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(shí)，排除上述部分容積水量和上、下庫(kù)閘門漏水及球閥漏水量，*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，以及采用頂裝式磁翻板液位計(jì)替代壓力變送器測(cè)量水位的技改過程。

華東桐柏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300MW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500kV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(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)。

2、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.38.3m高程。其中，1號(hào)、2號(hào)檢修水泵(大泵)，功率為280kW，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45kW，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(dòng)作過程為，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~ 20mA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(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)0的影響，因?yàn)?，在排水工作時(shí)，水泵總進(jìn)水閥打開后，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(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，許可檢修人員打開尾水進(jìn)人孔，有造成水淹廠房的可能。

3、頂裝式磁翻板液位計(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(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頂裝式磁翻板液位計(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)的磁記憶開關(guān)，可多點(diǎn)設(shè)置、滑動(dòng)調(diào)整位置，提供了液位開關(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)安裝頂裝式磁翻板液位計(jì)時(shí)，裝置標(biāo)尺的0位，對(duì)應(yīng)的實(shí)地高程為EL.40.0m。浮子開關(guān)設(shè)定5個(gè)水位動(dòng)作值，檢修水位低開關(guān)量報(bào)警值對(duì)應(yīng)的高程為40.3m；停止所有檢修水泵的開關(guān)量，所對(duì)應(yīng)的高程為40.5m；啟動(dòng)主用檢修水泵的開關(guān)量，所對(duì)應(yīng)的高程為40.9m；啟動(dòng)檢修水泵主用泵的開關(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41.1m與41.2m，兩個(gè)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)40.9m、41.1m、41.2m的開關(guān)量有上升自保持功能；水位點(diǎn)40.3m、40.5m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。由于在頂裝式磁翻板液位計(jì)的進(jìn)水接口法蘭處安裝有閥門，在平時(shí)不需要水泵水輪機(jī)排水檢修時(shí)，該閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，必要時(shí)可以通過裝置底部的排污閥門把液位計(jì)主導(dǎo)管內(nèi)的水排空。

4、頂裝式磁翻板液位計(jì)實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)啟停過程

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；主要介紹利用頂裝式磁翻板液位計(jì)的液位開關(guān)量來啟停3號(hào)、4號(hào)檢修水泵(小泵)的動(dòng)作過程。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(kù)，值班人員可以通過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，再打開頂裝式磁翻板液位計(jì)下部法蘭處的進(jìn)水閥門，此時(shí)頂裝式磁翻板液位計(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40.9m時(shí)，相對(duì)應(yīng)的開關(guān)量動(dòng)作，信號(hào)送入PLC后，通過檢修水泵啟動(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(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)41.1m或41.2m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)40.5m時(shí)，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，采用頂裝式磁翻板液位計(jì)來代替壓力變送器，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。