磁翻板液位計(jì)在抽水蓄能電站檢修排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文前言
磁翻板液位計(jì)在工業(yè)是一款的用于液位測(cè)量領(lǐng)域中表現(xiàn)優(yōu)秀的儀表類型，安裝簡(jiǎn)便，觀測(cè)直觀方便，選配合適的控制系統(tǒng)，就可以很好地適應(yīng)各種需要遠(yuǎn)程控制的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)。目前在許多需要進(jìn)行水位測(cè)量的蓄能水電站也得到了普遍的使用。華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)縣境內(nèi)。是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站, 安裝4 臺(tái)單機(jī)容量300 MW 立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組。在2006 年底全部投產(chǎn)發(fā)電, 以二回500 kV 出線接入華東電網(wǎng), 承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用任務(wù)。本文就是針對(duì)于此抽水蓄能電站的使用中的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)
一、檢修排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
桐柏電站的檢修排水系統(tǒng), 共設(shè)4 臺(tái)排水泵, 如圖1 所示, 1 號(hào)、2 號(hào)檢修水泵(大泵)用于排空引水隧洞、蝸殼、尾水管、尾水隧洞內(nèi)的水;3 號(hào)、4 號(hào)檢修水泵(小泵)用于球閥、上下庫閘門等的滲漏排水。每臺(tái)檢修水泵均配置逆止閥、壓力表和帶流量開關(guān)的示流信號(hào)器, 在1 號(hào)、2 號(hào)水泵出水管處各安裝了一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥。系統(tǒng)中共有2 根總管, 一根為水泵的總吸水管, 包括從每臺(tái)機(jī)組尾水管底部至總管的支管, 總吸水管和部分支管及管路上的操作閥門布置在廠房管路廊道中;另一根為總排水管, 可將水排至滲漏集水井中, 再經(jīng)滲漏排水泵排至下庫。

二、技改前測(cè)量值產(chǎn)生偏差的原因分析
桐柏地下廠房檢修排水系統(tǒng)布置在地下廠房3 號(hào)與4 號(hào)機(jī)組段的排水廊道層EL .38 .3 m 高程。其中, 1 號(hào)、2 號(hào)檢修水泵(大泵), 功率為280 kW , 其運(yùn)行方式包括手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止和緊急自動(dòng)停止;3 號(hào)、4 號(hào)檢修水泵(小泵), 功率為45 kW , 分為一臺(tái)主用, 另一臺(tái)備用, 由尾水管水位模擬量控制, 并且根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間長短自動(dòng)輪換運(yùn)行。在檢修水泵的控制邏輯中, 1 號(hào)、2 號(hào)檢修水泵(大泵)的自動(dòng)停止和3 號(hào)、4 號(hào)檢修水泵(小泵)的自動(dòng)啟、停, 是通過安裝在檢修排水總吸水管上的壓力變送器來實(shí)現(xiàn)。具體的動(dòng)作過程為, 當(dāng)壓力變送器檢測(cè)到總進(jìn)水管水壓后, 直接作用于傳感器的膜片上, 使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移, 使傳感器的電阻值發(fā)生變化, 其內(nèi)部電子回路檢測(cè)到這一變化后, 根據(jù)4 ～ 20 mA 對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位整定值, 轉(zhuǎn)換輸出對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。在檢修水泵控制邏輯中, 當(dāng)檢測(cè)到相應(yīng)的啟泵水位信號(hào)后, 通過現(xiàn)地可編程邏輯控制器(PLC)瞬間輸出一個(gè)脈沖觸發(fā)水泵啟動(dòng)繼電器, 實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)控制, 水泵運(yùn)行后, 安裝在管路上帶流量開關(guān)的示流信號(hào)器會(huì)自動(dòng)監(jiān)視水泵進(jìn)出口的水流量, 以防止水泵在空載中運(yùn)行, 如果水泵運(yùn)行后, 一定時(shí)間內(nèi)沒有收到流量信號(hào), 將去事故停泵。
