水电站检修排水系统采用磁翻板液位计监测的案例分析

本文前言：
 
某抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内。是一座日调节纯抽水蓄能电站,安装4台单机容量300 MW立轴单级混流可逆式水泵水轮机组。在2006年底全部投产发电,以二回500 kV出线接入华东电网,承担调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用任务。
 
一、检修排水系统结构桐柏电站的检修排水系统,共设4台排水泵,如图1所示,1号、2号检修水泵(大泵)用于排空引水隧洞、蜗壳、尾水管、尾水隧洞内的水;3号、4号检修水泵(小泵)用于球阀、上下库闸门等的渗漏排水。
 
每台检修水泵均配置逆止阀、压力表和带流量开关的示流信号器,在1号、2号水泵出水管处各安装了一个流量调节阀。系统中共有2根总管,一根为水泵的总吸水管,包括从每台机组尾水管底部至总管的支管,总吸水管和部分支管及管路上的操作阀门布置在厂房管路廊道中;另一根为总排水管,可将水排至渗漏集水井中,再经渗漏排水泵排至下库。
 
二、技改前测量值产生偏差的原因分析桐柏地下厂房检修排水系统布置在地下厂房3号与4号机组段的排水廊道层EL.38.3 m高程。其中,1号、2号检修水泵(大泵),功率为280 kW,其运行方式包括手动启动、手动停止和紧急自动停止;3号、4号检修水泵(小泵),功率为45 kW,分为一台主用,另一台备用,由尾水管水位模拟量控制,并且根据累计运行时间长短自动轮换运行。在检修水泵的控制逻辑中, 1号、2号检修水泵(大泵)的自动停止和3号、4号检修水泵(小泵)的自动启、停,是通过安装在检修排水总吸水管上的压力变送器来实现。具体的动作过程为,当压力变送器检测到总进水管水压后,直接作用于传感器的膜片上,使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,其内部电子回路检测到这一变化后,根据4～ 20 mA对应的实际水位整定值,转换输出对应于这一压力的标准测量信号。


 
在检修水泵控制逻辑中,当检测到相应的启泵水位信号后,通过现地可编程逻辑控制器(PLC)瞬间输出一个脉冲触发水泵启动继电器,实现水泵的自动控制,水泵运行后,安装在管路上带流量开关的示流信号器会自动监视水泵进出口的水流量,以防止水泵在空载中运行,如果水泵运行后,一定时间内没有收到流量信号,将去事故停泵。安装在检修排水总吸水管上的压力变送器本身有模拟量显示功能,测量值通过现地PLC将结果上送监控上位机,以供运行监盘人员观察尾水管实时水位。
 
利用压力变送器测量水位,测量结果容易受到其他因素的影响,
 
其一、总吸水管为动态管路,测量结果往往受到“水锺效应”的影响,因为,在排水工作时,水泵总进水阀打开后,由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,所以,流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击,压力的冲击将使管壁受力而产生噪声,称为“水锤效应”,使压力变送器测量值容易产生偏差;
 
其二、排水工作一般在有机组检修任务时才进行,平时压力变送器处在静止状态,加上所安装的环境湿度较大、温度偏低,对压力变送器本身有一定影响,容易产生零位时漂的误差,也会造成测量值产生偏差。测量值偏差后往往导致检修水泵在运行时,不能准确控制尾水管水位,更多时间需运行人员手动启停检修水泵控制尾水管水位,增加了运行人员的工作量的同时也给设备和维护人员的工作带来一定的危险性。假如,压力变送器测量水位时发生了偏差,导致运行人员作出错误的判断,许可检修人员打开尾水进人孔,有造成水淹厂房的可能。
 
三、磁翻板液位计替换压力变送器的技改针对压力变送器测量尾水管水位时,测量值产生误差的缺陷,对压力变送器的动作条件以及现场的实际情况进行了初步分析,认为利用连通器的原理,在总吸水管上面安装一套浮子式的水位开关,这样既能直观地反映实时水位,又能保证水泵的安全、可靠运行,浮子开关的位置可以根据实际的工作水位进行布置,利用浮子的开关量去控制水泵的正常启停。经查找多方面的资料以及咨询相关设备的厂家后,决定对检修排水系统增加一套水位测量装置,具体方案为:在水泵的总吸水管上面安装一套磁翻板液位计,如图2所示。
 


