1、广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）1跨河水文缆道信号传输技术水文站利用跨河水文缆道进行流量测验，是通过岸上仪器设备接收水文缆道信号，从而测获通过河道断面的水流量。根据 水文缆道设计规范（SL622-2014）和 水文缆道测验规范（SL 443-2009），水文缆道信号包括起点距信号、水深信号、水面信号、流速信号、河底信号，信号传输方式包括有线传输和无线传输。水文缆道信号中起点距和水深采用有线传输，是通过传感器计算传动齿轮行程得出铅鱼的运行距离的；水面信号、流速信号、河底信号是采用无线传输，是通过河流水体作为
2、载体来传输信号的。水文缆道信号传输需要有水下信号源，安装在铅鱼尾翼。水下信号源采用干电池，通过流速仪接触丝开关形成脉冲信号，经过缆道传输回路被岸上仪器接收。随着缆道应用的深入，干电池水下信号源由于其功能单一、抗干扰能力差、远距离接收效果差而逐渐被淘汰，目前水文缆道水下信号源采用双音频信号源。双音频信号源抗干扰能力强，同时可以发出水面信号、流速信号和河底信号等。为了有效地传输缆道信号，要求水文缆道为绝缘缆道，就是说用于传输信号的循环索不能与主索相通，也不能与大地相通，否则会造成信号源能耗过大仪器检测不到，主要涉及的部位是行车架与主索绝缘、绞车与楼板绝缘、循环索与铁塔绝缘。水文缆道信号的传输是在复
3、杂的水环境中进行的，信号在实际应用中是一个变量，它的幅值受水深、距离、水位、土壤含水量、地线电阻等因素影响。信号的太小幅度、设备灵敏度达不到要求是检测不到的，太大的信号幅度会造成信号放大器饱和、变形或堵塞。无论是干电池信号源还是双音频信号源，都是用3个干电池作为能源，电压为4.5 V，我们希望接收到的信号电压在100 mV1.5 V之间，这样幅值的信号设备可以很干净地接收信号，这是在多年缆道调试工作中总结出来的，因为绝缘缆道能够使信号在传输过程中形成很高的信号幅度。2水文缆道信号布线方法缆道信号采集通过两条传输线路完成（见图1）。一条从河边信号极板利用镀锌园钢入地暗敷到缆道房操作台，即由从AB
4、CDEF，属于有线传输；另外一条是从铅鱼绝缘子上的循环索进入绞车然后引到操作台，即从abc，属于“无线”传输，这条线就是缆道的地线。图1水文缆道信号布线图跨河水文缆道信号传输与智能化维护技术黄振贤（南宁水文中心，南宁530007）摘要跨河水文缆道是水文站重要的测验设施，本文介绍了水文缆道信号传输技术，提出水文缆道智能化维护的技术与原理，以提高水文缆道测验工作的应用水平。关键词水文缆道；信号传输；智能化；维护技术中图分类号P335文献标识码A文章编号1003-1510（2023）01-0043-04收稿日期2022-12-12作者简介黄振贤（1965-），男，广西上林人，南宁水文中心高级工程师，
5、主要从事水文基建工作。新技术研究与应用 43DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.01.032黄振贤:跨河水文缆道信号传输与智能化维护技术信号地线十分重要，为了规范缆道建设、提高缆道信号可靠性，必须建设信号地线。方法是用2条50 mm50 mm1500 mm镀锌角钢打在水边作为信号极板桩，然后用直径810 mm的镀锌园钢与信号极板桩焊接，并敷至缆道房。用镀锌角钢作为信号桩的原因，一是它长期浸泡水中不容易生锈；二是能加大与水体接触面，便于接收水下信号源发来的信号。实际工作中有的水文站为了更好接收到信号，想当然地使用铜板作为信号极板，用铝线作为信号地线，其实这样的效果并不好
6、，因为不同的金属介质在水中会产生化学电位，铜铝在水中的化学电势大，接头形成电化学反应，接触回路电阻增大，加剧接触不良，造成信号接收效果差。缆道信号回路见图2。图2缆道信号回路3影响水文缆道信号因素（1）水文缆道没有绝缘。通常表现在：一是固定绞车的4个锣杆还与楼板或地面相碰，造成循环绞车与大地相连；二是铁塔与循环索没有完全绝缘，主要是绝缘滑轮不合格或者绝缘构件处理不彻底，环氧树脂绝缘垫圈或垫片没有与铁塔完全隔绝，造成循环绞车与大地相连；三是行车架与主索相通，主要是绝缘滑轮不合格造成。这些可以用万能表能检查出来。（2）河边没有打信号极板桩。有的站没有打信号极板桩，直接将铜线丢到河水中，并敷至缆道房