安裝在檢修排水總吸水管上的壓力變送器本身有模擬量顯示功能, 測(cè)量值通過現(xiàn)地PLC 將結(jié)果上送監(jiān)控上位機(jī), 以供運(yùn)行監(jiān)盤人員觀察尾水管實(shí)時(shí)水位。利用壓力變送器測(cè)量水位, 測(cè)量結(jié)果容易受到其他因素的影響, 其一, 總吸水管為動(dòng)態(tài)管路, 測(cè)量結(jié)果往往受到“水鍾效應(yīng)"的影響, 因?yàn)? 在排水工作時(shí), 水泵總進(jìn)水閥打開后, 由于流體具有動(dòng)量和一定程度的可壓縮性, 所以, 流量的急劇變化將在管道內(nèi)引起壓強(qiáng)過壓或過低的沖擊, 壓力的沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲, 稱為“水錘效應(yīng)" , 使壓力變送器測(cè)量值容易產(chǎn)生偏差;其二, 排水工作一般在有機(jī)組檢修任務(wù)時(shí)才進(jìn)行, 平時(shí)壓力變送器處在靜止?fàn)顟B(tài),加上所安裝的環(huán)境濕度較大、溫度偏低, 對(duì)壓力變送器本身有一定影響, 容易產(chǎn)生零位時(shí)漂的誤差, 也會(huì)造成測(cè)量值產(chǎn)生偏差。測(cè)量值偏差后往往導(dǎo)致檢修水泵在運(yùn)行時(shí), 不能準(zhǔn)確控制尾水管水位, 更多時(shí)間需運(yùn)行人員手動(dòng)啟停檢修水泵控制尾水管水位, 增加了運(yùn)行人員的工作量的同時(shí)也給設(shè)備和維護(hù)人員的工作帶來一定的危險(xiǎn)性。假如, 壓力變送器測(cè)量水位時(shí)發(fā)生了偏差, 導(dǎo)致運(yùn)行人員作出錯(cuò)誤的判斷,許可檢修人員打開尾水進(jìn)人孔, 有造成水淹廠房的可能。
三、磁翻板液位計(jì)替換壓力變送器的技改
針對(duì)壓力變送器測(cè)量尾水管水位時(shí), 測(cè)量值產(chǎn)生誤差的缺陷, 對(duì)壓力變送器的動(dòng)作條件以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行了初步分析, 認(rèn)為利用連通器的原理, 在總吸水管上面安裝一套浮子式的水位開關(guān), 這樣既能直觀地反映實(shí)時(shí)水位, 又能保證水泵的安全、可靠運(yùn)行, 浮子開關(guān)的位置可以根據(jù)實(shí)際的工作水位進(jìn)行布置, 利用浮子的開關(guān)量去控制水泵的正常啟停。經(jīng)查找多方面的資料以及咨詢相關(guān)設(shè)備的廠家后, 決定對(duì)檢修排水系統(tǒng)增加一套水位測(cè)量裝置,具體方案為:在水泵的總吸水管上面安裝一套磁翻板液位計(jì), 如圖2 所示。

它結(jié)構(gòu)是利用旁通管的原理, 主導(dǎo)管內(nèi)的液位和尾水管內(nèi)的液位高度一致, 根據(jù)阿基米德定理, 磁性浮子在液體中產(chǎn)生的浮力和重力平衡, 當(dāng)尾水管中的水位升降時(shí), 液位計(jì)主導(dǎo)管內(nèi)的浮子也隨之升降, 浮子內(nèi)的永久磁鐵通過磁耦合驅(qū)動(dòng)指示器內(nèi)的翻板指示器, 當(dāng)液位上升或下降時(shí), 翻板指示器由白色翻轉(zhuǎn)為紅色, 或由原來的紅色翻轉(zhuǎn)為白色, 指示器的顏色改變的高度就是被測(cè)水位的實(shí)際高度, 從而實(shí)現(xiàn)液位的現(xiàn)場(chǎng)指示, 以供運(yùn)行人員目測(cè)尾水管的實(shí)時(shí)水位。安裝于液位計(jì)管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān),可多點(diǎn)設(shè)置、滑動(dòng)調(diào)整位置, 提供了液位開關(guān)量報(bào)警功能。在裝置的頂部安裝了一個(gè)自動(dòng)排氣裝置, 當(dāng)主導(dǎo)管內(nèi)液位上升時(shí)能夠自動(dòng)的排氣, 下降時(shí)能夠按時(shí)補(bǔ)氣。
現(xiàn)場(chǎng)安裝磁翻板液位計(jì)時(shí), 裝置標(biāo)尺的0 位, 對(duì)應(yīng)的實(shí)地高程為EL .40 .0 m 。浮子開關(guān)設(shè)定5 個(gè)水位動(dòng)作值, 檢修水位低開關(guān)量報(bào)警值對(duì)應(yīng)的高程為40 .3 m ;停止所有檢修水泵的開關(guān)量, 所對(duì)應(yīng)的高程為40 .5 m ;啟動(dòng)主用檢修水泵的開關(guān)量, 所對(duì)應(yīng)的高程為40 .9 m ;啟動(dòng)檢修水泵主用泵的開關(guān)量, 以及要求手動(dòng)啟動(dòng)大泵, 并作為水位高報(bào)警上送上位機(jī), 所對(duì)應(yīng)的高程為41 .1 m 與41 .2 m , 兩個(gè)開關(guān)量并列接入。全部開關(guān)量分別送入PLC , 如圖3所示。

