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    靜壓式投入式液位變送器在水庫水位測量中的應用案例
     本文概述:
         水電站運行過程中,要機組和水位保持平穩,安全地運行,對于水庫內的水位及其他多個設施中的液位給予準確的測量是一個重要的工作。涉及到水位測量的部位通常有水庫水位、攔污柵壓差、集水井水位、壓力水管道等中,由于受水位變幅、信號傳輸距離、測量精度、環境溫度、設備布置條件及電站自動化設計水平等因素的影響,使電站水位測量系統優化配置,保證其良好運行并能減少維護量,提高電站運行的安全性和可靠性是水電工程中關鍵所在。本文針對于水電站采用的浮標式液位測量、投入式液位計壓力儀表液位測量、非接觸式液位測量3種測量方式的優劣比對和一些新的測量裝置的使用進行了探討,以期幫助用戶能夠在選擇合適的測量方法和測量儀表有的放矢。
    投入式液位變送器
        水位測量儀表在水電站中主要應用于庫區上、下游水位及機組進水口攔污柵前后壓差和集水井水位測量。庫水位的準確測量對判定河流來水情況和收集水文資料、水庫的經濟調度具有十分重要的意義。集水井水位的測量為保證電站水工建筑物安全運行提供必不可缺少的條件。因此優良的一次測量元件的選擇與自動監控系統配套使用是保證水工建筑物安全穩定的基礎。
      2 水位測量裝置的應用
             迄今為止,已有多種水位測量裝置應用在水電站工程中。80年代建成的龍羊峽水電站上、下游水位及攔污柵壓差的水位測量采用了干簧管浮球式液位信號器;90年代黃河上游建成的大多數電站自動排水系統采用浮子機械碼盤測量裝置測量水位;90年代建成的黃河大峽、李家峽等水電站,集水井水位控制采用多連桿電極式水位計。
      2.1 浮標式液位傳感器
      2.1.1測量原理
             浮標式液位傳感器主要由浮標(浮子)、重錘、測繩(或連桿)、測量輪、編碼器(電動同位器)、傳輸設備等部分組成。傳感器安裝在現場設的測井上,水位升降帶動浮子,通過測繩和重錘帶動掛輪轉動,再通過變速,使接觸式軸角編碼器轉動,從而使傳感器輸出隨水位變化的數字量(格雷碼),傳感器通過多芯電纜與中控室的數據處理器相連,處理后實現顯示、報警等功能,同時可以配置現地顯示裝置。
      2.1.2浮標式液位法的優缺點
             電站上、下游水位及攔污柵壓差的測量以前主要采用浮標式液位進行測量,該方法的優點是抗干擾能力強,傳送編碼不存在信號衰減問題,對電磁干擾和電路串擾具有良好的抑制作用,基本滿足設計需求。現場測量設備體積龐大,需要接觸并浮于水面,安裝復雜,調試困難;在多泥沙河流,漂浮物較多的地方,測井易堵塞,浮子容易發卡;維護工作量大,工作人員要經常調整鋼線和碼盤,以確保測量精度;碼盤機械制造精度要求較高,且需要
      耐磨損、高強度材料;與水接觸的浮子要求采用高級防銹、防污材料。
      2.2投入式液位傳感器
      2.2.1測量原理
             投入式液位變送器測量主要用于電站集水井水位測量,也可以用于電站上、下游水位及攔污柵壓差的監測。投入式液位變送器主要由靜壓探頭、導氣電纜、變送器組成,通常變送器的安裝在測量介質的上方,將靜壓探頭投入液體中,液面至探頭的垂直高度乘以液體的比重形成的靜壓作用在探頭上,探頭輸出相應的信號,由導氣電纜傳輸給變送器,經放大后輸出標準的直流電流4~20mA,同時可以配置現地顯示裝置。