7、作信号地线，但由于水下没有极板，信号接触面积小，同时铜线表面长期氧化生锈有污泥，造成接触不良，使信号回路电阻大，所以信号接收效果差。（3）信号传输线路有短路现象。绝缘子上缠绕多余的循环索造成短路。就是绝缘子上面有钢丝绳碰到铅鱼。由于循环索垂度大，收紧循环索后多出来部份舍不得丢掉，就圈起来挷在绝缘子上面，久而久之这个圈起来的钢丝绳就掉下来，碰到绝缘子下面的钢丝绳或铅鱼，造成信号短路。这个故障很容易发现，但如果不了解这个原理，收不到信号时真的没想到是这个问题。主索和循环索垂度过大造成短路。就是主索和循环索垂度过大，两索相碰造成短路收不到信号，特别是铅鱼运行至河中间时出现，有时大风吹动更加严重。这个
8、故障用肉眼就可观察得到，或者用万能表测量信号端口，看看电阻是不是接近零欧姆。（4）铅鱼表面氧化。铅鱼在新的时候信号很好，但使用时间长了信号就差，主要是因为铅非常容易氧化，造成铅鱼体电阻增大，所以要在铅鱼的尾翼上要加装不锈钢板，增大极板面积，减少铅鱼对水体的电阻。（5）铅鱼表面全部油漆。对铅鱼表面全部油漆，会造成绝缘层，信号无法以通过。（6）变频器影响。变频器是一个强电工作设备，它是将交流电整流为直流电，然后按照控制电机的要求，再将直流电变成频率可调、电压变化、电流很大的交流电源来驱动电机。这个变频交流电源是由频率很高的交流开关电源合成的，它的成份很复杂，对电器设备干扰很大，所以要对变频器的干扰
9、进行特别的屏蔽处理，一般是将其放在铁箱中，同时在电路上进行抗干扰设计。（7）雷电影响。雷电入侵水文缆道的主要途径是：电源线、信号馈线、跨河缆道主索和循环索。长达几百米的跨河主索，在空中就是一个大型天线，极易被雷击，通过此线进入信号接口和距离传感器的弱电部分直接烧坏器件，从而影响信号接收。4水文缆道信号智能化维护技术4.1防护措施（1）缆道操作台应放在干燥通风的地方，操作面板干净，平时应盖上防尘布。（2）定期开机运行，既可检查设备运行情况，同时也起到对电子电容进行充放电，1个月至少开机1次。（3）定期对缆道电源开关箱进行检查，排除电源接线松动和氧化现象。（4）检查铅鱼身上接线，清除锈点，保持良好
10、的接触，确保信号测试时声音响亮、干脆。特别注意流速仪外壳与铅鱼接地的连线的安装，因为流速仪要自由旋转，在旋转部分会接触不好，如果没有这条连线会造成信号不好。（5）铅鱼尾翼要安装不锈钢极板，加大与水体接触面积，有利于信号传输。44广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）（6）注意铅鱼上油漆时不要影响其水下极板，对铅鱼油漆或贴不干胶只做上半部分。（7）水下信号源航空插头要用黄油密封，因为直流电在水中含有离子状物资的情况下会造成电蚀现象，插头很快就会损坏。（8）不要让水下信号源在太阳下久晒，测流完成后要及时拆回缆道房阴
11、凉处放置。（9）检查水下信号源安装电池的弹簧是否生锈，如生锈及时清除。（10）每年汛前汛后检查信号地线和极板是否被盗、被冲走或被破坏，确保缆道信号回路正常。4.2水文缆道智能化维护技术传统水文缆道操作台只有操作按钮、参数设置和测验数据处理、河道断面、铅鱼运行状况等显示窗口，没有缆道故障显示窗口，使用不方便。在缆道操作台面板增加一个故障窗口，在程序方面增加设置故障代码、故障出现可能原因以及解决办法等，故障代码从1E、2E、3E、4E、5E、6E，不同代码表示不同故障，通过故障窗口显示故障代码，操作员就能判断出缆道出现了什么故障，然后找出原因，解决问题。根据多年工作经验，总结出利用缆道测流时的主要
