【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(duì)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(shuō)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(jiǎn)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(guó)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(chē)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(kāi)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(kāi)關(guān)誤動(dòng)引起機(jī)組事故停機(jī)。為解決上述問(wèn)題， 經(jīng)過(guò)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(kāi)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(duì)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(chē)室內(nèi)頂蓋外部。排水泵取水口布置在頂蓋內(nèi)部， 通過(guò)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(kāi)關(guān)， 通過(guò)5 根電纜將水位開(kāi)關(guān)信號(hào)送到機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，用來(lái)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(kāi)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(wèn)題ｎ
（ 1 ） 頂蓋內(nèi)部空間狹窄， 5 個(gè)水位浮子開(kāi)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(kāi)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shou臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，4 臺(tái)機(jī)組頂蓋水位浮子開(kāi)關(guān)多次出現(xiàn)異常， 對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)圖3 水位浮子開(kāi)關(guān)示意圖重影響。經(jīng)綜合分析， 電站于2 0 1 4 年開(kāi)始對(duì)4 臺(tái)機(jī)組頂蓋水位開(kāi)關(guān)進(jìn)行升級(jí)改造， 更換為SC500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， #多可實(shí)現(xiàn)七對(duì)繼電器控制輸出結(jié)點(diǎn)。該變送器采用陶瓷電容作為測(cè)量單元， 水位對(duì)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(cè)到變化的電容， 檢測(cè)到的電容值經(jīng)微調(diào)電路放大后， 可輸出一個(gè)精que的電壓信號(hào)， 輸出的電壓信號(hào)通過(guò)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(guò)電流信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)量至機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)， 從而對(duì)排水泵進(jìn)行自動(dòng)控制。
3 .2 主要技術(shù)參數(shù)
測(cè)量范圍0.5 - 2 0 0 ｍ；電纜長(zhǎng)度0.5- 3 0 0ｍ ； 測(cè)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 ； #大功耗6 Ｗ； 輸出信號(hào)4 - 2 0 ｍＡ 或ＲＳ 4 8 5 ， 及對(duì)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(duì)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(kāi)關(guān)， 通過(guò)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(chē)室外部， 避免了水車(chē)室振動(dòng)干擾， 將探頭傳來(lái)的水位變化信號(hào)轉(zhuǎn)換成5 對(duì)水位信號(hào)開(kāi)關(guān)量輸出， 上送至機(jī)組控制單位， 從而取代了原來(lái)的5 個(gè)浮子開(kāi)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(duì)于改造前的5 個(gè)浮子開(kāi)關(guān)及5 根電纜， 有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
（ 2 ） 變送器本體安裝位置可靈活掌握， 且可完全避開(kāi)水車(chē)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(kāi)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(cè)量。
4、結(jié)束語(yǔ)
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(duì)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(lái)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(lái)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(kāi)始， 寶泉電站將結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況， 對(duì)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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