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技術(shù)文章
投入式智能液位變送器在水泵水輪機(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中的應(yīng)用
閱讀次數(shù)：695 發(fā)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(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中的應(yīng)用
1概述
寶泉抽水蓄能電站(簡稱寶泉電站)總裝機(jī)容量為4×300MW，設(shè)置4臺水泵水輪一發(fā)電電動機(jī)組，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等任務(wù)。寶泉電站水泵水輪機(jī)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(zhuǎn)速500r／rain。由于水泵水輪機(jī)主軸密封的工作特性，必然會有少量漏水流至頂蓋內(nèi)部，如不及時將漏水排除，任其發(fā)展，將影響水泵水輪機(jī)導(dǎo)軸承及水車室設(shè)備的運行安全，導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)，甚至發(fā)生水淹廠房的危險。因此設(shè)置頂蓋排水系統(tǒng)，及時將頂蓋內(nèi)的積水排走，排水系統(tǒng)的可靠運行具有重要意義。
但因?qū)毴娬緳C(jī)組高水頭、高轉(zhuǎn)速的特性，頂蓋內(nèi)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(wěn)定性不好，經(jīng)常出現(xiàn)浮子液位開關(guān)卡塞或誤動，引起頂蓋排水泵不能正常啟動，甚至液位開關(guān)誤動引起機(jī)組事故停機(jī)。為解決上述問題，經(jīng)過各方面技術(shù)分析，進(jìn)行設(shè)備改造，將原機(jī)械浮子式液位開關(guān)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(tǒng)的運行穩(wěn)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(wěn)定，充分體現(xiàn)新型電子技術(shù)對電力生產(chǎn)的促進(jìn)作用。
頂蓋排水系統(tǒng)是抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)組的重要組成部分，該系統(tǒng)的可靠運行對于水泵水輪機(jī)組的安全穩(wěn)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(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2改造前的頂蓋排水系統(tǒng)
2．1頂蓋排水泵
寶泉電站每臺機(jī)組設(shè)置兩臺頂蓋排水泵，安裝在機(jī)組水車室內(nèi)頂蓋外部。排水泵取水口布置在頂蓋內(nèi)部，通過排水泵將頂蓋內(nèi)積水排至自流排水洞，如圖1所示，標(biāo)注“011”即為取水口，標(biāo)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(nèi)部排水泵取水口旁，共有5個機(jī)械式水位浮子開關(guān)，通過5根電纜將水位開關(guān)信號送到機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，用來控制兩臺頂蓋排水泵的啟停，如圖2所示，標(biāo)注“024”即為水位浮子。
2．3控制邏輯
頂蓋水位浮子開關(guān)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(jī)組停機(jī)。
2．4存在問題
(1)頂蓋內(nèi)部空間狹窄，5個水位浮子開關(guān)均布置在頂蓋內(nèi)部，再加上需要引出5根電纜將水位信號上送至機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)繁雜，維護(hù)不方便。
(2)頂蓋內(nèi)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(guān)有時動作不靈活，導(dǎo)致誤動或拒動，造成頂蓋排水泵不能正常啟停，甚至造成機(jī)組停機(jī)。
(3)自2008年首臺機(jī)組投產(chǎn)以來，4臺機(jī)組頂蓋水位浮子開關(guān)多次出現(xiàn)異常，對機(jī)組安全穩(wěn)定運行造成嚴(yán)圖3水位浮子開關(guān)示意圖重影響。經(jīng)綜合分析，電站于2014年開始對4臺機(jī)組頂蓋水位開關(guān)進(jìn)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(yīng)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(jī)友好界面，可自由設(shè)定參數(shù)值，自校正，自診斷報警輸出，最多可實現(xiàn)七對繼電器控制輸出結(jié)點。該變送器采用陶瓷電容作為測量單元，水位對應(yīng)壓力直接作用于膜片上，使膜片產(chǎn)生彈性位移，根據(jù)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(gòu)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(jīng)微調(diào)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(zhuǎn)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(guān)量至機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，從而對排水泵進(jìn)行自動控制。
3．2主要技術(shù)參數(shù)
