石灰液位計在工業(yè)是一款的用于液位測量領(lǐng)域中表現優(yōu)秀的儀表類(lèi)型，安裝簡(jiǎn)便，觀(guān)測直觀(guān)方便，選配合適的控制系統，就可以很好地適應各種需要遠程控制的測量現場(chǎng)。目前在許多需要進(jìn)行水位測量的蓄能水電站也得到了普遍的使用。華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內。是一座日調節純抽水蓄能電站, 安裝4 臺單機容量300 MW 立軸單級混流可逆式水泵水輪機組。 在2006 年底全部投產(chǎn)發(fā)電, 以二回500 kV 出線(xiàn)接入華東電網(wǎng), 承擔調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用任務(wù)。本文就是針對于此抽水蓄能電站的使用中的技術(shù)特點(diǎn)，對
一、檢修排水系統結構
桐柏電站的檢修排水系統, 共設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、尾水隧洞內的水;3 號、4 號檢修水泵(小泵)用于球閥、上下庫閘門(mén)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(kāi)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(gè)流量調節閥。系統中共有2 根總管, 一根為水泵的總吸水管, 包括從每臺機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(chǎng)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。

二、技改前測量值產(chǎn)生偏差的原因分析
桐柏地下廠(chǎng)房檢修排水系統布置在地下廠(chǎng)房3 號與4 號機組段的排水廊道層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、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, 并且根據累計運行時(shí)間長(cháng)短自動(dòng)輪換運行。在檢修水泵的控制邏輯中, 1 號、2 號檢修水泵(大泵)的自動(dòng)停止和3 號、4 號檢修水泵(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。具體的動(dòng)作過(guò)程為, 當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, 其內部電子回路檢測到這一變化后, 根據4 ～ 20 mA 對應的實(shí)際水位整定值, 轉換輸出對應于這一壓力的標準測量信號。在檢修水泵控制邏輯中, 當檢測到相應的啟泵水位信號后, 通過(guò)現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)現水泵的自動(dòng)控制, 水泵運行后, 安裝在管路上帶流量開(kāi)關(guān)的示流信號器會(huì )自動(dòng)監視水泵進(jìn)出口的水流量, 以防止水泵在空載中運行, 如果水泵運行后, 一定時(shí)間內沒(méi)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(guò)現地PLC 將結果上送監控上位機, 以供運行監盤(pán)人員觀(guān)察尾水管實(shí)時(shí)水位。利用壓力變送器測量水位, 測量結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, 測量結果往往受到“水鍾效應"的影響, 因為, 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引起壓強過(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(chēng)為“水錘效應" , 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組檢修任務(wù)時(shí)才進(jìn)行, 平時(shí)壓力變送器處在靜止狀態(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(shí)漂的誤差, 也會(huì )造成測量值產(chǎn)生偏差。測量值偏差后往往導致檢修水泵在運行時(shí), 不能準確控制尾水管水位, 更多時(shí)間需運行人員手動(dòng)啟停檢修水泵控制尾水管水位, 增加了運行人員的工作量的同時(shí)也給設備和維護人員的工作帶來(lái)一定的危險性。假如, 壓力變送器測量水位時(shí)發(fā)生了偏差, 導致運行人員作出錯誤的判斷,許可檢修人員打開(kāi)尾水進(jìn)人孔, 有造成水淹廠(chǎng)房的可能。
三、石灰液位計替換壓力變送器的技改
針對壓力變送器測量尾水管水位時(shí), 測量值產(chǎn)生誤差的缺陷, 對壓力變送器的動(dòng)作條件以及現場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行了初步分析, 認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(guān)地反映實(shí)時(shí)水位, 又能保證水泵的安全、可靠運行, 浮子開(kāi)關(guān)的位置可以根據實(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(xún)相關(guān)設備的廠(chǎng)家后, 決定對檢修排水系統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石灰液位計, 如圖2 所示。

它結構是利用旁通管的原理, 主導管內的液位和尾水管內的液位高度一致, 根據阿基米德定理, 磁性浮子在液體中產(chǎn)生的浮力和重力平衡, 當尾水管中的水位升降時(shí), 液位計主導管內的浮子也隨之升降, 浮子內的永久磁鐵通過(guò)磁耦合驅動(dòng)指示器內的翻板指示器, 當液位上升或下降時(shí), 翻板指示器由白色翻轉為紅色, 或由原來(lái)的紅色翻轉為白色, 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)現液位的現場(chǎng)指示, 以供運行人員目測尾水管的實(shí)時(shí)水位。安裝于液位計管壁外側的磁記憶開(kāi)關(guān),可多點(diǎn)設置、滑動(dòng)調整位置, 提供了液位開(kāi)關(guān)量報警功能。在裝置的頂部安裝了一個(gè)自動(dòng)排氣裝置, 當主導管內液位上升時(shí)能夠自動(dòng)的排氣, 下降時(shí)能夠按時(shí)補氣。
現場(chǎng)安裝石灰液位計時(shí), 裝置標尺的0 位, 對應的實(shí)地高程為EL .40 .0 m 。浮子開(kāi)關(guān)設定5 個(gè)水位動(dòng)作值, 檢修水位低開(kāi)關(guān)量報警值對應的高程為40 .3 m ;停止所有檢修水泵的開(kāi)關(guān)量, 所對應的高程為40 .5 m ;啟動(dòng)主用檢修水泵的開(kāi)關(guān)量, 所對應的高程為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, 并作為水位高報警上送上位機, 所對應的高程為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(xiàn), 讓其模擬量繼續上送上位機, 只作為顯示用, 但在檢修排水系統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。
由于在石灰液位計的進(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)把液位計主導管內的水排空。
四、石灰液位計實(shí)現水泵自動(dòng)啟停過(guò)程
1 號、2 號檢修水泵(大泵)的運行方式主要有手動(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;主要介紹利用石灰液位計的液位開(kāi)關(guān)量來(lái)啟停3 號、4 號檢修水泵(小泵)的動(dòng)作過(guò)程。因為3 號、4 號檢修水泵(小泵)主要用于球閥、上下庫閘門(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, 值班人員可以通過(guò)原壓力變送器上的模擬量觀(guān)察實(shí)時(shí)水位, 當水位下降到一定高程后, 再打開(kāi)石灰液位計下部法蘭處的進(jìn)水閥門(mén), 此時(shí)石灰液位計主導管內水位上升, 安裝于主導管內的浮子也隨之上升, 連帶著(zhù)液位計管壁外側的磁記憶開(kāi)關(guān)隨之動(dòng)作, 首先復歸了水位低和太低信號, 隨著(zhù)水位上升到40 .9 m 時(shí), 相對應的開(kāi)關(guān)量動(dòng)作, 信號送入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。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)。當水位繼續上升, 到達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、2 號檢修水泵。相反, 水位下降后, 到達水位點(diǎn)40 .5 m 時(shí), 輸出脈沖觸發(fā)繼電器K2停止水泵運行。
在檢修排水系統中, 采用石灰液位計來(lái)代替壓力變送器, 在實(shí)際水位的觀(guān)察上直觀(guān)清晰, 由于指示部分與被測介質(zhì)完全隔離, 其機構密封結合面少,不易滲漏, 運行安全可靠, 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。利用液位計管壁外側的磁記憶開(kāi)關(guān), 做到自動(dòng)控制檢修水泵啟停功能后, 增加了檢修水泵設備的運行安全性和可靠性, 同時(shí)對運行人員能夠準確地判斷尾水管水位,提供了依據。通過(guò)此次的技改, 使我們認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, 確保電站設備的安全可靠運行。