某抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)縣境內(nèi)。是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站,安裝4臺(tái)單機(jī)容量300 MW立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組。在2006年底全部投產(chǎn)發(fā)電,以二回500 kV出線接入華東電網(wǎng),承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用任務(wù)。
一、檢修排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)桐柏電站的檢修排水系統(tǒng),共設(shè)4臺(tái)排水泵,如圖1所示,1號(hào)、2號(hào)檢修水泵(大泵)用于排空引水隧洞、蝸殼、尾水管、尾水隧洞內(nèi)的水;3號(hào)、4號(hào)檢修水泵(小泵)用于球閥、上下庫(kù)閘門(mén)等的滲漏排水。
每臺(tái)檢修水泵均配置逆止閥、壓力表和帶流量開(kāi)關(guān)的示流信號(hào)器,在1號(hào)、2號(hào)水泵出水管處各安裝了一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥。系統(tǒng)中共有2根總管,一根為水泵的總吸水管,包括從每臺(tái)機(jī)組尾水管底部至總管的支管,總吸水管和部分支管及管路上的操作閥門(mén)布置在廠房管路廊道中;另一根為總排水管,可將水排至滲漏集水井中,再經(jīng)滲漏排水泵排至下庫(kù)。
二、技改前測(cè)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(hào)與4號(hào)機(jī)組段的排水廊道層EL.38.3 m高程。其中,1號(hào)、2號(hào)檢修水泵(大泵),功率為280 kW,其運(yùn)行方式包括手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止和緊急自動(dòng)停止;3號(hào)、4號(hào)檢修水泵(小泵),功率為45 kW,分為一臺(tái)主用,另一臺(tái)備用,由尾水管水位模擬量控制,并且根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短自動(dòng)輪換運(yùn)行。在檢修水泵的控制邏輯中, 1號(hào)、2號(hào)檢修水泵(大泵)的自動(dòng)停止和3號(hào)、4號(hào)檢修水泵(小泵)的自動(dòng)啟、停,是通過(guò)安裝在檢修排水總吸水管上的壓力變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的動(dòng)作過(guò)程為,當(dāng)壓力變送器檢測(cè)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(cè)到這一變化后,根據(jù)4～ 20 mA對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位整定值,轉(zhuǎn)換輸出對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。

在檢修水泵控制邏輯中,當(dāng)檢測(cè)到相應(yīng)的啟泵水位信號(hào)后,通過(guò)現(xiàn)地可編程邏輯控制器(PLC)瞬間輸出一個(gè)脈沖觸發(fā)水泵啟動(dòng)繼電器,實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)控制,水泵運(yùn)行后,安裝在管路上帶流量開(kāi)關(guān)的示流信號(hào)器會(huì)自動(dòng)監(jiān)視水泵進(jìn)出口的水流量,以防止水泵在空載中運(yùn)行,如果水泵運(yùn)行后,一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到流量信號(hào),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(cè)量值通過(guò)現(xiàn)地PLC將結(jié)果上送監(jiān)控上位機(jī),以供運(yùn)行監(jiān)盤(pán)人員觀察尾水管實(shí)時(shí)水位。
利用壓力變送器測(cè)量水位,測(cè)量結(jié)果容易受到其他因素的影響,
其一、總吸水管為動(dòng)態(tài)管路,測(cè)量結(jié)果往往受到“水鍾效應(yīng)”的影響,因?yàn)?在排水工作時(shí),水泵總進(jìn)水閥打開(kāi)后,由于流體具有動(dòng)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(guò)壓或過(guò)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(cè)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(shí)才進(jìn)行,平時(shí)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(duì)壓力變送器本身有一定影響,容易產(chǎn)生零位時(shí)漂的誤差,也會(huì)造成測(cè)量值產(chǎn)生偏差。測(cè)量值偏差后往往導(dǎo)致檢修水泵在運(yùn)行時(shí),不能準(zhǔn)確控制尾水管水位,更多時(shí)間需運(yùn)行人員手動(dòng)啟停檢修水泵控制尾水管水位,增加了運(yùn)行人員的工作量的同時(shí)也給設(shè)備和維護(hù)人員的工作帶來(lái)一定的危險(xiǎn)性。假如,壓力變送器測(cè)量水位時(shí)發(fā)生了偏差,導(dǎo)致運(yùn)行人員作出錯(cuò)誤的判斷,許可檢修人員打開(kāi)尾水進(jìn)人孔,有造成水淹廠房的可能。
三、磁浮球液位計(jì)替換壓力變送器的技改針對(duì)壓力變送器測(cè)量尾水管水位時(shí),測(cè)量值產(chǎn)生誤差的缺陷,對(duì)壓力變送器的動(dòng)作條件以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(kāi)關(guān),這樣既能直觀地反映實(shí)時(shí)水位,又能保證水泵的安全、可靠運(yùn)行,浮子開(kāi)關(guān)的位置可以根據(jù)實(shí)際的工作水位進(jìn)行布置,利用浮子的開(kāi)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(duì)檢修排水系統(tǒng)增加一套水位測(cè)量裝置,具體方案為:在水泵的總吸水管上面安裝一套磁浮球液位計(jì),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(shí),液位計(jì)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(guò)磁耦合驅(qū)動(dòng)指示器內(nèi)的翻板指示器,當(dāng)液位上升或下降時(shí),翻板指示器由白色翻轉(zhuǎn)為紅色,或由原來(lái)的紅色翻轉(zhuǎn)為白色,指示器的顏色改變的高度就是被測(cè)水位的實(shí)際高度,從而實(shí)現(xiàn)液位的現(xiàn)場(chǎng)指示,以供運(yùn)行人員目測(cè)尾水管的實(shí)時(shí)水位。安裝于液位計(jì)管壁外側(cè)的磁記憶開(kāi)關(guān),可多點(diǎn)設(shè)置、滑動(dòng)調(diào)整位置,提供了液位開(kāi)關(guān)量報(bào)警功能。在裝置的頂部安裝了一個(gè)自動(dòng)排氣裝置,當(dāng)主導(dǎo)管內(nèi)液位上升時(shí)能夠自動(dòng)的排氣,下降時(shí)能夠按時(shí)補(bǔ)氣。現(xiàn)場(chǎng)安裝磁浮球液位計(jì)時(shí),裝置標(biāo)尺的0位,對(duì)應(yīng)的實(shí)地高程為EL.40.0 m。浮子開(kāi)關(guān)設(shè)定5個(gè)水位動(dòng)作值,檢修水位低開(kāi)關(guān)量報(bào)警值對(duì)應(yīng)的高程為40.3 m;停止所有檢修水泵的開(kāi)關(guān)量,所對(duì)應(yīng)的高程為40.5 m;啟動(dòng)主用檢修水泵的開(kāi)關(guān)量,所對(duì)應(yīng)的高程為40.9 m;啟動(dòng)檢修水泵主用泵的開(kāi)關(guān)量,以及要求手動(dòng)啟動(dòng)大泵,并作為水位高報(bào)警上送上位機(jī),所對(duì)應(yīng)的高程為41.1 m與41.2 m,兩個(gè)開(kāi)關(guān)量并列接入。全部開(kāi)關(guān)量分別送入PLC,如圖3所示。

