【摘要】: 抽水蓄能電站地下廠房檢修排水系統(tǒng), 主要是承擔(dān)起水泵水輪機(jī)過流部分、尾水隧洞和引水隧洞需要檢修時, 排除上述部分容積水量和上、下庫閘門漏水及球閥漏水量, zui終達(dá)到水泵水輪機(jī)的安全檢修目的。主要是介紹華東桐柏電站地下廠房檢修排水系統(tǒng)的構(gòu)成, 以及采用磁翻板液位計替代壓力變送器測量水位的技改過程。

【引言】
華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內(nèi)。是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站, 安裝4 臺單機(jī)容量300 MW 立軸單級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)。

1、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 臺排水泵, 如圖1 所示, 1 號、2 號檢修水泵( 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、4 號檢修水泵( 小泵) 用于球閥、上下庫閘門等的滲漏排水。每臺檢修水泵均配置逆止閥、壓力表和帶流量開關(guān)的示流信號器, 在1 號、2 號水泵出水管處各安裝了一個流量調(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。

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2、技改前測量值產(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 號與4 號機(jī)組段的排水廊道層EL. 38. 3 m 高程。其中, 1 號、2 號檢修水泵( 大泵) , 功率為280 kW, 其運(yùn)行方式包括手動啟動、手動停止和緊急自動停止;3 號、4 號檢修水泵( 小泵) , 功率為45 kW, 分為一臺主用, 另一臺備用, 由尾水管水位模擬量控制, 并且根據(jù)累計運(yùn)行時間長短自動輪換運(yùn)行。在檢修水泵的控制邏輯中, 1 號、2 號檢修水泵( 大泵) 的自動停止和3 號、4 號檢修水泵( 小泵) 的自動啟、停, 是通過安裝在檢修排水總吸水管上的壓力變送器來實(shí)現(xiàn)。具體的動作過程為, 當(dāng)壓力變送器檢測到總進(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)部電子回路檢測到這一變化后, 根據(jù)4~ 20 mA 對應(yīng)的實(shí)際水位整定值, 轉(zhuǎn)換輸出對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。在檢修水泵控制邏輯中, 當(dāng)檢測到相應(yīng)的啟泵水位信號后, 通過現(xiàn)地可編程邏輯控制器( PLC) 瞬間輸出一個脈沖觸發(fā)水泵啟動繼電器, 實(shí)現(xiàn)水泵的自動控制, 水泵運(yùn)行后, 安裝在管路上帶流量開關(guān)的示流信號器會自動監(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, 一定時間內(nèi)沒有收到流量信號, 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, 測量值通過現(xiàn)地PLC 將結(jié)果上送監(jiān)控上位機(jī), 以供運(yùn)行監(jiān)盤人員觀察尾水管實(shí)時水位。利用壓力變送器測量水位, 測量結(jié)果容易受到其他因素的影響, 其一, 總吸水管為動態(tài)管路, 測量結(jié)果往往受到/ 水鍾效應(yīng)0的影響, 因?yàn)? 在排水工作時, 水泵總進(jìn)水閥打開后, 由于流體具有動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)過壓或過低的沖擊, 壓力的沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲, 稱為/ 水錘效應(yīng)0, 使壓力變送器測量值容易產(chǎn)生偏差; 其二, 排水工作一般在有機(jī)組檢修任務(wù)時才進(jìn)行, 平時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, 對壓力變送器本身有一定影響, 容易產(chǎn)生零位時漂的誤差, 也會造成測量值產(chǎn)生偏差。測量值偏差后往往導(dǎo)致檢修水泵在運(yùn)行時, 不能準(zhǔn)確控制尾水管水位, 更多時間需運(yùn)行人員手動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也給設(shè)備和維護(hù)人員的工作帶來一定的危險性。假如, 壓力變送器測量水位時發(fā)生了偏差, 導(dǎo)致運(yùn)行人員作出錯誤的判斷,許可檢修人員打開尾水進(jìn)人孔, 有造成水淹廠房的可能。
　　
3 磁翻板液位計替換壓力變送器的技改
