磁翻板液位計在抽水蓄能電站檢修排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

二、技改前測量值產(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 號與4 號機(jī)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(jù)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(xiàn)。具體的動作過程為, 當(dāng)壓力變送器檢測到總進(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)部電子回路檢測到這一變化后, 根據(jù)4 ～ 20 mA 對應(yīng)的實際水位整定值, 轉(zhuǎn)換輸出對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。在檢修水泵控制邏輯中, 當(dāng)檢測到相應(yīng)的啟泵水位信號后, 通過現(xiàn)地可編程邏輯控制器(PLC)瞬間輸出一個脈沖觸發(fā)水泵啟動繼電器, 實現(xiàn)水泵的自動控制, 水泵運行后, 安裝在管路上帶流量開關(guān)的示流信號器會自動監(jiān)視水泵進(jìn)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(nèi)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(xiàn)地PLC 將結(jié)果上送監(jiān)控上位機(jī), 以供運行監(jiān)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(jié)果容易受到其他因素的影響, 其一, 總吸水管為動態(tài)管路, 測量結(jié)果往往受到“水鍾效應(yīng)"的影響, 因為, 在排水工作時, 水泵總進(jìn)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(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)時才進(jìn)行, 平時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, 對壓力變送器本身有一定影響, 容易產(chǎn)生零位時漂的誤差, 也會造成測量值產(chǎn)生偏差。測量值偏差后往往導(dǎo)致檢修水泵在運行時, 不能準(zhǔn)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(shè)備和維護(hù)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(fā)生了偏差, 導(dǎo)致運行人員作出錯誤的判斷,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(chǎn)生誤差的缺陷, 對壓力變送器的動作條件以及現(xiàn)場的實際情況進(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時水位, 又能保證水泵的安全、可靠運行, 浮子開關(guān)的位置可以根據(jù)實際的工作水位進(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, 決定對檢修排水系統(tǒng)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翻板液位計, 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, 液位計主導(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)動指示器內(nèi)的翻板指示器, 當(dāng)液位上升或下降時, 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水位的實際高度, 從而實現(xiàn)液位的現(xiàn)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(cè)的磁記憶開關(guān),可多點設(shè)置、滑動調(diào)整位置, 提供了液位開關(guān)量報警功能。在裝置的頂部安裝了一個自動排氣裝置, 當(dāng)主導(dǎo)管內(nèi)液位上升時能夠自動的排氣, 下降時能夠按時補(bǔ)氣。
現(xiàn)場安裝磁翻板液位計時, 裝置標(biāo)尺的0 位, 對應(yīng)的實地高程為EL .40 .0 m 。浮子開關(guān)設(shè)定5 個水位動作值, 檢修水位低開關(guān)量報警值對應(yīng)的高程為40 .3 m ;停止所有檢修水泵的開關(guān)量, 所對應(yīng)的高程為40 .5 m ;啟動主用檢修水泵的開關(guān)量, 所對應(yīng)的高程為40 .9 m ;啟動檢修水泵主用泵的開關(guān)量, 以及要求手動啟動大泵, 并作為水位高報警上送上位機(jī), 所對應(yīng)的高程為41 .1 m 與41 .2 m , 兩個開關(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的進(jìn)水接口法蘭處安裝有閥門, 在平時不需要水泵水輪機(jī)排水檢修時, 該閥門處于關(guān)閉狀態(tài), 必要時可以通過裝置底部的排污閥門把液位計主導(dǎo)管內(nèi)的水排空。
四、磁翻板液位計實現(xiàn)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;主要介紹利用磁翻板液位計的液位開關(guān)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(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時水位, 當(dāng)水位下降到一定高程后, 再打開磁翻板液位計下部法蘭處的進(jìn)水閥門, 此時磁翻板液位計主導(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, 連帶著液位計管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān)隨之動作, 首先復(fù)歸了水位低和太低信號, 隨著水位上升到40 .9 m 時, 相對應(yīng)的開關(guān)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(fā)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(guān)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(jù)主回路可知, 啟動水泵接觸器K3動作, 主用水泵啟動。當(dāng)水位繼續(xù)上升, 到達(dá)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(dá)水位點40 .5 m 時, 輸出脈沖觸發(fā)繼電器K2停止水泵運行。
在檢修排水系統(tǒng)中, 采用磁翻板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(zhì)完全隔離, 其機(jī)構(gòu)密封結(jié)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(huán)境溫、濕度的影響。利用液位計管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān), 做到自動控制檢修水泵啟停功能后, 增加了檢修水泵設(shè)備的運行安全性和可靠性, 同時對運行人員能夠準(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)識到面對缺陷要利用科學(xué)的方法去分析, 用合理的辦法去解決, 確保電站設(shè)備的安全可靠運行。