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技術文章
投入式智能液位變送器在水泵水輪機頂蓋排水系統中的應用
閱讀次數：703 發布時間：2019/11/4 10:20:27
投入式智能液位變送器在水泵水輪機頂蓋排水系統中的應用
1概述
寶泉抽水蓄能電站(簡稱寶泉電站)總裝機容量為4×300MW，設置4臺水泵水輪一發電電動機組，承擔電網調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用等任務。寶泉電站水泵水輪機組由法國AI。STOM公司提供，立軸、單級、混流可逆式，額定水頭510m，額定揚程528．6m，額定轉速500r／rain。由于水泵水輪機主軸密封的工作特性，必然會有少量漏水流至頂蓋內部，如不及時將漏水排除，任其發展，將影響水泵水輪機導軸承及水車室設備的運行安全，導致機組事故停機，甚至發生水淹廠房的危險。因此設置頂蓋排水系統，及時將頂蓋內的積水排走，排水系統的可靠運行具有重要意義。
但因寶泉電站機組高水頭、高轉速的特性，頂蓋內振動較大，主軸密封漏水波動劇烈，電站原有浮子式頂蓋水位傳感器運行穩定性不好，經常出現浮子液位開關卡塞或誤動，引起頂蓋排水泵不能正常啟動，甚至液位開關誤動引起機組事故停機。為解決上述問題，經過各方面技術分析，進行設備改造，將原機械浮子式液位開關更換成一種新型投人式智能液位變送器，大大提高了頂蓋排水系統的運行穩定性。該新型投入式液位變送器科技含量高，體積小巧，工作穩定，充分體現新型電子技術對電力生產的促進作用。
頂蓋排水系統是抽水蓄能電站水泵水輪機組的重要組成部分，該系統的可靠運行對于水泵水輪機組的安全穩定運行具有重要的意義。本文主要說明一種新型的投入式智能液位變送器在寶泉電站水泵水輪機頂蓋排水系統中的應用。
2改造前的頂蓋排水系統
2．1頂蓋排水泵
寶泉電站每臺機組設置兩臺頂蓋排水泵，安裝在機組水車室內頂蓋外部。排水泵取水口布置在頂蓋內部，通過排水泵將頂蓋內積水排至自流排水洞，如圖1所示，標注“011”即為取水口，標注“012”處即為頂蓋排水泵。
2．2頂蓋水位浮子
頂蓋水位浮子布置在頂蓋內部排水泵取水口旁，共有5個機械式水位浮子開關，通過5根電纜將水位開關信號送到機組監控系統，用來控制兩臺頂蓋排水泵的啟停，如圖2所示，標注“024”即為水位浮子。
2．3控制邏輯
頂蓋水位浮子開關分布如圖3所示，共5個，分別為461SN|462SN}463SN f 464SN|465SN。461SN，水位低停泵；462SN，水位高啟一臺泵排水；463SN，水位高啟兩臺泵排水；464SN，水位高報警；465SN，水位太高報警，作用于機組停機。
2．4存在問題
(1)頂蓋內部空間狹窄，5個水位浮子開關均布置在頂蓋內部，再加上需要引出5根電纜將水位信號上送至機組監控系統，機構繁雜，維護不方便。
(2)頂蓋內部振動較大，主軸密封漏水波動劇烈，有時甚至呈濺射狀，水位浮子開關有時動作不靈活，導致誤動或拒動，造成頂蓋排水泵不能正常啟停，甚至造成機組停機。
(3)自2008年首臺機組投產以來，4臺機組頂蓋水位浮子開關多次出現異常，對機組安全穩定運行造成嚴圖3水位浮子開關示意圖重影響。經綜合分析，電站于2014年開始對4臺機組頂蓋水位開關進行升級改造，更換為LTJ31投入式智能液位變送控制器。
3．TJ31新型頂蓋液位變送器的應用
3．1工作原理
LTJ3l智能型投入式液位變送器加人了微電子智能芯片，使變送器智能化，其具有人機友好界面，可自由設定參數值，自校正，自診斷報警輸出，最多可實現七對繼電器控制輸出結點。該變送器采用陶瓷電容作為測量單元，水位對應壓力直接作用于膜片上，使膜片產生彈性位移，根據電容值的大小與兩極間的距離成正比的原理，由陶瓷膜片和襯底膜片分別構成電容兩極，就可以從襯底電極和膜片電極之間檢測到變化的電容，檢測到的電容值經微調電路放大后，可輸出一個精確的電壓信號，輸出的電壓信號通過變送器轉換成4～20mA的電流信號輸出，智能單元就可以通過電流信號輸出開關量至機組監控系統，從而對排水泵進行自動控制。
3．2主要技術參數