　　針對三暢壓力變送器測量尾水管水位時, 測量值產(chǎn)生誤差的缺陷, 對壓力變送器的動作條件以及現(xiàn)場的實(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關(guān), 這樣既能直觀地反映實(shí)時水位, 又能保證水泵的安全、可靠運(yùn)行, 浮子開關(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, 決定對檢修排水系統(tǒng)增加一套水位測量裝置,具體方案為: 在水泵的總吸水管上面安裝一套三暢磁翻板液位計, 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, 液位計主導(dǎo)管內(nèi)的浮子也隨之升降, 浮子內(nèi)的永久磁鐵通過磁耦合驅(qū)動指示器內(nèi)的翻板指示器, 當(dāng)液位上升或下降時, 翻板指示器由白色翻轉(zhuǎn)為紅色, 或由原來的紅色翻轉(zhuǎn)為白色, 指示器的顏色改變的高度就是被測水位的實(shí)際高度, 從而實(shí)現(xiàn)液位的現(xiàn)場指示, 以供運(yùn)行人員目測尾水管的實(shí)時水位。安裝于液位計管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān),可多點(diǎn)設(shè)置、滑動調(diào)整位置, 提供了液位開關(guān)量報警功能。在裝置的頂部安裝了一個自動排氣裝置, 當(dāng)主導(dǎo)管內(nèi)液位上升時能夠自動的排氣, 下降時能夠按時補(bǔ)氣。現(xiàn)場安裝磁翻板液位計時, 裝置標(biāo)尺的0 位, 對應(yīng)的實(shí)地高程為EL. 40. 0 m。浮子開關(guān)設(shè)定5 個水位動作值, 檢修水位低開關(guān)量報警值對應(yīng)的高程為40. 3 m; 停止所有檢修水泵的開關(guān)量, 所對應(yīng)的高程為40. 5 m; 啟動主用檢修水泵的開關(guān)量, 所對應(yīng)的高程為40. 9 m; 啟動檢修水泵主用泵的開關(guān)量, 以及要求手動啟動大泵, 并作為水位高報警上送上位機(jī), 所對應(yīng)的高程為41. 1 m 與41. 2 m, 兩個開關(guān)量并列接入。全部開關(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 的開關(guān)量有上升自保持功能; 水位點(diǎn)40. 3 m、4 0. 5 m 的開關(guān)量有下降自保持的功能。技改過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)邏輯中取消三暢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關(guān)來控制檢修水泵的啟停過程。由于在三暢磁翻板液位計的進(jìn)水接口法蘭處安裝有閥門, 在平時不需要水泵水輪機(jī)排水檢修時, 該閥門處于關(guān)閉狀態(tài), 必要時可以通過裝置底部的排污閥門把液位計主導(dǎo)管內(nèi)的水排空。
　　
4、磁翻板液位計實(shí)現(xiàn)水泵自動啟停過程
1 號、2 號檢修水泵( 大泵) 的運(yùn)行方式主要有手動啟動、手動停止和緊急自動停止, 這里不做具體介紹; 主要介紹利用三暢磁翻板液位計的液位開關(guān)量來啟停3 號、4 號檢修水泵( 小泵) 的動作過程。因?yàn)? 號、4 號檢修水泵( 小泵) 主要用于球閥、上下庫閘門等的滲漏排水。此時, 壓力鋼管已經(jīng)排空或者球閥已經(jīng)關(guān)閉, 當(dāng)尾水閘門關(guān)閉后, 打開檢修排水聯(lián)絡(luò)閥( 見圖1) 讓水通過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, 值班人員可以通過原三暢壓力變送器上的模擬量觀察實(shí)時水位, 當(dāng)水位下降到一定高程后, 再打開磁翻板液位計下部法蘭處的進(jìn)水閥門, 此時三暢磁翻板液位計主導(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, 連帶著液位計管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān)隨之動作, 首先復(fù)歸了水位低和太低信號, 隨著水位上升到40. 9 m 時, 相對應(yīng)的開關(guān)量動作, 信號送入PLC 后, 通過檢修水泵啟動邏輯, 瞬間輸出1 個脈沖, 觸發(fā)水泵啟動信號。如圖4 所示。

繼電器K1 動作, 接點(diǎn)11、1 4 接通, 此時水泵已在自動位, 選擇開關(guān)接點(diǎn)1、2 接通, 回路中K2 為PLC 脈沖輸出停泵繼電器, 沒有動作, 其接點(diǎn)11、12常閉點(diǎn)閉合, 根據(jù)主回路可知, 啟動水泵接觸器K3動作, 主用水泵啟動。當(dāng)水位繼續(xù)上升, 到達(dá)41. 1 m 或41. 2 m時備用泵隨之啟動, 如需必要可以再手動啟動1 號、2 號檢修水泵。相反, 水位下降后, 到達(dá)水位點(diǎn)40. 5 m 時, 輸出脈沖觸發(fā)繼電器K2停止水泵運(yùn)行。
5 、結(jié)語
在檢修排水系統(tǒng)中, 采用三暢磁翻板液位計來代替三暢壓力變送器, 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, 工作時不受環(huán)境溫、濕度的影響。利用液位計管壁外側(cè)的磁記憶開關(guān), 做到自動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, 同時對運(yùn)行人員能夠準(zhǔn)確地判斷尾水管水位,提供了依據(jù)。通過此次的技改, 使我們認(rèn)識到面對缺陷要利用科學(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。