【摘要】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(yùn)行對于水栗水輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。本文主要說明一種新型的智能投人式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。
【概述】寶泉抽水蓄能電站（ 簡稱寶泉電站） 總裝機(jī)容量為4 Ｘ 3 0 0 ＭＷ ， 設(shè)置4 臺(tái)水泵水輪一發(fā)電電動(dòng)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)。寶泉電站水栗水輪機(jī)組由法國ＡＬＳＴＯＭ 公司提供， 立軸、單級(jí)、混流可逆式， 額定水頭5 1 0 ｍ ， 額定揚(yáng)程5 2 8 ．6 ｍ ， 額定轉(zhuǎn)速5 0 0 ｒ／ｍｉ ｎ 。
由于水泵水輪機(jī)主軸密封的工作特性， 必然會(huì)有少量漏水流至頂蓋內(nèi)部， 如不及時(shí)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(yùn)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(xiǎn)。因此設(shè)置頂蓋排水系統(tǒng)， 及時(shí)將頂蓋內(nèi)的積水排走， 排水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有重要意義。但因?qū)毴姡崳娬緳C(jī)組高水頭、高轉(zhuǎn)速的特性， 頂蓋內(nèi)振動(dòng)較大， 主軸密封漏水波動(dòng)劇烈， 電站原有浮子式頂蓋水位傳感器運(yùn)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(dòng)， 引起頂蓋排水泵不能正常啟動(dòng)， 甚至液位開關(guān)誤動(dòng)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)更換成一種新型智能投人式液位變送器， 大大提高了頂蓋排水系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。該新型液位傳感器科技含量高， 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。
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(tái)機(jī)組設(shè)置兩臺(tái)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“0 1 1”即為取水口， 標(biāo)注“0 1 2” 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)部排水栗取水口旁，共有5 個(gè)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(hào)送到機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，用來控制兩臺(tái)頂蓋排水系統(tǒng)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(gè)，分別為為 4 6 1 ＳＮ ＼ 4 6 2 ＳＮ ＼ 4 6 3 ＳＮ ＼ 4 6 4 ＳＮ ＼ 4 6 5 ＳＮ 。
4 6 1 ＳＮ ，水位低停泵； 4 6 2 ＳＮ ， 水位高啟一臺(tái)泵排水；4 6 3 ＳＮ ，水位高啟兩臺(tái)泵排水； 4 6 4 ＳＮ ， 水位高報(bào)警；4 6 5 ＳＮ ，水位太高報(bào)警， 作用于機(jī)組停機(jī)。
2 .4 存在問題ｎ
（ 1 ） 頂蓋內(nèi)部空間狹窄， 5 個(gè)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(hào)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(dòng)較大， 主軸密封漏水波動(dòng)劇烈，有時(shí)甚至呈濺射狀，水位浮子開關(guān)有時(shí)動(dòng)作不靈活，導(dǎo)致誤動(dòng)或者拒動(dòng)，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2 0 0 8 年首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)以來，4 臺(tái)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(yùn)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2 0 1 4 年開始對4 臺(tái)機(jī)組頂蓋水位開關(guān)進(jìn)行升級(jí)改造， 更換為SLK500智能投人式液位變送器。
3、新型頂蓋液位變送器的應(yīng)用
3 .1 工作原理
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(bào)警輸出， 最多可實(shí)現(xiàn)七對繼電器控制輸出結(jié)點(diǎn)。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(gè)精確的電壓信號(hào)， 輸出的電壓信號(hào)通過變送器轉(zhuǎn)換成4 -2 0 ｍ Ａ 的電流信號(hào)輸出， 智能單元就可以通過電流信號(hào)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(dòng)控制。
3 .2 主要技術(shù)參數(shù)
測量范圍0.5 - 2 0 0 ｍ；電纜長度0.5- 3 0 0ｍ ； 測量精度0 .1 級(jí)、0 .2 級(jí)、0.5 級(jí)； 溫度影響＜ ± 0 .0 7 ％ＦＳ／ 1 0°Ｃ ； 穩(wěn)定性＜± 0 .1 ％ ＦＳ／年； 工作電壓ＤＣ 2 2 0Ｖ ； 最大功耗6 Ｗ； 輸出信號(hào)4 - 2 0 ｍＡ 或ＲＳ 4 8 5 ， 及對應(yīng)接點(diǎn)信號(hào)？， 出線方式菲尼克斯端子， 航空插座； 顯示方式ＬＥＤ ； 負(fù)載阻抗＜ 7 5Ω ； 絕緣阻抗；5 0 0ＶＤ Ｃ 時(shí)，工作溫度一2 0到8 0°Ｃ ； 環(huán)境濕度＜ 9 5 ％ （ 相對濕度） ， 避免強(qiáng)腐蝕性氣體； 防護(hù)等級(jí)探頭ＩＰ6 8 ，變送器ＩＰ 6 5 。
3 ． 3 變送器結(jié)構(gòu)及安裝方式
變送器主要由變送器本體、探頭、端子排三部分組成，。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(hào)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(dòng)干擾， 將探頭傳來的水位變化信號(hào)轉(zhuǎn)換成5 對水位信號(hào)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(gè)浮子開關(guān)。與改造前不同之處， 由于該變送器需要提供2 2 0 ＶＤＣ 電源， 電源就近取自臨近設(shè)備控制柜。
3 ． 4 變送器優(yōu)點(diǎn)分
（ 1 ） 頂蓋內(nèi)僅安裝一個(gè)探頭和一根電纜， 相對于改造前的5 個(gè)浮子開關(guān)及5 根電纜， 有著明顯的優(yōu)勢。
（ 2 ） 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(dòng)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2 0 1 4 年開始， 在4 臺(tái)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(shí)踐驗(yàn)證， 該水位變送器精度高， 工作穩(wěn)定。
（ 5 ） 綜上所述， ＬＴＪ 3 1 智能型液位變送器體積小巧， 具有安裝方便、抗振動(dòng)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(diǎn)，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(shí)也適用于其他液位系統(tǒng)的測量。
4、結(jié)束語
新型投入式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(shí)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(yùn)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(yùn)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(gè)開始， 寶泉電站將結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況， 對可靠性較差的自動(dòng)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(dòng)化元件， 切實(shí)提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。
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