可編程超聲波物位計在田壩電站攔污柵上的應用

一、超聲波物位計沒(méi)測量水位概況

攔污柵位于進(jìn)水口前，其作用為攔住雜物，防止雜物進(jìn)入水輪機蝸殼，影響機組正常運行。機組長(cháng)期運行后，必然導致攔污柵前渣滓堵塞，使柵前、柵后水位產(chǎn)生差值，對欄污柵形成一定的水壓力。當壓力超過(guò)攔污柵所能承受的限度時(shí)，將發(fā)生攔污柵壓塌的重大事故。為避免該事故的發(fā)生，水電廠(chǎng)一般采用測量攔污柵前、后水位差，來(lái)判斷攔污柵目前承受的壓力，是否超出警界線(xiàn)，來(lái)決定是否需要排除攔污柵前渣滓，緩解攔污柵所承受壓力。

田壩電站位于云南省漫灣發(fā)電廠(chǎng)大壩左岸，裝有一臺105MW的混流式機組，在汛期利用漫灣發(fā)電廠(chǎng)的棄水發(fā)電，在系統中承擔腰荷。由于其進(jìn)水口位于江水拐彎處，容易聚集江水中漂來(lái)的渣滓，又由于離漫灣發(fā)電廠(chǎng)表孔泄洪門(mén)較遠，渣滓不容易排走，而長(cháng)時(shí)間滯留于進(jìn)水口門(mén)攔污柵前，造成堵塞，使得柵前、柵后水位產(chǎn)生差值。對攔污柵形成較大的壓力。電廠(chǎng)必須對該壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，防患于未然。但目前攔污柵水位測量準確、可靠性低，實(shí)際運行中，需要運行班人員定期到現地測量。這樣既不能達到實(shí)時(shí)監測，又給“無(wú)人值班，少人值守”的電站提出了一個(gè)嚴峻的問(wèn)題。

帶著(zhù)問(wèn)題，我們進(jìn)行了大量調研，目前水電站多采用浮子式液位計或投入式液位計來(lái)進(jìn)行水位測量。其缺點(diǎn)為：測量精度低，不可靠，經(jīng)常出現浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導致測不準；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(jìn)入電廠(chǎng)計算機監控系統。對無(wú)人值班電廠(chǎng)不實(shí)用。

我們對攔污柵水位測量系統進(jìn)行了反復對比，優(yōu)化得出最后的方案設計，采用超聲波物位計對柵前、柵后水位進(jìn)行實(shí)時(shí)準確監測，用PLC對采集量進(jìn)行處理。并且把實(shí)時(shí)水位和壓差數據送到中控室，顯示和越限報警。同時(shí)采用RS422/RS232接口，又把實(shí)時(shí)數據送到大壩集中控制室工控機，處理成計算機通信報文，最終將采集量送到電廠(chǎng)計算機監控系統上位機。

該項目實(shí)施后不僅滿(mǎn)足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點(diǎn)實(shí)時(shí)監測，及報警功能，而且結束了攔污柵測量系統獨立工作，無(wú)法與電廠(chǎng)計算機監控系統通訊的局面。實(shí)現與閘門(mén)系統的監視功能、控制功能以及故障時(shí)ON-CALL尋呼系統功能的集成。滿(mǎn)足了無(wú)人值班電站的需要。該技術(shù)在云南省電力系統還是第一家。
今后，我們打算將攔污柵柵前水位（即壩前水位）送給水輪機調速器系統，實(shí)現自動(dòng)調整水頭，使機組在最優(yōu)工況下運行。

二、超聲波物位計測量水位的原理以及安裝要求

超聲波物位計工作時(shí)，高頻脈沖聲波由換能器（探頭）發(fā)出，遇被測物體（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一換能器（探頭）接收，轉換成電信號。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間（聲波的運動(dòng)時(shí)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(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示：S=　C×T/2

例如：聲速C=344m/s，傳輸時(shí)間為50ms，即可算出傳輸的距離為17.2m，測定距離為8.6m。

系統如下：

如上圖可以看出新系統由超聲波物位計（兩個(gè)換能器和一塊控制表）、數模轉換模塊（型號為：FXON-3A）、可編程控制器（即PLC）、七段管碼顯示器和兩塊“上潤”儀表組成。具體工作原理如下：

物位計具有強勁發(fā)射力的換能器，微處理器程序控制，智能信號處理技術(shù)，可實(shí)現多種典型工況軟件處理模式，使物位計能適應固體、液體、粉塵、蒸汽、泡沫等復雜工況。紅外線(xiàn)遙控編程調節、操作簡(jiǎn)單方便，并帶有液晶顯示。物位計可以配單通道、雙通道、多通道三種型號控制表，各種控制表都有各通道相對應的4　-　-20mA的電流信號輸出?！?
　　安裝換能器時(shí)應使換能器發(fā)出的聲波垂直于被測物體，使換能器能接收到較多的物體反射回來(lái)的聲波，使測量更精確。在被測物體與換能器之間不能存在任何物體，以免使聲波被遮攔物反射給換能器，造成實(shí)測距離為換能器與遮攔物之間的距離。另外，為防止電磁干擾，換能器到控制表之間的傳輸線(xiàn)務(wù)必使用屏蔽電纜?！?

三、可編程超聲波式攔污柵水位測量系統在田壩電站應用產(chǎn)生的效果

用超聲波物位計測量大壩水位目前在國內尚不普遍，技術(shù)上尚無(wú)經(jīng)驗可以借鑒。在這樣的情況下，我們充分利用PLC與超聲波物位計這一領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，按照總體規劃，長(cháng)遠考慮，一次到位，避免重復改造，重復投資的這一原則，對該項目進(jìn)行自行設計，全面順利地完成了這一課題。在該領(lǐng)域取得了較有價(jià)值的經(jīng)驗。為目前我國國內水電站實(shí)現對大壩水位監測系統提供了一個(gè)可以借鑒的范例。

目前能夠成功實(shí)現攔污柵水位遠方實(shí)時(shí)監測的電廠(chǎng)并不多，漫灣發(fā)電廠(chǎng)的這一課題項目已實(shí)現這一目標。從應用的效果看，能夠滿(mǎn)足電廠(chǎng)對攔污柵柵前、柵后水位及前后壓差的實(shí)時(shí)監測和報警。提高了防洪渡訊的應變能力和壩區水位控制的自動(dòng)化手段，該項目在國內處于先進(jìn)行列。

可編程超聲波式攔污柵水位測量系統投入2萬(wàn)余元，在云南省漫灣發(fā)電廠(chǎng)田壩電站使用中,已取得了很好的效益。杜絕了過(guò)去由于值班人員在中控室不能實(shí)時(shí)監測壓差，造成當壓差快越限時(shí)，不能及時(shí)調整機組和閘門(mén)的運行方式，使得壓差繼續增大，被迫停機清渣，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟損失，和攔污柵壓塌的事故隱患。

四、結束語(yǔ)

可編程超聲波式攔污柵水位測量系統研制成功及運用,提高了漫灣發(fā)電廠(chǎng)田壩電站的運行可靠性，安全性。將進(jìn)一步提高漫灣發(fā)電廠(chǎng)自動(dòng)化水平，為防洪渡汛提供技術(shù)支持，為進(jìn)一步鞏固無(wú)人值班（少人值守）奠定了基礎。

液位計相關(guān)文章:磁翻板液位計原理

電流變送器相關(guān)文章:電流變送器原理