摘 要:液位計(jì)選型不合適、安裝不當(dāng)、低頻磁場(chǎng)的干擾處理不及時(shí)和自身故障等問(wèn)題易引發(fā)水電站水輪發(fā)電機(jī)組軸承油槽油位磁翻板液位計(jì)磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作,信號(hào)誤開(kāi)出,造成嚴(yán)重事故和經(jīng)濟(jì)損失。列舉磁翻板液位計(jì)選型和安裝等方面存在的問(wèn)題,分析磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作的原因,提出相應(yīng)的解決方法。
引言
水電廠各軸承油槽均需要安裝液位計(jì),以便于運(yùn)行人員實(shí)時(shí)對(duì)油槽油位進(jìn)行監(jiān)視檢查,確保油槽液位在正常范圍內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)前,水電站普遍在推進(jìn)無(wú)人值班生產(chǎn)模式,磁翻板液位計(jì)能否準(zhǔn)確且快速地反映油槽液位變化情況,決定了生產(chǎn)人員能否及時(shí)對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況的掌握,是使其能快速準(zhǔn)確采取措施保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。然而液位計(jì)選型不合適、安裝不當(dāng)、自身故障等問(wèn)題易導(dǎo)致其無(wú)法準(zhǔn)確反映油槽液位實(shí)際情況,誤導(dǎo)運(yùn)行人員采取錯(cuò)誤的手段,造成嚴(yán)重的后果。相關(guān)學(xué)者針對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行有益探索和研究,如戴祥、焦凱等[1-2]對(duì)磁翻板液位計(jì)磁開(kāi)關(guān)磁化干擾源進(jìn)行了研究,分析了磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作的原因,并提出了有效防范措施;柳麗榮、徐奇達(dá)、李德濤、許濤等[3-6]介紹了三暢磁翻板液位計(jì)選購(gòu)過(guò)程中的注意事項(xiàng)以及在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題,并相應(yīng)地提出了處理方法;袁明等[7]進(jìn)行了三暢磁翻板液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法探究;羅萬(wàn)里[8]將常見(jiàn)的液位測(cè)量?jī)x表進(jìn)行性?xún)r(jià)比較,探索出一種新型、優(yōu)良、價(jià)廉的液位測(cè)量?jī)x表的工作原理、技術(shù)參數(shù)和調(diào)校方法, 以上相關(guān)成果的研究也助推了磁翻板液位計(jì)改新應(yīng)用和技術(shù)提升。本文分析了水電廠水輪發(fā)電機(jī)組軸承油槽油位磁翻板液位計(jì)造成磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作的原因,從選型、安裝、冗余設(shè)計(jì)和防干擾措施等方面進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)和研究。
1 磁翻板液位計(jì)工作原理
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。側(cè)裝式液位計(jì)與油槽通過(guò)測(cè)法蘭相連接,這樣液位計(jì)中液位的變化與油槽內(nèi)實(shí)際液位的變化相一致,隨著液位的上升下降帶動(dòng)管內(nèi)磁性鋼組件的浮子上升或下降,外部一側(cè)是磁翻板顯示部件,一半為紅色,一半為白色。當(dāng)磁性浮子上升下降推動(dòng)安裝在頂部的磁翻柱轉(zhuǎn)動(dòng),從而將液位信號(hào)反映出來(lái)。磁性浮子的運(yùn)動(dòng)同時(shí)也影響到液位計(jì)管壁上安裝的傳感器,傳感器通過(guò)采樣液位的變化并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)。傳感器由干簧管和電阻組成,當(dāng)磁性浮子位置變換后,磁場(chǎng)通過(guò)器壁帶動(dòng)傳感器內(nèi)干簧管觸電吸合,干簧管吸合位置決定回路阻抗的大小,一般為 10mm 1 組,回路電阻大小正好與液位高低成正比,這樣置于傳感器外殼內(nèi)的變送器將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),送至監(jiān)控系統(tǒng)。為保證上送信號(hào)的及時(shí)性,根據(jù)需要在三暢磁翻板液位計(jì)管壁上設(shè)置數(shù)個(gè)磁性開(kāi)關(guān)。當(dāng)磁性浮子上升或下降通過(guò)這些磁性開(kāi)關(guān)所處位置時(shí),將觸發(fā)磁性開(kāi)關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)動(dòng)作,以開(kāi)關(guān)量形式將報(bào)警信號(hào)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)。磁翻板油位計(jì)構(gòu)造見(jiàn)圖 1。
