流信號(hào)器在岸上狀態(tài)正常。將安裝有水下信號(hào)源的的鉛魚運(yùn)行至岸邊并使水深淹沒鉛魚，在鉛魚緩慢下放的過程中觀察托盤的狀態(tài)，若托盤始終處于自然下垂?fàn)顟B(tài)，且觸及河底后控制臺(tái)接收到河底信號(hào)，則表明鉛魚托盤式河底信號(hào)器性能正常，反之則存在故障。

4.2 故障排除

若經(jīng)過故障檢查發(fā)現(xiàn)是失重式河底信號(hào)器微動(dòng)開關(guān)存在故障，則應(yīng)盡快更換；若因鉛魚和平衡錘配重不當(dāng)而導(dǎo)致測流信號(hào)傳輸不正常，則應(yīng)按設(shè)計(jì)要求逐次減輕平衡錘重量，以斷開微動(dòng)開關(guān)，或調(diào)節(jié)失重器螺帽使彈簧張力適當(dāng)減小。

鉛魚托盤式河底信號(hào)器的故障通常由托盤結(jié)構(gòu)不合理引起，若采用改裝和優(yōu)化后的托盤結(jié)構(gòu)，則可保證測流信號(hào)可靠性的提高。改裝過程具體為：在鉛魚底部開挖出能放入干簧管的矩形槽，且槽深應(yīng)超出干簧管直徑1cm，并在干簧管兩端焊接導(dǎo)線，再將2根導(dǎo)線引至鉛魚表面，待干簧管放入矩形槽后將融化后的石蠟灌入槽內(nèi)填滿，待石蠟完全凝固后用銅皮封住槽表面，再將其中1根導(dǎo)線固定于鉛魚之上并作為測流信號(hào)的負(fù)極，另1根導(dǎo)線為正極；采用銅片將1個(gè)磁鋼固定在托盤位置再用雙管膠黏緊，將托盤懸掛在鉛魚尾翼。

5 結(jié) 論

在水文測站運(yùn)用纜道系統(tǒng)進(jìn)行水文測流的過程中，由鉛魚系統(tǒng)、測距定位、流速測算、信號(hào)接收、避雷抗干擾等系統(tǒng)所構(gòu)成的綜合控制系統(tǒng)自動(dòng)化的運(yùn)行過程使測流時(shí)間大大縮短，測流精度顯著提升，但其系統(tǒng)的運(yùn)行及故障維修涉及機(jī)械、電子、通訊、計(jì)算機(jī)等學(xué)科，對(duì)測站工作人員的業(yè)務(wù)技能不斷提出更高要求，為更高效的使用纜道測流綜合控制臺(tái)系統(tǒng)，必須加強(qiáng)學(xué)習(xí)，且測站應(yīng)當(dāng)將纜道測流綜合控制系統(tǒng)運(yùn)行中常見的故障及維修操作經(jīng)驗(yàn)譯制成操作指導(dǎo)手冊(cè)的形式，以備查看和深入學(xué)習(xí)。