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水電站檢修排水系統采用磁浮球液位計監測的案例分析
某抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內。是一座日調節純抽水蓄能電站,安裝4臺單機容量300 MW立軸單級混流可逆式水泵水輪機組。在2006年底全部投產發電,以二回500 kV出線接入華東電網,承擔調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用任務。
一、檢修排水系統結構桐柏電站的檢修排水系統,共設4臺排水泵,如圖1所示,1號、2號檢修水泵(大泵)用于排空引水隧洞、蝸殼、尾水管、尾水隧洞內的水;3號、4號檢修水泵(小泵)用于球閥、上下庫閘門等的滲漏排水。
每臺檢修水泵均配置逆止閥、壓力表和帶流量開關的示流信號器,在1號、2號水泵出水管處各安裝了一個流量調節閥。系統中共有2根總管,一根為水泵的總吸水管,包括從每臺機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,再經滲漏排水泵排至下庫。
二、技改前測量值產生偏差的原因分析桐柏地下廠房檢修排水系統布置在地下廠房3號與4號機組段的排水廊道層EL.38.3 m高程。其中,1號、2號檢修水泵(大泵),功率為280 kW,其運行方式包括手動啟動、手動停止和緊急自動停止;3號、4號檢修水泵(小泵),功率為45 kW,分為一臺主用,另一臺備用,由尾水管水位模擬量控制,并且根據累計運行時間長短自動輪換運行。在檢修水泵的控制邏輯中, 1號、2號檢修水泵(大泵)的自動停止和3號、4號檢修水泵(小泵)的自動啟、停,是通過安裝在檢修排水總吸水管上的壓力變送器來實現。具體的動作過程為,當壓力變送器檢測到總進水管水壓后,直接作用于傳感器的膜片上,使膜片產生與介質壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發生變化,其內部電子回路檢測到這一變化后,根據4～ 20 mA對應的實際水位整定值,轉換輸出對應于這一壓力的標準測量信號。
在檢修水泵控制邏輯中,當檢測到相應的啟泵水位信號后,通過現地可編程邏輯控制器(PLC)瞬間輸出一個脈沖觸發水泵啟動繼電器,實現水泵的自動控制,水泵運行后,安裝在管路上帶流量開關的示流信號器會自動監視水泵進出口的水流量,以防止水泵在空載中運行,如果水泵運行后,一定時間內沒有收到流量信號,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,測量值通過現地PLC將結果上送監控上位機,以供運行監盤人員觀察尾水管實時水位。
利用壓力變送器測量水位,測量結果容易受到其他因素的影響,
其一、總吸水管為動態管路,測量結果往往受到“水鍾效應”的影響,因為,在排水工作時,水泵總進水閥打開后,由于流體具有動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引起壓強過壓或過低的沖擊,壓力的沖擊將使管壁受力而產生噪聲,稱為“水錘效應”,使壓力變送器測量值容易產生偏差;
其二、排水工作一般在有機組檢修任務時才進行,平時壓力變送器處在靜止狀態,加上所安裝的環境濕度較大、溫度偏低,對壓力變送器本身有一定影響,容易產生零位時漂的誤差,也會造成測量值產生偏差。測量值偏差后往往導致檢修水泵在運行時,不能準確控制尾水管水位,更多時間需運行人員手動啟停檢修水泵控制尾水管水位,增加了運行人員的工作量的同時也給設備和維護人員的工作帶來一定的危險性。假如,壓力變送器測量水位時發生了偏差,導致運行人員作出錯誤的判斷,許可檢修人員打開尾水進人孔,有造成水淹廠房的可能。
三、磁浮球液位計替換壓力變送器的技改針對壓力變送器測量尾水管水位時,測量值產生誤差的缺陷,對壓力變送器的動作條件以及現場的實際情況進行了初步分析,認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,這樣既能直觀地反映實時水位,又能保證水泵的安全、可靠運行,浮子開關的位置可以根據實際的工作水位進行布置,利用浮子的開關量去控制水泵的正常啟停。經查找多方面的資料以及咨詢相關設備的廠家后,決定對檢修排水系統增加一套水位測量裝置,具體方案為:在水泵的總吸水管上面安裝一套磁浮球液位計,如圖2所示。