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(wěn)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(yīng)接點信號；出線方式菲尼克斯端子，航空插座；顯示方式LED；負(fù)載阻抗≤75012；絕緣阻抗；500VDC時，≥100M．Q；工作溫度一20～80℃；環(huán)境濕度≤95％(相對濕度)，避免強(qiáng)腐蝕性氣體；防護(hù)等級探頭IP68，變送器IP65。
3．3變送器結(jié)構(gòu)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(jī)頂蓋內(nèi)，取代原浮子開關(guān)，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(jī)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(zhuǎn)換成5對水位信號開關(guān)量輸出，上送至機(jī)組控制單位，從而取代了原來的5個浮子開關(guān)。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(shè)備控制柜。
3．4變送器優(yōu)點分析
(1)頂蓋內(nèi)僅安裝—個探頭和一根電纜，相對于改造前的5個浮子開關(guān)及5根電纜，有著明顯的優(yōu)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(nèi)的惡劣環(huán)境，不受振動及主軸密封漏水影響。
(3)變送器具有人機(jī)界面，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及顯示頂蓋內(nèi)水位數(shù)值。
(4)寶泉電站自2014年開始，在4臺機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)陸續(xù)應(yīng)用該水位變送器，經(jīng)實踐驗證，該水位變送器精度高，工作穩(wěn)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(qiáng)、利于維護(hù)、精度高、工作穩(wěn)定性好等特點，非常適合在水泵水輪機(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中應(yīng)用與推廣，同時也適用于其他液位系統(tǒng)的測量。
4結(jié)束語
新型液位變送器在寶泉電站水泵水輪機(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中得到了實際應(yīng)用，提高了頂蓋排水系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，從而對水泵水輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運行提供了有力保障，也為相關(guān)水電生產(chǎn)單位提供參考。隨著科技進(jìn)步，越來越多的新型傳感器、控制器在水電生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，提高了機(jī)組運行安全及穩(wěn)定性，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。新型水位變送器的應(yīng)用只是一個開始，寶泉電站將結(jié)合實際運行情況，對可靠性較差的自動化元件進(jìn)行更換，選用工作穩(wěn)定、維護(hù)方便的新型的自動化元件，切實提高設(shè)備運行穩(wěn)定性。
1概述
寶泉抽水蓄能電站(簡稱寶泉電站)總裝機(jī)容量為4×300MW，設(shè)置4臺水泵水輪一發(fā)電電動機(jī)組，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等任務(wù)。寶泉電站水泵水輪機(jī)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(zhuǎn)速500r／rain。由于水泵水輪機(jī)主軸密封的工作特性，必然會有少量漏水流至頂蓋內(nèi)部，如不及時將漏水排除，任其發(fā)展，將影響水泵水輪機(jī)導(dǎo)軸承及水車室設(shè)備的運行安全，導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)，甚至發(fā)生水淹廠房的危險。因此設(shè)置頂蓋排水系統(tǒng)，及時將頂蓋內(nèi)的積水排走，排水系統(tǒng)的可靠運行具有重要意義。
但因?qū)毴娬緳C(jī)組高水頭、高轉(zhuǎn)速的特性，頂蓋內(nèi)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(wěn)定性不好，經(jīng)常出現(xiàn)浮子液位開關(guān)卡塞或誤動，引起頂蓋排水泵不能正常啟動，甚至液位開關(guān)誤動引起機(jī)組事故停機(jī)。為解決上述問題，經(jīng)過各方面技術(shù)分析，進(jìn)行設(shè)備改造，將原機(jī)械浮子式液位開關(guān)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(tǒng)的運行穩(wěn)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(wěn)定，充分體現(xiàn)新型電子技術(shù)對電力生產(chǎn)的促進(jìn)作用。
頂蓋排水系統(tǒng)是抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)組的重要組成部分，該系統(tǒng)的可靠運行對于水泵水輪機(jī)組的安全穩(wěn)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(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2改造前的頂蓋排水系統(tǒng)
2．1頂蓋排水泵
寶泉電站每臺機(jī)組設(shè)置兩臺頂蓋排水泵，安裝在機(jī)組水車室內(nèi)頂蓋外部。排水泵取水口布置在頂蓋內(nèi)部，通過排水泵將頂蓋內(nèi)積水排至自流排水洞，如圖1所示，標(biāo)注“011”即為取水口，標(biāo)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(nèi)部排水泵取水口旁，共有5個機(jī)械式水位浮子開關(guān)，通過5根電纜將水位開關(guān)信號送到機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，用來控制兩臺頂蓋排水泵的啟停，如圖2所示，標(biāo)注“024”即為水位浮子。
