江西水電站生態下泄流量遠程監測系統技術方案

文章來源:開封惠爾儀表有限公司

一、項目背景

水電工程中引水式開發、混合式開發,以及堤壩式開發水庫初期蓄水期和參與系統調峰的電站,會造成閘壩至廠房河段或壩址下游河段減水甚至斷流,使河段水環境容量降低從而影響水質,使水生生態系統遭受破壞,并影響到魚類資源。水位降低和水面積減少還會導致河谷及河岸植被退化,對河段工農業取水、航運、景觀產生不利影響。

  

為保護河流生態環境,推動水資源科學、合理、有序開發和可持續利用,各地水利和環保部門相繼出臺措施對不滿足生態流量下泄要求的水電站責令整改或掛牌督辦。

“水電站生態下泄流量遠程監測系統”是重要的長效監督、管理手段,為主管部門隨時掌握各水電站的下泄流量情況、保障下游河流的生態用水需求發揮了重要作用。

二、方案設計

2.1監測方式

  對水電站下泄流量的監測,可在電站泄水口設立監測點,安裝在線監測設備;也可在電站下游附近選擇河道斷面作為監測斷面,安裝在線監測設備,監測下泄流量。

對于河床式或壩后式水電站,監測斷面應設置在發電廠房尾水下游;

對于引水式水電站,監測斷面應分別設置在發電廠房尾水下游和水庫大壩下游。

2.2、監測內容

水電站生態下泄流量監測以水量監測為主,配合視頻監控或者圖片監控。通過數據與圖像結合的方式集中監控各水電站的最小生態下泄流量情況。主要監測參數為水位、流量(有封閉管道可采用管道式流量計進行精確測量; 渠道或是河道式的流量可通過水位—流量關系曲線計算得出),視頻監控為連續的視頻圖像或者定時傳輸的圖片。為流域生態保護、水政管理、水文水資源監測等提供服務。

2.3、系統組成

監控中心:具有INTERNET網絡,外網具備固定IP地址,安裝服務器、生態下泄流量遠程監控系統軟件。接收現場傳回的流量數據,并將每個測站的流量數據與視頻數據集成到同一個界面上,便于用戶查看,同時將視頻圖像截圖存入數據庫,便于以后調用。

通訊網絡:光纖網絡、4G網絡。

監測設備:DATA系列遙測終端機,采集傳感器的水位數據,流量計以及根據水位流量關系曲線計算出流量數據,并定時將流量數據上報到監控中心。

傳感器:流量傳感器、視頻傳感器、水位計等。

電源:交流220V電源或者太陽能電源。

2.4系統拓撲圖

image.png

三、 監測站設備介紹

3.1遙測終端機

3.1.1遙測終端機資質

★ 設備獲得全國工業產品生產許可證。

★ 設備通過水利部《水資源監測數據傳輸規約》(SZY206-2016)的測試,測試結果為“47項全部通過”。

設備通過水利部《水資源監測設備技術要求》(SZY203-2016)。

設備通過水利部《水資源監測設備質量檢驗》(SZY205-2016)。

設備通過水利部《加密傳輸規約》V1.2。

設備通過水利部《特殊區域水文、水資源數據安全采集系統接口規范》V1.18。

設備通過水利部《特殊區域水文、水資源數據安全采集系統RTU追加測試大綱》。

  設備通過水文監測數據通信規約(SL651-2014)的測試,測試結果要求HEX碼 30項、ASCII碼30項全部通過。

設備通過水文自動測報系統技術規范(SL61-2003)的測試。

水資源監控設備基本技術條件(SL4262008

    設備通過 水文自動測報系統設備遙測終端機(SL180-2015)的測試。

 

3.1.2遙測終端機功能

◆ 通信功能:支持接入GPRS/CDMA、4G、短消息、衛星、光纖等多種通訊方式; 

