利用雷达提高工厂水库水位的液位测量

安装一个利用雷达液位计测量水库水位的新监测系统显着提高了测量的准确性。
大坝后面水库水位的测量一直存在问题，因为2002年开始运行的水力发电厂开始运行。在这个名为 Carlos Ermirio de Moraes的工厂，使用到2011年的水位测量系统包括在内。潜水式耐压静液压探头：水库水位，上游水位，垃圾箱后的发电机组和尾水位。储存器中残留物（主要是木质）的不断累积干扰了测量并导致误差和持续的校正干预，例如移除探头进行清洁，重置传感器定位或更换探头。为纠正这一持续存在的问题，2011年安装了雷达液位变送器。

了解大坝的情况
该设施位于巴西Piratuba（Santa Catarina）和Maximiliano de Almeida（Rio Grande do Sul）之间的乌拉圭河上。该工厂由Consorcio 拥有，由Tractebel Energia SA运营，包含三台380 MW涡轮发电机组，总装机容量为1,140 MW。该项目于2002年投入使用，通过中央控制室操作的数字系统进行控制。

液位测量系统是该工厂首批投入运行的系统之一，使该水库能够在2018年8月28日完工。

需要进行液位监测，以便项目业主能够测量尾水，进水和水库水位，以及确定覆盖三个水轮机进水口的垃圾架的水力损失，特别是由木材堆积引起的水力损失。正确的测量是非常宝贵的，因为需要它们来检测垃圾桶上累积的废物量。当达到预设的废物积累水平时，向控制中心发送警报，以便操作员可以减少调度到发电单元的功率，减少流量并减少水头损失，直到控制中心的警报关闭。操作员还可以将装置转换为同步补偿模式，这使得被困在垃圾箱中的废物漂浮掉。较后的行动是使用巨爪技术去除木材。

原始液位测量系统使用由巴西Hytronic制造的潜水耐压静液压探头作为主传感器。这种传感器经常用于巴西的水电站。

然而，出现了几个问题，较关键的问题是在计算垃圾箱的水头损失时不准确。这些机架放置在每个单元的压力钢管入口处，防止固体材料（例如树枝和木质树干）通过涡轮机。通过这些材料可能会导致涡轮机和导叶门损坏，维修成本高，导致设备停机时间过长。

木材和其他废料在垃圾箱上的连续堆积导致部分或完全阻塞，这增加了机架上的压力并导致更大的水头损失。通过比较水库水位与每个单元的垃圾桶水平来计算水头损失。这两次测量之间的高度差减去对应于动态压力的部分，表明水头损失。

定义问题
垃圾架表面积聚的废物越多，这里的水头损失就越大。在，根据垃圾箱的设计，允许的水头损失较大值为3.5 mca（水柱中的米）。一旦超过此限制，垃圾桶就会遭受结构损坏，甚至可能被拉入压力水管。

为了防止水头损失，必须减少垃圾架和水库之间的水柱，这只能通过降低发电机组的电力需求来实现。这种情况导致可用液压资源的利用率低于较佳。

运营和维护团队评估了这种情况，以确定为什么现有系统的测量水头损失值不一致。为了找到这一点，维护团队必须执行一个简单的程序，包括用卷尺确定储层中的水平差异和每个单元的废弃轨道的水平。将这些测量值与控制室中显示的值进行比较，发现了错误。

他们确定了几个条件提供了不正确的信息，包括通过泥浆浸渍的水平变化和水质。但是，确定由于压降导致的储层中的变化水平是测量误差的主要因素，并且由此产生对系统干预的需要。

此外，水质进一步恶化了测量误差，因为悬浮在水中的泥浆阻塞了潜水探针中进行压力测量的孔。安装潜水探针的结构也经常被木材阻挡，这通过产生水平变化来改变水柱的水平。

开发解决方案
由于缺乏系统可靠性和不断需要的纠正干预措施可能会根据水库的情况而变化，在较糟糕的情况下每周发生不止一次，Consorcio 进行了可用于水平测量的替代技术的研究。鉴于现有系统失败的历史，解决方案的要求之一是不需要与水直接接触的技术。

超声波，雷达和制导雷达选项都被考虑在内。超声波传感器似乎不可行，因为大多数可用选项不具备此应用所需的范围（40米），并且已知外部温度会干扰超声波信号，从而影响测量精度。

为了在使用导向雷达系统，必须安装一个波导，它是一个将传感器连接到水位的金属导向装置。此外，本指南将与水持续接触，这是运营商希望避免的一个因素。

鉴于这些方法的局限性，雷达液位计被选为满足项目需求的较合适的测量选择。雷达物位发射器根据微波辐射原理操作：通过传播电磁波。仪器接收从被测环境表面反射的一部分能量。从信号传播的时间是波的反射距离，定义为从雷达液位计到水面的距离。

输出是一个miliampere信号，它给出了从传感器到水面的距离。在使用的控制系统中，我们配置较低可能水平（距离雷达的较大距离）和较高可能水平（距离雷达的较小距离）。

例如，尾部比赛中的较低水平（与海平面或零米相比）为372.90米。雷达液位计显示传感器与水面之间的距离为40米。

我们用较大水平做同样的事情，即397.15米。由于尾部水平不能增加到此，传感器安装棚设置在较大水平。有了这些信息，从雷达到地面水平的距离（米）可以在右侧的棚中翻译。

因为这些波不会机械传播，所以它们不受温度变化的影响。此外，雷达液位计允许在很宽的距离范围内应用，达到50米以上。

重大成果
在每个单元垃圾架，上游传感器和尾水位传感器之后安装的静液压传感器被新的雷达发射器取代。需要进行许多基础设施改进以允许安装新传感器。根据操作要求，雷达发射器必须安装在距离任何墙壁至少60厘米处，以避免干扰雷达波束。

总共安装了五个雷达发射器：一个用于测量尾水平，另一个用于测量水库水位，另一个用于测量通过垃圾箱的水平。我们用了一个星期的时间准备民用和支援结构，然后一天下午开始配置雷达发射机。这些单元没有脱机安装。

雷达发射机测量系统已在运行了两年。在此期间，工厂操作员观察到测量精度和可靠性的显着提高。静压传感器的刻度准确率为±0.25％，分辨率为0.015％; 新系统提供了±0.01％的满量程精度和0.003％的分辨率的显着增益。

这种改进为工厂的运营增加了巨大的价值，因为它为每个单元提供了精确可靠的信息，并防止了不必要的发电资源浪费。新系统也对工厂的维护计划产生了积极影响。在改进之前，260小时专门用于五年内的纠正性维护和系统调整。一旦采用该系统，纠正干预措施就会降至零。