             根據靜壓探頭測量原理的不同,壓力傳感器可以分為CVD感應電容、CCS陶瓷電容傳感及石英晶體壓力傳感等,測量方式可以分為探孔受壓膜片和平齊隔膜受壓。后來生產的RZ-JY500系列投入式液位變送器與以前投入液位傳感器的不同點是變送器的核心部件是陶瓷電容傳感器(CCS),其提供了平齊的隔離膜,避免了傳感器阻塞,并確保極低的滯后,小的輸出漂移和高重復性。此種投入式液位變送器的測量原理也是把與液位深度成正比的液體靜壓力準確測量出來,并經放大電路轉化成標準電流(或電壓)信號輸出,建立起輸出電信號與液體深度的線性對應關系,實現對液體深度的測量。
      2.2.2投入式液位變送器測量方法的優缺點
             該方法的優點是安裝方便,占地較小,適應各種惡劣情況,抗干擾能力強,CCS陶瓷電容傳感器對結垢(例如鈣)無影響,避免因水質結垢而引起測量不可靠。其大的傳感器飄移只有0.025mm,長期穩定性較好,長時間使用無須維護保養。
             測量精度可以達到0.1%FS,石英晶體壓力傳感器精度甚至可以達0.01%FS,測量范圍可以達到0~100m左右。投入式液位傳感器測量信號4~20mA,傳輸距離可以達到100~300m,傳送信號不存在信號衰減問題,如果用于電站上、下游水位及攔污柵壓差監測遠距離傳輸,信號輸出和接入必須加調制解調器。另外探頭與接線盒間的通用電纜不可對折,否則造成空氣通道堵塞而無法傳導正確的實際大氣壓力, 使測量元件不能準確測量。
      2.3無接觸式液位測量
             無接觸式液位測量主要由電子單元(發射器)、數模轉換元件、波導管,測量時由主機電子單元發射高頻電磁波脈沖,經由聲頭轉換為低頻聲波(超聲波測量),或直接沿波導管向下傳播(導波雷達測量),以聲速(超聲波測量)或光速(導波雷達測量)傳播,遇到液面后反射回去,被膜片吸收后轉換為電信號,通過計算反射時間即可以測量液位,經過處理后既可以提供模擬量,也可以提供開關量。
             由于目前水電站多采用浮子式液位計或投入式液位計來進行水位測量。在龍羊峽、李家峽電站應用后發現測量精度低,不可靠,經常出現浮子卡死不動和傳感器堵塞導致測不準的現象,且電站工作人員維護工作量大,安裝、調試不便,采集到的僅是模擬告警信號,不能直接進入電廠計算機監控系統。脈沖發送和接收之間的時間(聲波的運動時間)與換能器到物體表面的距離成正比,聲波傳輸的距離S與聲速C和傳輸時間T之間的關系可以用公式表示:S=C×T,例如:聲速C=344m/s,傳輸時間為100ms,即可算出傳輸的距離為34.4m,測定距離為17.2m。無接觸式液位測量裝置能夠精確地測量脈沖的返回時間,測量精度甚至可以達到±1mm,免維護,零漂移。使用超聲波水位測量采集到的數據由于是數字信號,可以很方便的實現由PLC對采集量進行處理,并且把實時水位和壓差數據送到中控室,顯示和越限報警。采用RS422/RS232接口還可以把實時數據送到大壩集中控制室工控機,處理成計算機通信報文,終將采集量送到電廠計算機監控系統上位機。
      結束語
             根據多年的實際經驗及已建電站的反饋信息,一般情況下,如果電站上、下游水位變幅較大(>50m),應選用浮標式液位傳感器的方法。如果電站上、下游水位變幅較小,可以選用RZ-JY500投入式液位變送器測量。如果經濟情況允許,測量精度有特殊要求,建議選用無接觸式液位測量—導波雷達測量儀,其精度可以達到1mm,不受任何外界因數的影響,零漂移,適用于各種環境,而且安裝檢修極其方便簡單,免維護。
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