摘要： 低頻磁場(chǎng)的干擾是引起某水電站水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)軸承油槽油位磁翻板液位計(jì)磁開關(guān)誤動(dòng)作的重要因素。本文介紹了磁翻板液位計(jì)的工作原理， 分析磁開關(guān)誤動(dòng)作的原因， 提出屏蔽外部磁場(chǎng)的具體處理措施， 總結(jié)處理經(jīng)驗(yàn)， 在今后處理和防范磁場(chǎng)干擾問題時(shí)， 具有重要的指導(dǎo)意義。

1 ． 引言
某水電站為地下式廠房， 裝有6 臺(tái)單機(jī)容量為7 0 0 ＭＷ 的水輪發(fā)電機(jī)組， 發(fā)電機(jī)為立軸半傘式， 發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承油盆油位安裝一套磁翻板液位計(jì)， 液位計(jì)配置有模擬量和開關(guān)量信號(hào)送至監(jiān)控系統(tǒng)， 磁開關(guān)是磁翻板液位計(jì)判斷油位是否正常的重要開關(guān)量信號(hào)， 外部磁場(chǎng)引起磁翻板液位計(jì)磁開關(guān)誤動(dòng)作， 不但影響運(yùn)行人員對(duì)油位是否正常的判斷， 還影響水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此， 如何有效地消除外部磁場(chǎng)對(duì)磁開關(guān)的干擾值得研宄。

文中主要針對(duì)外部磁場(chǎng)引起磁翻板液位計(jì)磁開關(guān)誤動(dòng)作情況， 對(duì)不同類型的磁場(chǎng)干擾源及不同種類的磁場(chǎng)屏蔽材料進(jìn)行分析研究， 總結(jié)不同的磁場(chǎng)干擾源與磁場(chǎng)屏蔽材料的關(guān)系。結(jié)果表明， 對(duì)低頻磁場(chǎng)， 可用高導(dǎo)磁材料做屏蔽體來實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)屏蔽； 對(duì)高頻磁場(chǎng)， 由于同時(shí)存在電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量， 因此要求電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽同時(shí)進(jìn)行。通過分析研究， zui終找到了解決外部磁場(chǎng)引起磁翻板液位計(jì)磁開關(guān)的處理措施。

2 ． 磁翻板液位計(jì)原理介紹
磁翻板液位計(jì)根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)， 液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降， 浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器， 驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)1 8 0°，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色， 當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度， 從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示?？刂菩鸵何挥?jì)在磁翻板液位計(jì)的基礎(chǔ)上增加了磁開關(guān)，在監(jiān)測(cè)液位的同時(shí)磁開關(guān)信號(hào)可用于對(duì)液位進(jìn)行控制或報(bào)警； 遠(yuǎn)傳型是在磁翻板液位計(jì)的基礎(chǔ)上增加了4-2 0 ｍ Ａ 變送傳感器， 在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)液位的同時(shí)將液位的變化通過變送傳感器、線纜及儀表傳到控制室， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。磁開關(guān)是一種有觸點(diǎn)的無源電子開關(guān)元件， 裝有兩個(gè)鐵質(zhì)的彈性黃片電板， 還灌有惰性氣體。平時(shí)， 兩個(gè)簧片是分開的， 當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近時(shí)， 兩個(gè)簧片被磁化而互相吸引接觸， 簧片就會(huì)吸合在一起， 使接點(diǎn)所接的電路連通。外部磁力消失后， 兩個(gè)黃片由于本身的彈性而分開， 電路就斷開了。因此， 磁開關(guān)是一種利用磁場(chǎng)信號(hào)來控制的開關(guān)器件。

3 ． 磁開關(guān)誤動(dòng)作原因分析
分析某水電站監(jiān)控故障信息一覽表， 發(fā)現(xiàn)磁開關(guān)誤動(dòng)時(shí)間與勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)時(shí)間一致， 而磁開關(guān)安裝位置正好處在勵(lì)磁電纜下方， 初步斷定磁開關(guān)誤動(dòng)作由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾引起。發(fā)現(xiàn)該問題后， 將磁開關(guān)靠近運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)滑環(huán)室， 由于此處磁場(chǎng)較強(qiáng)， 磁開關(guān)受磁場(chǎng)力的作用又再一次動(dòng)作。因此， 可以斷定磁開關(guān)的誤動(dòng)作由外部磁場(chǎng)干擾引起。進(jìn)一步分析可知， 勵(lì)磁電流屬于直流電流， 所感應(yīng)出的磁場(chǎng)屬于低頻磁場(chǎng)。

磁開關(guān)內(nèi)部裝有鐵質(zhì)的彈性簧片， 在低頻磁場(chǎng)中， 鐵質(zhì)簧片被磁化， 從而使彈性簧片吸合導(dǎo)通， 而油位計(jì)內(nèi)部磁翻板未達(dá)到磁開關(guān)動(dòng)作值的位置， 所以監(jiān)控誤報(bào)油位異常信號(hào)。當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)， 勵(lì)磁電纜中電流消失， 但此時(shí)磁開關(guān)誤動(dòng)作信號(hào)并未復(fù)歸， 下面將通過磁滯回線的概念來解釋此現(xiàn)象。