2 存在問(wèn)題
2.1 安裝不當(dāng)
磁翻板液位計(jì)安裝位置必須與地面垂直,磁性浮球位置主要受到自身重力和浮力影響。因此若磁翻板整體安裝位置傾斜,會(huì)造成浮球與管壁摩擦力增大,影響浮球正常上浮。另外,三暢磁翻板液位計(jì)在安裝過(guò)程中由于自身整體重量較大的原因,側(cè)面與罐體連接的引流管受力較大,因此在量程較大(一般為 3m 以上)時(shí)必須在中間安裝輔助支撐裝置,用以減少引流管受力。
若磁翻板液位計(jì)安裝不當(dāng),將導(dǎo)致磁性浮球卡澀不能準(zhǔn)確反映出油槽實(shí)際液位,導(dǎo)致運(yùn)行人員誤判油位情況,從而進(jìn)行錯(cuò)誤的加油或排油工作。油位過(guò)高將導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生甩油,污染其他設(shè)備,油位過(guò)低則無(wú)法使軸瓦得到有效冷卻,瓦溫升高,嚴(yán)重導(dǎo)致機(jī)組燒瓦停機(jī)。
在振動(dòng)大的環(huán)境內(nèi),引流管受力較大,在其與油槽焊接部位可能發(fā)生斷裂,油槽中的油將大量?jī)A瀉而出。這將威脅到軸瓦的正常運(yùn)行,導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。
2.2 量程選擇不當(dāng)
當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)油槽中的油也將隨機(jī)組大軸旋轉(zhuǎn),由于離心力的作用,靠近油槽壁的油位將會(huì)有顯著升高的情況。此時(shí)量程較小且不滿足油槽油位,實(shí)際的三暢磁翻板液位計(jì)顯示的液位將顯著高于停機(jī)時(shí)的液位值。同時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的油液會(huì)沿機(jī)組大軸方向上下波動(dòng),迫使設(shè)置于此的磁性開(kāi)關(guān)被反復(fù)觸發(fā),上位機(jī)將出現(xiàn)信號(hào)刷屏,嚴(yán)重影響運(yùn)行人員工作。提高磁翻板液位計(jì)位置雖然可以避免液位過(guò)高信號(hào)被觸發(fā),可又將使液位低和過(guò)低信號(hào)被觸發(fā)。
量程過(guò)小的磁翻板液位計(jì)其有效距離較短,設(shè)置磁性開(kāi)關(guān)在磁翻板液位計(jì)管壁將會(huì)緊湊,后期磁性開(kāi)關(guān)位置的調(diào)整十分困難,磁性開(kāi)關(guān)可移動(dòng)位置有限,后期調(diào)整報(bào)警值不便。機(jī)組靜止油位與運(yùn)行時(shí)油位示意圖見(jiàn)圖 2。
2.3 未進(jìn)行冗余設(shè)置
目前,水電廠均已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和信息化,均要求信號(hào)上送及時(shí)準(zhǔn)確,單套三暢磁翻板液位計(jì)不能滿足無(wú)人值班要求。當(dāng)僅有的 1 套三暢磁翻板液位計(jì)發(fā)生故障,油槽液位情況將失去監(jiān)控,監(jiān)控系統(tǒng)有誤開(kāi)出風(fēng)險(xiǎn)。消缺人員在處理故障時(shí)缺少參考對(duì)照,從而加大了故障處理的難度。同時(shí)機(jī)組運(yùn)行中油槽油位可能存在局部的差異,單套磁翻板液位計(jì)不能全面及時(shí)反映油槽中油位的實(shí)際情況。
2.4 磁場(chǎng)干擾
將磁翻板液位計(jì)安裝在水電機(jī)組附近時(shí),一旦設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài),電纜中會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),使磁開(kāi)關(guān)受到影響,發(fā)生誤動(dòng)作現(xiàn)象。另外,由于目前水電站無(wú)人值班要求,均會(huì)在磁翻板上設(shè)置多個(gè)磁性開(kāi)關(guān),這些磁性開(kāi)關(guān)設(shè)置位置較近時(shí)會(huì)發(fā)生相互干擾,即磁浮子磁性較強(qiáng),當(dāng)觸發(fā) 1 個(gè)磁開(kāi)關(guān)動(dòng)作后,會(huì)連帶觸發(fā)相鄰的磁開(kāi)關(guān)動(dòng)作,報(bào)送錯(cuò)誤的信號(hào)給監(jiān)控系統(tǒng)。
3 解決方法