◆ 采集功能:采集水位、雨量變送器的標準信號;采集流量計、脈沖表的流量數據;采集水泵或閥門運行狀態、設備供電狀態和箱門開關狀態。

◆ 圖片抓拍功能:可外接工業照相機,進行圖片抓拍。

◆ 控制功能:支持自動控制、遠程控制水泵、閥門等控制設備。

◆ 遠程管理功能:支持遠程參數設置、程序升級。

◆ 報警功能:監測數據越限,立即上報告警信息。

◆ 加報功能:具有水位超限加報、暴雨加報功能。

◆ 存儲功能:本機循環存儲監測數據,掉電不丟失。

◆ 多中心功能:支持與多中心進行數據通信;支持實時在線、定時上報兩種工作模式。

◆工作體制:可配置成自報式RTU,應答式RTU,自報/應答兼容式RTU。

◆參數設置:支持串口設參、遠程設參功能。

◆召測功能:支持實時數據召測、歷史數據召測。

◆數據具有斷電保護功能:任何時候的檢修和斷電,都不會破壞和改變原來的數據。只有重新設置才會改變RTU機內原來設定的各項參數。

◆具備時鐘功能:可通過INTERNET網絡實現時鐘同步。

◆具備電源管理功能,可實時采集設備供電電壓,以確定設備的供電情況,保護設備。

◆看門狗安全設計,可以實現自動復位。

3.1.3遙測終端機的技術指標

靜態值守電流:<2mA /12V DC

工作電流:≤10mA /12V DC

顯示功能:LCD液晶顯示。

參數設置:COM,Bluetooth,GPRS

工作制式:自報式、應答式、混合式

傳輸協議:TCP,UDP

串口: 1路調試串口(RS232/DB9),2路采集串口(RS485/RS232)

DI:4路DI接口(無源接點)

PI:6路PI接口(無源接點)

AI:4路(4-20mA /0-5V、精度0.5%)

DO: 3路輸出

CPU:32位處理器、運行頻率100MHz

MTBF:≥25000h

波特率:1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600(Bit/S)可設

供電電源:DC10-30V

工作環境:溫度:-40℃~85℃;濕度:≤95%

3.1.4遙測終端機功能框圖——光纖通訊

image.png3.1.5遙測終端機功能框圖——4G通訊

image.png

3.2 電磁流量計介紹

3.2.1、概述

電磁流量計的設計和制造符合標準JB/T9248-1999《電磁流量計》,是一種測量導電介質體積流量的速度式儀表,在進行現場監測顯示的同時,可輸出標準的電流信號,供記錄、調節、控制使用,實現檢測自動控制,并可實現信號的遠距離傳送。廣泛應用于環保、鋼鐵、石油、化工、煤炭、冶金、礦產、造紙、供排水、食品、醫藥等行業中的導電液體的流量計量。儀表的結構形式有一體型和分體型。分體電磁流量計.jpg

3.2.2、特 

★測量管內無可動部件,便于維護管理;無阻流部件,無壓力損失;

★被測液體最低電導率≥20μS/cm,配合各種襯里材料,可適用于測量各種酸、堿、鹽溶液及泥漿、礦漿、紙漿等介質的流量;

★測量精度不受流體的密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響,傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系,測量精度高;

★低頻矩形波激磁,不受工頻及現場各種干擾的影響,工作穩定可靠;

★不受流體方向影響,正反向均可準確計量;

★液晶背光顯示,可在線修改參數,操作簡單方便;

★中文、英文顯示方式(可選);

★可記錄正向總量、反向總量、差值總量;

★具有空管測量、報警功能,并能適應不同的流體介質。

3.2.3、測量原理

電磁流量計是運用法拉第電磁感應定律原理,即導電物體在磁場中作切割磁力線運動時,導體中產生感應電動勢。其感應電動勢

E為:E=KBdV

 

流量Q為:Q=3600×V×S

式中: K—儀表系數

B—磁感應強度(T)

D—電極間距(m)

V—流體平均流速(m/s)

S—導管內截面積(m2)

測量流量時,導電性液體以流速V流過垂直于流動方向的磁場,導電性液體的流動感應出一個與平均流速成正比的電壓,其感應電壓信號通過與液體直接接觸的電極檢出。對于同一流量計S、B、d為常量,所以流量與感應電動勢E(或流速V)的大小成正比。

3.2.4、技術指標

 適用測量通徑:DN6mm~DN3000mm

 介質電導率: ≥20 μs/cm

 襯里材料: 聚氯丁橡膠、聚氨酯橡膠、聚硅氟橡膠、聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯F46、PFA

 電極材料: SUS316、哈氏合金B HB 、哈氏合金C(HC)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉑/銥合金

 工作環境溫度:-20℃~60℃

 轉換器工作環境濕度:≤95%

 外殼防護等級:IP65、IP67、IP68

 流速測量范圍:0.5~10米/

 配套精度等級:0.5級、0.2級

    數:瞬時流量、流速、正反向累計總量

 檢測報警參數:流體空管檢測報警、勵磁電流檢測報警、上下限報警、系統報警

 網絡功能:HART、MODBUS、GPRS、PROFIBUS(選配)

 供電電源

交流電源,電壓適用范圍:85VAC~250VAC直流24V電源,電壓適用范圍:20VDC~36VDC自供電3.6V電源

四、現場安裝示意圖

   微信圖片_20190327094414.jpgmmexport1556240342517.jpgmmexport1556240347762.jpgQQ圖片20190824091507.jpg 分區計量DN400.jpg

 

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