從圖2 （ 強(qiáng)磁物質(zhì)磁滯回線） 分析得出， 當(dāng)勵(lì)磁電纜中通過電流時(shí)， 在周圍感應(yīng)出磁場(chǎng)， 磁開關(guān)中的鐵質(zhì)簧片被磁化，一定時(shí)間后達(dá)到飽和狀態(tài)。機(jī)組停機(jī)后， 勵(lì)磁電纜中電流消失， 周圍磁場(chǎng)開始減弱， 磁開關(guān)中的鐵質(zhì)簧片也開始退磁， 如圖2 可看出， 當(dāng)周圍磁場(chǎng)減小到0 時(shí)， 磁滯回線中因?yàn)槌C頑力的存在，鐵質(zhì)簧片的磁性并沒有完全消失， 所以磁開關(guān)誤動(dòng)作的信號(hào)不會(huì)復(fù)歸。此時(shí)需要在磁開關(guān)附近用永久磁鐵產(chǎn)生一個(gè)與原磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)， 使矯頑力相互抵消， 鐵質(zhì)簧片中的磁性消失， 磁開關(guān)誤動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸。

4 ． 屏蔽外部磁場(chǎng)的處理措施
4 ． 1 磁場(chǎng)屏蔽原理介紹
磁場(chǎng)由磁體產(chǎn)生， 由磁體的Ｎ 極指向Ｓ 極， 在磁體的外部形成閉合的形式， 距離轄射源越近， 磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。磁場(chǎng)的屏蔽的原理是利用磁性屏蔽材料， 改變磁場(chǎng)的方向， 由于磁場(chǎng)通過低磁阻的通路被旁路掉，因此可保證被屏蔽的物體不受磁場(chǎng)的干擾影響。磁場(chǎng)屏蔽分為靜磁屏蔽和電磁屏蔽。靜磁場(chǎng)是穩(wěn)恒電流或永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)， 靜磁屏蔽是利用高磁導(dǎo)率Ｍ 的鐵磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁場(chǎng)， 靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來說明， 如將鐵磁材料做成截面如圖2 的回路， 則在外磁場(chǎng)中， 絕大部分磁場(chǎng)集中在鐵磁回路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為并聯(lián)磁路來分析。因?yàn)殍F磁材料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率要大幾千倍， 所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多， 外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內(nèi)通過， 而進(jìn)入空腔的磁通量極少。這樣， 被鐵磁材料屏蔽的空腔就基本上沒有外磁場(chǎng)， 從而達(dá)到靜磁屏蔽的目的。

電磁場(chǎng)在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí)， 其場(chǎng)量（ Ｅ 和Ｈ ） 的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減。從能量的觀點(diǎn)看， 電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí)有能量損耗， 因此， 表現(xiàn)為場(chǎng)量振幅的減小。導(dǎo)體表面的場(chǎng)量zui大， 愈深入導(dǎo)體內(nèi)部， 場(chǎng)量愈小。這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)可以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體而做成電磁屏蔽裝置。電磁屏蔽是抑制干擾， 增強(qiáng)設(shè)備的可靠性及提髙產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽， 可以抑制外來高頻電磁波的干擾， 也可以避免作為干擾源去影響其他設(shè)備。

4 ． 2 磁場(chǎng)屏蔽材料選?。崳?br /> 磁性屏蔽材料的磁導(dǎo)率與外界的磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)， 外界磁場(chǎng)強(qiáng)度不同， 磁性材料的磁導(dǎo)率也不同， 飽和通量密度也不同， 因此， 在磁場(chǎng)的屏蔽設(shè)計(jì)中的作用也不同。當(dāng)屏蔽低頻磁場(chǎng)時(shí)， 選擇磁鋼、坡莫合金、鐵等導(dǎo)磁率高的材料， 而屏蔽高頻磁場(chǎng)則應(yīng)選擇銅鋁等導(dǎo)電率高的材料。

4 ．3 處理措施
從以上分析可知， 水輪發(fā)電機(jī)組各軸承油盆磁翻板油位計(jì)所受的干擾屬于低頻磁場(chǎng)干擾， 屏蔽應(yīng)選用高磁導(dǎo)率材料， 由于條件限制， 我們選用了厚度為5 ｍｍ 鐵板作為屏蔽材料， 且在設(shè)計(jì)時(shí)， 盡可能的少留孔洞及縫隙， 避免增加磁屏蔽體的磁阻， 從而降低屏蔽效果， 開機(jī)起勵(lì)后進(jìn)行驗(yàn)證， 上導(dǎo)軸承油槽油位異常信號(hào)未再報(bào)出。

5 ． 結(jié)論
低頻磁場(chǎng)的干擾是引起某水電站水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)軸承油槽磁翻板液位計(jì)磁開關(guān)誤動(dòng)作的重要因素，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)分析， 得到以下結(jié)論：
1 ） 屏蔽低頻磁場(chǎng)的材料應(yīng)選用高磁導(dǎo)率材料；
2 ） 磁場(chǎng)強(qiáng)度較大時(shí)， 應(yīng)增加磁屏蔽材料的厚度；
3 ） 盡可能的減少屏蔽體的接縫和孔洞， 避免增加磁屏蔽體的磁阻， 降低屏蔽效果。縫隙、孔洞盡量沿磁場(chǎng)方向分布。