2．3控制邏輯
頂蓋水位浮子開關(guān)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(jī)組停機(jī)。
2．4存在問題
(1)頂蓋內(nèi)部空間狹窄，5個水位浮子開關(guān)均布置在頂蓋內(nèi)部，再加上需要引出5根電纜將水位信號上送至機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)繁雜，維護(hù)不方便。
(2)頂蓋內(nèi)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(guān)有時動作不靈活，導(dǎo)致誤動或拒動，造成頂蓋排水泵不能正常啟停，甚至造成機(jī)組停機(jī)。
(3)自2008年首臺機(jī)組投產(chǎn)以來，4臺機(jī)組頂蓋水位浮子開關(guān)多次出現(xiàn)異常，對機(jī)組安全穩(wěn)定運行造成嚴(yán)圖3水位浮子開關(guān)示意圖重影響。經(jīng)綜合分析，電站于2014年開始對4臺機(jī)組頂蓋水位開關(guān)進(jìn)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(yīng)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(jī)友好界面，可自由設(shè)定參數(shù)值，自校正，自診斷報警輸出，最多可實現(xiàn)七對繼電器控制輸出結(jié)點。該變送器采用陶瓷電容作為測量單元，水位對應(yīng)壓力直接作用于膜片上，使膜片產(chǎn)生彈性位移，根據(jù)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(gòu)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(jīng)微調(diào)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(zhuǎn)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(guān)量至機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，從而對排水泵進(jìn)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(wěn)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(yīng)接點信號；出線方式菲尼克斯端子，航空插座；顯示方式LED；負(fù)載阻抗≤75012；絕緣阻抗；500VDC時，≥100M．Q；工作溫度一20～80℃；環(huán)境濕度≤95％(相對濕度)，避免強(qiáng)腐蝕性氣體；防護(hù)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(jī)頂蓋內(nèi)，取代原浮子開關(guān)，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(jī)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(zhuǎn)換成5對水位信號開關(guān)量輸出，上送至機(jī)組控制單位，從而取代了原來的5個浮子開關(guān)。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(shè)備控制柜。
3．4變送器優(yōu)點分析
(1)頂蓋內(nèi)僅安裝—個探頭和一根電纜，相對于改造前的5個浮子開關(guān)及5根電纜，有著明顯的優(yōu)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(nèi)的惡劣環(huán)境，不受振動及主軸密封漏水影響。
(3)變送器具有人機(jī)界面，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及顯示頂蓋內(nèi)水位數(shù)值。
(4)寶泉電站自2014年開始，在4臺機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)陸續(xù)應(yīng)用該水位變送器，經(jīng)實踐驗證，該水位變送器精度高，工作穩(wěn)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(qiáng)、利于維護(hù)、精度高、工作穩(wěn)定性好等特點，非常適合在水泵水輪機(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中應(yīng)用與推廣，同時也適用于其他液位系統(tǒng)的測量。
4結(jié)束語
新型液位變送器在寶泉電站水泵水輪機(jī)頂蓋排水系統(tǒng)中得到了實際應(yīng)用，提高了頂蓋排水系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，從而對水泵水輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運行提供了有力保障，也為相關(guān)水電生產(chǎn)單位提供參考。隨著科技進(jìn)步，越來越多的新型傳感器、控制器在水電生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，提高了機(jī)組運行安全及穩(wěn)定性，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。新型水位變送器的應(yīng)用只是一個開始，寶泉電站將結(jié)合實際運行情況，對可靠性較差的自動化元件進(jìn)行更換，選用工作穩(wěn)定、維護(hù)方便的新型的自動化元件，切實提高設(shè)備運行穩(wěn)定性。
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