12、故障现象，并针对故障现象分析其发生可能原因和解决办法（见表1）。表1故障原因及解决办法E1E2E3E4E5E6E7缆道开不动用手持应急控制盒无法开动铅鱼铅鱼运行突然停止不走手动操作无法控制铅鱼走动铅鱼水平运动和垂直运动与实际方向相反用小喇叭测试铅鱼上接线没有响声测流到一半突然收不到流速信号1.配电箱的电源闸刀未合上或松动2.操作台右下方的空气开关未合上3.电源电压没有达到380 V1.三相四线电源进线松动、脱落或接错2.电机进线松动、脱落、接错或损坏3.“本地/远程”旋钮不在“本地”位置4.空气开关未合上或损坏5.太阳能电池箱保险管烧断1.可能停电了2.可能缺相3.变频器可能因过热、过压自保1
13、.“手持盒/操作台”旋钮不在“操作台”位置2.空气开关未合上或损坏3.“急停”按钮或“紧急脱离”按钮被按下4.操作台电量不足5.控制箱上的24V开关未打开6.变频器处在自保状态控制箱的水平和垂直电机进线接反1.流速仪上的两条接线端接错2.连接流速仪的裸露接线头氧化生锈3.水下电池筒电池欠电4.电池筒里面的弹簧丝生锈5.流速仪干簧管接触丝有问题1.信号闸刀开关接触不良2.操作台后面信号插头松动3.用小喇叭接入信号端口，听听是否有声音，如果有响声表明信号传输正常4.主索和循环索相碰5.信号闸刀开关的防雷并联电阻烧坏，造成信号线断路合上配电箱的电源闸刀合上操作台空气开关检查操作台右下方的电压表指针是
14、否达到380V重新接好三相四线电源进线重新接好电机进线或更换电机线将“本地/远程”选钮转到“本地”位置合上空气开关或更换更换保险管检查三条火线是否有电检查三条火线是否都有电将操作台右下方的空气开关断开，等待30 s后再合上将“手持盒/操作台”选钮转到“操作台”位置合上空气开关或更换旋出“急停”或“紧急脱离”按钮查看操作台电量后，确认电量不足后，使用交流电源充电器对操作台供电打开控制箱上的24V开关将控制箱上的空气开关断开，等待30 s后再合上调整控制箱的水平和垂直电机进线或在绞车电动机处将三条线中的任意两条交换对接红色线接流速仪的绝缘端，绿色线接流速仪的非绝缘端用小刀将接线头刮一刮更换电池用小
15、刀除锈拆解流速仪检查干簧管更换信号闸刀开关重新拨出来插入拧紧更换水下信号源电池收费主索和循环索更换电阻或将电阻拆除故障代码故障现象可能原因解决办法45黄振贤:跨河水文缆道信号传输与智能化维护技术5结语跨河水文缆道是水文站重要的测验设施设备，通过岸上仪器设备接收缆道信号从而测获河道水流量，为防洪减灾、水资源开发利用保护服务。本文介绍了水文缆道信号的作用、传输和布线方法，论述了影响水文缆道信号的因素与维护技术，通过改进传统缆道操作台，提出增加缆道故障显示窗口，使操作员能通过故障代码判断缆道出现故障的原因和解决方法，使传统操作台上了一个台阶，进入了智能化技术装备行列，对水文职工使用和维护水文缆道，提
16、高水文缆道应用水平具有重要的意义。（责任编辑：刘征湛）E8E9起点距和水深数据不翻转信号计数器的数字乱跳乱计1.看看绞车上距离传感器的塑料齿轮传动带不转2.塑料齿轮传动皮带断了3.操作台背板起点距和水深插头松动4.传感器损坏，或被雷电击穿1.有干扰信号入侵引起2.垂线位置有回水，流速仪来回转动更换塑料齿轮传动带更换塑料齿轮传动带拧紧更换传感器此时操作台流速信号自动计数肯定多计了，我们要懂得鉴别，那种稀稀拉拉的响声就是假信号，这时只能采用人工计算流速信号声音个数，将声音响亮干脆的、时间间隔相对均匀的响声做人工记录，将声音小时长短且不够响亮的假信号去掉不计故障代码故障现象可能原因解决办法Signal transmission and intelligent maintenance technology of rivercrossing hydrological cablewayHUANG Zhen-xian(Hydrology Center of Nanning City,Nanning 530007,China)Abstract:River crossing hydrological c