图2　磁翻板液位计
 
它结构是利用旁通管的原理,主导管内的液位和尾水管内的液位高度一致,根据阿基米德定理,磁性浮子在液体中产生的浮力和重力平衡,当尾水管中的水位升降时,液位计主导管内的浮子也随之升降,浮子内的**磁铁通过磁耦合驱动指示器内的翻板指示器,当液位上升或下降时,翻板指示器由白色翻转为红色,或由原来的红色翻转为白色,指示器的颜色改变的高度就是被测水位的实际高度,从而实现液位的现场指示,以供运行人员目测尾水管的实时水位。安装于液位计管壁外侧的磁记忆开关,可多点设置、滑动调整位置,提供了液位开关量报警功能。在装置的顶部安装了一个自动排气装置,当主导管内液位上升时能够自动的排气,下降时能够按时补气。现场安装磁翻板液位计时,装置标尺的0位,对应的实地高程为EL.40.0 m。浮子开关设定5个水位动作值,检修水位低开关量报警值对应的高程为40.3 m;停止所有检修水泵的开关量,所对应的高程为40.5 m;启动主用检修水泵的开关量,所对应的高程为40.9 m;启动检修水泵主用泵的开关量,以及要求手动启动大泵,并作为水位高报警上送上位机,所对应的高程为41.1 m与41.2 m,两个开关量并列接入。全部开关量分别送入PLC,如图3所示。
 
图3　枝改后排水系统控制示意图


 
水位点40.9 m、41.1 m、41.2 m的开关量有上升自保持功能;水位点40.3 m、40.5 m的开关量有下降自保持的功能。技改过程中保留了压力变送器的接线,让其模拟量继续上送上位机,只作为显示用,但在检修排水系统逻辑中取消压力变送器控制检修水泵的启停功能,逻辑里增加了由浮子开关来控制检修水泵的启停过程。由于在磁翻板液位计的进水接口法兰处安装有
阀门,在平时不需要水泵水轮机排水检修时,该阀门处于关闭状态,必要时可以通过装置底部的排污阀门把液位计主导管内的水排空。
 
四、磁翻板液位计实现水泵自动启停过程
1号、2号检修水泵(大泵)的运行方式主要有手动启动、手动停止和紧急自动停止,这里不做具体介绍;主要介绍利用磁翻板液位计的液位开关量来启停3号、4号检修水泵(小泵)的动作过程。因为3号、4号检修水泵(小泵)主要用于球阀、上下库闸门等的渗漏排水。此时,压力钢管已经排空或者球阀已经关闭,当尾水闸门关闭后,打开检修排水联络阀(见图1)让水通过总排水管自流排至渗漏集水井,再经渗漏排水泵排至下库,值班人员可以通过原压力变送器上的模拟量观察实时水位,当水位下降到一定高程后,再打开磁翻板液位计下部法兰处的进水阀门,此时磁翻板液位计主导管内水位上升,安装于主导管内的浮子也随之上升,连带着液位计管壁外侧的磁记忆开关随之动作,*先复归了水位低和太低信号,随着水位上升到40.9 m时,相对应的开关量动作,信号送入PLC后,通过检修水泵启动逻辑,瞬间输出1个脉冲,触发水泵启动信号。如图4所示。


 
　继电器K1动作,接点11、14接通,此时水泵已在自动位,选择开关接点1、2接通,回路中K2为PLC脉冲输出停泵继电器,没有动作,其接点11、12常闭点闭合,根据主回路可知,启动水泵接触器K3动作,主用水泵启动。当水位继续上升,到达41.1 m或41.2 m时备用泵随之启动,如需必要可以再手动启动1号、2号检修水泵。相反,水位下降后,到达水位点40.5 m时,输出脉冲触发继电器K2停止水泵运行。
 
五、结语
在检修排水系统中,采用磁翻板液位计来代替压力变送器,在实际水位的观察上直观清晰,由于指示部分与被测介质完全隔离,其机构密封结合面少,不易渗漏,运行安全可靠,该装置易于安装、维修也方便,工作时不受环境温、湿度的影响。利用液位计管壁外侧的磁记忆开关,做到自动控制检修水泵启停功能后,增加了检修水泵设备的运行安全性和可靠性,同时对运行人员能够准确地判断尾水管水位,提供了依据。通过此次的技改,使我们认识到面对缺陷要利用科学的方法去分析,用合理的办法去解决,确保电站设备的安全可靠运行。(本文来源于网络，在此向原文作者表示感谢)

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