測量范圍0．5～200m；電纜長度0．5～300m；測量精度0．1級、0．2級、0．5級；溫度影響≤10．07％FS／10。C；穩定性≤±o．1％咧年；工作電壓DC220V；最大功耗6W；輸出信號4～20mA或RS485，及對應接點信號；出線方式菲尼克斯端子，航空插座；顯示方式LED；負載阻抗≤75012；絕緣阻抗；500VDC時，≥100M．Q；工作溫度一20～80℃；環境濕度≤95％(相對濕度)，避免強腐蝕性氣體；防護等級探頭IP68，變送器IP65。
3．3變送器結構及安裝方式
投入式液位變送器主要由變送器本體、探頭、端子排三部分組成，如圖4～圖6所示。探頭安裝在水泵水輪機頂蓋內，取代原浮子開關，通過電纜與變送器本體連接，將水位變化信號傳送至變送器。變送器本體安裝在水泵水輪機水車室外部，避免了水車室振動干擾，將探頭傳來的水位變化信號轉換成5對水位信號開關量輸出，上送至機組控制單位，從而取代了原來的5個浮子開關。與改造前不同之處，由于該變送器需要提供220VDC電源，電源就近取自臨近設備控制柜。
3．4變送器優點分析
(1)頂蓋內僅安裝—個探頭和一根電纜，相對于改造前的5個浮子開關及5根電纜，有著明顯的優勢。
(2投入式液位變送器本體安裝位置可靈活掌握，且可完全避開水車室內的惡劣環境，不受振動及主軸密封漏水影響。
(3)變送器具有人機界面，可進行參數設置及顯示頂蓋內水位數值。
(4)寶泉電站自2014年開始，在4臺機組頂蓋排水系統陸續應用該水位變送器，經實踐驗證，該水位變送器精度高，工作穩定。
(5)綜上所述，I』J31智能型液位變送器體積小巧，具有安裝方便、抗振動防沖撞能力強、利于維護、精度高、工作穩定性好等特點，非常適合在水泵水輪機頂蓋排水系統中應用與推廣，同時也適用于其他液位系統的測量。
4結束語
新型液位變送器在寶泉電站水泵水輪機頂蓋排水系統中得到了實際應用，提高了頂蓋排水系統的工作穩定性，從而對水泵水輪機組的安全穩定運行提供了有力保障，也為相關水電生產單位提供參考。隨著科技進步，越來越多的新型傳感器、控制器在水電生產中得到了應用，提高了機組運行安全及穩定性，帶來良好的經濟效益。新型水位變送器的應用只是一個開始，寶泉電站將結合實際運行情況，對可靠性較差的自動化元件進行更換，選用工作穩定、維護方便的新型的自動化元件，切實提高設備運行穩定性。
1概述
寶泉抽水蓄能電站(簡稱寶泉電站)總裝機容量為4×300MW，設置4臺水泵水輪一發電電動機組，承擔電網調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用等任務。寶泉電站水泵水輪機組由法國AI。STOM公司提供，立軸、單級、混流可逆式，額定水頭510m，額定揚程528．6m，額定轉速500r／rain。由于水泵水輪機主軸密封的工作特性，必然會有少量漏水流至頂蓋內部，如不及時將漏水排除，任其發展，將影響水泵水輪機導軸承及水車室設備的運行安全，導致機組事故停機，甚至發生水淹廠房的危險。因此設置頂蓋排水系統，及時將頂蓋內的積水排走，排水系統的可靠運行具有重要意義。
但因寶泉電站機組高水頭、高轉速的特性，頂蓋內振動較大，主軸密封漏水波動劇烈，電站原有浮子式頂蓋水位傳感器運行穩定性不好，經常出現浮子液位開關卡塞或誤動，引起頂蓋排水泵不能正常啟動，甚至液位開關誤動引起機組事故停機。為解決上述問題，經過各方面技術分析，進行設備改造，將原機械浮子式液位開關更換成一種新型投人式智能液位變送器，大大提高了頂蓋排水系統的運行穩定性。該新型投入式液位變送器科技含量高，體積小巧，工作穩定，充分體現新型電子技術對電力生產的促進作用。
頂蓋排水系統是抽水蓄能電站水泵水輪機組的重要組成部分，該系統的可靠運行對于水泵水輪機組的安全穩定運行具有重要的意義。本文主要說明一種新型的投入式智能液位變送器在寶泉電站水泵水輪機頂蓋排水系統中的應用。
2改造前的頂蓋排水系統
2．1頂蓋排水泵
寶泉電站每臺機組設置兩臺頂蓋排水泵，安裝在機組水車室內頂蓋外部。排水泵取水口布置在頂蓋內部，通過排水泵將頂蓋內積水排至自流排水洞，如圖1所示，標注“011”即為取水口，標注“012”處即為頂蓋排水泵。
2．2頂蓋水位浮子
頂蓋水位浮子布置在頂蓋內部排水泵取水口旁，共有5個機械式水位浮子開關，通過5根電纜將水位開關信號送到機組監控系統，用來控制兩臺頂蓋排水泵的啟停，如圖2所示，標注“024”即為水位浮子。