水位點(diǎn)40.9 m、41.1 m、41.2 m的開(kāi)關(guān)量有上升自保持功能;水位點(diǎn)40.3 m、40.5 m的開(kāi)關(guān)量有下降自保持的功能。技改過(guò)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(kāi)關(guān)來(lái)控制檢修水泵的啟停過(guò)程。由于在磁浮球液位計(jì)的進(jìn)水接口法蘭處安裝有
閥門(mén),在平時(shí)不需要水泵水輪機(jī)排水檢修時(shí),該閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài),必要時(shí)可以通過(guò)裝置底部的排污閥門(mén)把液位計(jì)主導(dǎo)管內(nèi)的水排空。
四、磁浮球液位計(jì)實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)啟停過(guò)程
1號(hào)、2號(hào)檢修水泵(大泵)的運(yùn)行方式主要有手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止和緊急自動(dòng)停止,這里不做具體介紹;主要介紹利用磁浮球液位計(jì)的液位開(kāi)關(guān)量來(lái)啟停3號(hào)、4號(hào)檢修水泵(小泵)的動(dòng)作過(guò)程。因?yàn)?號(hào)、4號(hào)檢修水泵(小泵)主要用于球閥、上下庫(kù)閘門(mén)等的滲漏排水。此時(shí),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(mén)關(guān)閉后,打開(kāi)檢修排水聯(lián)絡(luò)閥(見(jiàn)圖1)讓水通過(guò)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(kù),值班人員可以通過(guò)原壓力變送器上的模擬量觀察實(shí)時(shí)水位,當(dāng)水位下降到一定高程后,再打開(kāi)磁浮球液位計(jì)下部法蘭處的進(jìn)水閥門(mén),此時(shí)磁浮球液位計(jì)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(jì)管壁外側(cè)的磁記憶開(kāi)關(guān)隨之動(dòng)作,*先復(fù)歸了水位低和太低信號(hào),隨著水位上升到40.9 m時(shí),相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)量動(dòng)作,信號(hào)送入PLC后,通過(guò)檢修水泵啟動(dòng)邏輯,瞬間輸出1個(gè)脈沖,觸發(fā)水泵啟動(dòng)信號(hào)。如圖4所示。

繼電器K1動(dòng)作,接點(diǎn)11、14接通,此時(shí)水泵已在自動(dòng)位,選擇開(kāi)關(guān)接點(diǎn)1、2接通,回路中K2為PLC脈沖輸出停泵繼電器,沒(méi)有動(dòng)作,其接點(diǎn)11、12常閉點(diǎn)閉合,根據(jù)主回路可知,啟動(dòng)水泵接觸器K3動(dòng)作,主用水泵啟動(dòng)。當(dāng)水位繼續(xù)上升,到達(dá)41.1 m或41.2 m時(shí)備用泵隨之啟動(dòng),如需必要可以再手動(dòng)啟動(dòng)1號(hào)、2號(hào)檢修水泵。相反,水位下降后,到達(dá)水位點(diǎn)40.5 m時(shí),輸出脈沖觸發(fā)繼電器K2停止水泵運(yùn)行。
五、結(jié)語(yǔ)
在檢修排水系統(tǒng)中,采用磁浮球液位計(jì)來(lái)代替壓力變送器,在實(shí)際水位的觀察上直觀清晰,由于指示部分與被測(cè)介質(zhì)完全隔離,其機(jī)構(gòu)密封結(jié)合面少,不易滲漏,運(yùn)行安全可靠,該裝置易于安裝、維修也方便,工作時(shí)不受環(huán)境溫、濕度的影響。利用液位計(jì)管壁外側(cè)的磁記憶開(kāi)關(guān),做到自動(dòng)控制檢修水泵啟停功能后,增加了檢修水泵設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性,同時(shí)對(duì)運(yùn)行人員能夠準(zhǔn)確地判斷尾水管水位,提供了依據(jù)。通過(guò)此次的技改,使我們認(rèn)識(shí)到面對(duì)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(yùn)行。