3.1 磁翻板液位計(jì)選擇合適
以單機(jī) 25×104kW 的發(fā)電機(jī)為例,以其推力油槽尺寸選擇量程為 450mm(即磁翻板液位計(jì)法蘭口 1 與法蘭口 2 之間的中心距為 450mm)的磁翻板液位計(jì) 2 套。每個(gè)磁翻板液位計(jì)均應(yīng)配備 1 個(gè)液位變送器將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為 4-20mA模擬量輸出至監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)置 4 個(gè)磁性開(kāi)關(guān),分別定義為液位過(guò)高、液位高、液位低、液位過(guò)低。各磁性開(kāi)關(guān)之間距離合適。磁翻板液位計(jì)原理圖見(jiàn)圖 3。
3.2 安裝位置合理,工藝符合要求
安裝時(shí)液位計(jì)必須垂直,以保證磁性浮子能夠在主導(dǎo)管內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)自如,沒(méi)有卡澀。磁性浮子運(yùn)動(dòng)能帶動(dòng)翻板正確翻轉(zhuǎn),翻板不存在卡死或不動(dòng)現(xiàn)象。引流管焊接的工藝要求及焊縫內(nèi)部質(zhì)量應(yīng)符合 GB50236《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定。安裝位置遠(yuǎn)離強(qiáng)磁電纜。
往油槽中注油,當(dāng)油位略高于磁翻板液位計(jì)實(shí)際零位時(shí)停止注油,并測(cè)量磁翻板液位變送器模擬量輸入略大于 4mA,用鋼卷尺測(cè)量油槽底部油位值,即為該液位計(jì)測(cè)點(diǎn)零點(diǎn)。繼續(xù)往油槽中注油,至磁翻板指示需校準(zhǔn)的主刻度處,待油面穩(wěn)定后測(cè)量磁翻板液位變送器模擬量輸出電流及油位值,故磁翻板液位計(jì)測(cè)量液位 = 油位值 - 液位計(jì)測(cè)點(diǎn)零點(diǎn)。根據(jù)報(bào)警定值將磁性開(kāi)關(guān)安裝到位,安裝液位高和液位過(guò)高磁性開(kāi)關(guān)前需從液位所處位置以下向上滑動(dòng)至液位以上,確保磁性開(kāi)關(guān)動(dòng)作復(fù)歸。必須保證液位低和過(guò)低磁性開(kāi)關(guān)均設(shè)置在上下法蘭之間,超出下法蘭設(shè)置將無(wú)法被觸發(fā)。另一套三暢磁翻板液位計(jì)周向?qū)ΨQ(chēng)安裝在該套磁翻板液位計(jì)對(duì)側(cè),2 套三暢磁翻板液位計(jì)呈180°。單套磁翻板液位計(jì)安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離油槽內(nèi)筋板。
3.3 設(shè)置冗余
2 套磁翻板做與邏輯,當(dāng) 2 套同時(shí)報(bào)液位過(guò)高/ 過(guò)低時(shí)判斷為液位異常,觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)。
3.4 防干擾措施
通常情況下,永久磁體在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜磁場(chǎng),而磁翻板液位計(jì)中的浮子含有永久磁鋼,當(dāng)其處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí),會(huì)產(chǎn)生一定量的靜磁場(chǎng),會(huì)使磁開(kāi)關(guān)受到影響。因此,在制作靜磁屏蔽器時(shí),可將高磁導(dǎo)率的材料制成屏蔽罩,以起到磁場(chǎng)屏蔽效果。主要是因?yàn)榇艌?chǎng)會(huì)產(chǎn)生閉合的環(huán)線,在其范圍內(nèi)會(huì)對(duì)物體造成影響。由于屏蔽罩的磁導(dǎo)率比空氣大,靜磁場(chǎng)會(huì)沿著遮蔽罩通過(guò),從而改變磁場(chǎng)方向,使屏蔽罩內(nèi)部的磁開(kāi)關(guān)不會(huì)受到靜磁場(chǎng)的影響而發(fā)生磁化現(xiàn)象,保證其正常運(yùn)行。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)數(shù)據(jù)分析和檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,有針對(duì)性地對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組軸承油槽油位磁翻板液位計(jì)進(jìn)行方法改進(jìn)和技術(shù)提升,實(shí)現(xiàn)了磁翻板液位計(jì)的液位精準(zhǔn)測(cè)量,保證了推力軸承的正常運(yùn)行,大大減少了一般故障的發(fā)生,提高了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行效率。