它結構是利用旁通管的原理,主導管內的液位和尾水管內的液位高度一致,根據阿基米德定理,磁性浮子在液體中產生的浮力和重力平衡,當尾水管中的水位升降時,液位計主導管內的浮子也隨之升降,浮子內的永久磁鐵通過磁耦合驅動指示器內的翻板指示器,當液位上升或下降時,翻板指示器由白色翻轉為紅色,或由原來的紅色翻轉為白色,指示器的顏色改變的高度就是被測水位的實際高度,從而實現液位的現場指示,以供運行人員目測尾水管的實時水位。安裝于液位計管壁外側的磁記憶開關,可多點設置、滑動調整位置,提供了液位開關量報警功能。在裝置的頂部安裝了一個自動排氣裝置,當主導管內液位上升時能夠自動的排氣,下降時能夠按時補氣。現場安裝磁浮球液位計時,裝置標尺的0位,對應的實地高程為EL.40.0 m。浮子開關設定5個水位動作值,檢修水位低開關量報警值對應的高程為40.3 m;停止所有檢修水泵的開關量,所對應的高程為40.5 m;啟動主用檢修水泵的開關量,所對應的高程為40.9 m;啟動檢修水泵主用泵的開關量,以及要求手動啟動大泵,并作為水位高報警上送上位機,所對應的高程為41.1 m與41.2 m,兩個開關量并列接入。全部開關量分別送入PLC,如圖3所示。
水位點40.9 m、41.1 m、41.2 m的開關量有上升自保持功能;水位點40.3 m、40.5 m的開關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,讓其模擬量繼續上送上位機,只作為顯示用,但在檢修排水系統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來控制檢修水泵的啟停過程。由于在磁浮球液位計的進水接口法蘭處安裝有
閥門,在平時不需要水泵水輪機排水檢修時,該閥門處于關閉狀態,必要時可以通過裝置底部的排污閥門把液位計主導管內的水排空。
四、磁浮球液位計實現水泵自動啟停過程
1號、2號檢修水泵(大泵)的運行方式主要有手動啟動、手動停止和緊急自動停止,這里不做具體介紹;主要介紹利用磁浮球液位計的液位開關量來啟停3號、4號檢修水泵(小泵)的動作過程。因為3號、4號檢修水泵(小泵)主要用于球閥、上下庫閘門等的滲漏排水。此時,壓力鋼管已經排空或者球閥已經關閉,當尾水閘門關閉后,打開檢修排水聯絡閥(見圖1)讓水通過總排水管自流排至滲漏集水井,再經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時水位,當水位下降到一定高程后,再打開磁浮球液位計下部法蘭處的進水閥門,此時磁浮球液位計主導管內水位上升,安裝于主導管內的浮子也隨之上升,連帶著液位計管壁外側的磁記憶開關隨之動作,*先復歸了水位低和太低信號,隨著水位上升到40.9 m時,相對應的開關量動作,信號送入PLC后,通過檢修水泵啟動邏輯,瞬間輸出1個脈沖,觸發水泵啟動信號。如圖4所示。
繼電器K1動作,接點11、14接通,此時水泵已在自動位,選擇開關接點1、2接通,回路中K2為PLC脈沖輸出停泵繼電器,沒有動作,其接點11、12常閉點閉合,根據主回路可知,啟動水泵接觸器K3動作,主用水泵啟動。當水位繼續上升,到達41.1 m或41.2 m時備用泵隨之啟動,如需必要可以再手動啟動1號、2號檢修水泵。相反,水位下降后,到達水位點40.5 m時,輸出脈沖觸發繼電器K2停止水泵運行。
五、結語
在檢修排水系統中,采用磁浮球液位計來代替壓力變送器,在實際水位的觀察上直觀清晰,由于指示部分與被測介質完全隔離,其機構密封結合面少,不易滲漏,運行安全可靠,該裝置易于安裝、維修也方便,工作時不受環境溫、濕度的影響。利用液位計管壁外側的磁記憶開關,做到自動控制檢修水泵啟停功能后,增加了檢修水泵設備的運行安全性和可靠性,同時對運行人員能夠準確地判斷尾水管水位,提供了依據。通過此次的技改,使我們認識到面對缺陷要利用科學的方法去分析,用合理的辦法去解決,確保電站設備的安全可靠運行。
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