水位點(diǎn)40 .9 m 、41 .1 m 、41 .2 m 的開關(guān)量有上升自保持功能;水位點(diǎn)40 .3 m 、40 .5 m 的開關(guān)量有下降自保持的功能。技改過程中保留了壓力變送器的接線, 讓其模擬量繼續(xù)上送上位機(jī), 只作為顯示用, 但在檢修排水系統(tǒng)邏輯中取消壓力變送器控制檢修水泵的啟停功能, 邏輯里增加了由浮子開關(guān)來控制檢修水泵的啟停過程。
由于在磁翻板液位計(jì)的進(jìn)水接口法蘭處安裝有閥門, 在平時(shí)不需要水泵水輪機(jī)排水檢修時(shí), 該閥門處于關(guān)閉狀態(tài), 必要時(shí)可以通過裝置底部的排污閥門把液位計(jì)主導(dǎo)管內(nèi)的水排空。
四、磁翻板液位計(jì)實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)啟停過程
1 號(hào)、2 號(hào)檢修水泵(大泵)的運(yùn)行方式主要有手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止和緊急自動(dòng)停止, 這里不做具體介紹;主要介紹利用磁翻板液位計(jì)的液位開關(guān)量來啟停3 號(hào)、4 號(hào)檢修水泵(小泵)的動(dòng)作過程。因?yàn)? 號(hào)、4 號(hào)檢修水泵(小泵)主要用于球閥、上下庫閘門等的滲漏排水。此時(shí), 壓力鋼管已經(jīng)排空或者球閥已經(jīng)關(guān)閉, 當(dāng)尾水閘門關(guān)閉后, 打開檢修排水聯(lián)絡(luò)閥(見圖1)讓水通過總排水管自流排至滲漏集水井, 再經(jīng)滲漏排水泵排至下庫, 值班人員可以通過原壓力變送器上的模擬量觀察實(shí)時(shí)水位, 當(dāng)水位下降到一定高程后, 再打開磁翻板液位計(jì)下部法蘭處的進(jìn)水閥門, 此時(shí)磁翻板液位計(jì)主導(dǎo)管內(nèi)水位上升, 安裝于主導(dǎo)管內(nèi)的浮子也隨之上升, 連帶著液位計(jì)管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān)隨之動(dòng)作, 首先復(fù)歸了水位低和太低信號(hào), 隨著水位上升到40 .9 m 時(shí), 相對(duì)應(yīng)的開關(guān)量動(dòng)作, 信號(hào)送入PLC 后, 通過檢修水泵啟動(dòng)邏輯, 瞬間輸出1 個(gè)脈沖, 觸發(fā)水泵啟動(dòng)信號(hào)。如圖4 所示。

繼電器K1 動(dòng)作, 接點(diǎn)11 、14 接通, 此時(shí)水泵已在自動(dòng)位, 選擇開關(guān)接點(diǎn)1 、2 接通, 回路中K2 為PLC 脈沖輸出停泵繼電器, 沒有動(dòng)作, 其接點(diǎn)11 、12常閉點(diǎn)閉合, 根據(jù)主回路可知, 啟動(dòng)水泵接觸器K3動(dòng)作, 主用水泵啟動(dòng)。當(dāng)水位繼續(xù)上升, 到達(dá)41 .1 m 或41 .2 m時(shí)備用泵隨之啟動(dòng), 如需必要可以再手動(dòng)啟動(dòng)1 號(hào)、2 號(hào)檢修水泵。相反, 水位下降后, 到達(dá)水位點(diǎn)40 .5 m 時(shí), 輸出脈沖觸發(fā)繼電器K2停止水泵運(yùn)行。
在檢修排水系統(tǒng)中, 采用磁翻板液位計(jì)來代替壓力變送器, 在實(shí)際水位的觀察上直觀清晰, 由于指示部分與被測(cè)介質(zhì)完全隔離, 其機(jī)構(gòu)密封結(jié)合面少,不易滲漏, 運(yùn)行安全可靠, 該裝置易于安裝、維修也方便, 工作時(shí)不受環(huán)境溫、濕度的影響。利用液位計(jì)管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān), 做到自動(dòng)控制檢修水泵啟停功能后, 增加了檢修水泵設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性, 同時(shí)對(duì)運(yùn)行人員能夠準(zhǔn)確地判斷尾水管水位,提供了依據(jù)。通過此次的技改, 使我們認(rèn)識(shí)到面對(duì)缺陷要利用科學(xué)的方法去分析, 用合理的辦法去解決, 確保電站設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。