2．3控制邏輯
頂蓋水位浮子開關分布如圖3所示，共5個，分別為461SN|462SN}463SN f 464SN|465SN。461SN，水位低停泵；462SN，水位高啟一臺泵排水；463SN，水位高啟兩臺泵排水；464SN，水位高報警；465SN，水位太高報警，作用于機組停機。
2．4存在問題
(1)頂蓋內部空間狹窄，5個水位浮子開關均布置在頂蓋內部，再加上需要引出5根電纜將水位信號上送至機組監控系統，機構繁雜，維護不方便。
(2)頂蓋內部振動較大，主軸密封漏水波動劇烈，有時甚至呈濺射狀，水位浮子開關有時動作不靈活，導致誤動或拒動，造成頂蓋排水泵不能正常啟停，甚至造成機組停機。
(3)自2008年首臺機組投產以來，4臺機組頂蓋水位浮子開關多次出現異常，對機組安全穩定運行造成嚴圖3水位浮子開關示意圖重影響。經綜合分析，電站于2014年開始對4臺機組頂蓋水位開關進行升級改造，更換為LTJ31投入式智能液位變送控制器。
3．TJ31新型頂蓋液位變送器的應用
3．1工作原理
LTJ3l智能型投入式液位變送器加人了微電子智能芯片，使變送器智能化，其具有人機友好界面，可自由設定參數值，自校正，自診斷報警輸出，最多可實現七對繼電器控制輸出結點。該變送器采用陶瓷電容作為測量單元，水位對應壓力直接作用于膜片上，使膜片產生彈性位移，根據電容值的大小與兩極間的距離成正比的原理，由陶瓷膜片和襯底膜片分別構成電容兩極，就可以從襯底電極和膜片電極之間檢測到變化的電容，檢測到的電容值經微調電路放大后，可輸出一個精確的電壓信號，輸出的電壓信號通過變送器轉換成4～20mA的電流信號輸出，智能單元就可以通過電流信號輸出開關量至機組監控系統，從而對排水泵進行自動控制。
測量范圍0．5～200m；電纜長度0．5～300m；測量精度0．1級、0．2級、0．5級；溫度影響≤10．07％FS／10。C；穩定性≤±o．1％咧年；工作電壓DC220V；最大功耗6W；輸出信號4～20mA或RS485，及對應接點信號；出線方式菲尼克斯端子，航空插座；顯示方式LED；負載阻抗≤75012；絕緣阻抗；500VDC時，≥100M．Q；工作溫度一20～80℃；環境濕度≤95％(相對濕度)，避免強腐蝕性氣體；防護等級探頭IP68，變送器IP65。
投入式液位變送器主要由變送器本體、探頭、端子排三部分組成，如圖4～圖6所示。探頭安裝在水泵水輪機頂蓋內，取代原浮子開關，通過電纜與變送器本體連接，將水位變化信號傳送至變送器。變送器本體安裝在水泵水輪機水車室外部，避免了水車室振動干擾，將探頭傳來的水位變化信號轉換成5對水位信號開關量輸出，上送至機組控制單位，從而取代了原來的5個浮子開關。與改造前不同之處，由于該變送器需要提供220VDC電源，電源就近取自臨近設備控制柜。
3．4變送器優點分析
(1)頂蓋內僅安裝—個探頭和一根電纜，相對于改造前的5個浮子開關及5根電纜，有著明顯的優勢。
(2投入式液位變送器本體安裝位置可靈活掌握，且可完全避開水車室內的惡劣環境，不受振動及主軸密封漏水影響。
(3)變送器具有人機界面，可進行參數設置及顯示頂蓋內水位數值。
(4)寶泉電站自2014年開始，在4臺機組頂蓋排水系統陸續應用該水位變送器，經實踐驗證，該水位變送器精度高，工作穩定。
(5)綜上所述，I』J31智能型液位變送器體積小巧，具有安裝方便、抗振動防沖撞能力強、利于維護、精度高、工作穩定性好等特點，非常適合在水泵水輪機頂蓋排水系統中應用與推廣，同時也適用于其他液位系統的測量。
4結束語
新型液位變送器在寶泉電站水泵水輪機頂蓋排水系統中得到了實際應用，提高了頂蓋排水系統的工作穩定性，從而對水泵水輪機組的安全穩定運行提供了有力保障，也為相關水電生產單位提供參考。隨著科技進步，越來越多的新型傳感器、控制器在水電生產中得到了應用，提高了機組運行安全及穩定性，帶來良好的經濟效益。新型水位變送器的應用只是一個開始，寶泉電站將結合實際運行情況，對可靠性較差的自動化元件進行更換，選用工作穩定、維護方便的新型的自動化元件，切實提高設備運行穩定性。
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