可編程超聲波物位計(jì)在田壩電站攔污柵上的應(yīng)用

一、超聲波物位計(jì)沒(méi)測(cè)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(jī)蝸殼，影響機(jī)組正常運(yùn)行。機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行后，必然導(dǎo)致攔污柵前渣滓堵塞，使柵前、柵后水位產(chǎn)生差值，對(duì)欄污柵形成一定的水壓力。當(dāng)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，水電廠一般采用測(cè)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，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)電廠大壩左岸，裝有一臺(tái)105MW的混流式機(jī)組，在汛期利用漫灣發(fā)電廠的棄水發(fā)電，在系統(tǒng)中承擔(dān)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)電廠表孔泄洪門較遠(yuǎn)，渣滓不容易排走，而長(zhǎng)時(shí)間滯留于進(jìn)水口門攔污柵前，造成堵塞，使得柵前、柵后水位產(chǎn)生差值。對(duì)攔污柵形成較大的壓力。電廠必須對(duì)該壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防患于未然。但目前攔污柵水位測(cè)量準(zhǔn)確、可靠性低，實(shí)際運(yùn)行中，需要運(yùn)行班人員定期到現(xiàn)地測(cè)量。這樣既不能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，又給“無(wú)人值班，少人值守”的電站提出了一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。

帶著問(wèn)題，我們進(jìn)行了大量調(diào)研，目前水電站多采用浮子式液位計(jì)或投入式液位計(jì)來(lái)進(jìn)行水位測(cè)量。其缺點(diǎn)為：測(cè)量精度低，不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn)；維護(hù)工作量大，安裝、調(diào)試不便，采集到的僅是模擬告警信號(hào)，不能直接進(jìn)入電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)無(wú)人值班電廠不實(shí)用。

我們對(duì)攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了反復(fù)對(duì)比，優(yōu)化得出最后的方案設(shè)計(jì)，采用超聲波物位計(jì)對(duì)柵前、柵后水位進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，用PLC對(duì)采集量進(jìn)行處理。并且把實(shí)時(shí)水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室，顯示和越限報(bào)警。同時(shí)采用RS422/RS232接口，又把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到大壩集中控制室工控機(jī)，處理成計(jì)算機(jī)通信報(bào)文，最終將采集量送到電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。

該項(xiàng)目實(shí)施后不僅滿足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及報(bào)警功能，而且結(jié)束了攔污柵測(cè)量系統(tǒng)獨(dú)立工作，無(wú)法與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊的局面。實(shí)現(xiàn)與閘門系統(tǒng)的監(jiān)視功能、控制功能以及故障時(shí)ON-CALL尋呼系統(tǒng)功能的集成。滿足了無(wú)人值班電站的需要。該技術(shù)在云南省電力系統(tǒng)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(jī)調(diào)速器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整水頭，使機(jī)組在最優(yōu)工況下運(yùn)行。

二、超聲波物位計(jì)測(cè)量水位的原理以及安裝要求

超聲波物位計(jì)工作時(shí)，高頻脈沖聲波由換能器（探頭）發(fā)出，遇被測(cè)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(zhuǎn)換成電信號(hào)。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間（聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間）與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸?shù)木嚯xS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?shù)木嚯x為17.2m，測(cè)定距離為8.6m。

系統(tǒng)如下：

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

物位計(jì)具有強(qiáng)勁發(fā)射力的換能器，微處理器程序控制，智能信號(hào)處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多種典型工況軟件處理模式，使物位計(jì)能適應(yīng)固體、液體、粉塵、蒸汽、泡沫等復(fù)雜工況。紅外線遙控編程調(diào)節(jié)、操作簡(jiǎn)單方便，并帶有液晶顯示。物位計(jì)可以配單通道、雙通道、多通道三種型號(hào)控制表，各種控制表都有各通道相對(duì)應(yīng)的4　-　-20mA的電流信號(hào)輸出。　
　　安裝換能器時(shí)應(yīng)使換能器發(fā)出的聲波垂直于被測(cè)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(cè)量更精確。在被測(cè)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(cè)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務(wù)必使用屏蔽電纜。　

三、可編程超聲波式攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)在田壩電站應(yīng)用產(chǎn)生的效果

用超聲波物位計(jì)測(cè)量大壩水位目前在國(guó)內(nèi)尚不普遍，技術(shù)上尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)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(jì)這一領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，按照總體規(guī)劃，長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，一次到位，避免重復(fù)改造，重復(fù)投資的這一原則，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，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(yàn)。為目前我國(guó)國(guó)內(nèi)水電站實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)可以借鑒的范例。

目前能夠成功實(shí)現(xiàn)攔污柵水位遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電廠并不多，漫灣發(fā)電廠的這一課題項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。從應(yīng)用的效果看，能夠滿足電廠對(duì)攔污柵柵前、柵后水位及前后壓差的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。提高了防洪渡訊的應(yīng)變能力和壩區(qū)水位控制的自動(dòng)化手段，該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)行列。

可編程超聲波式攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)投入2萬(wàn)余元，在云南省漫灣發(fā)電廠田壩電站使用中,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(jiān)測(cè)壓差，造成當(dāng)壓差快越限時(shí)，不能及時(shí)調(diào)整機(jī)組和閘門的運(yùn)行方式，使得壓差繼續(xù)增大，被迫停機(jī)清渣，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，和攔污柵壓塌的事故隱患。

四、結(jié)束語(yǔ)

可編程超聲波式攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)研制成功及運(yùn)用,提高了漫灣發(fā)電廠田壩電站的運(yùn)行可靠性，安全性。將進(jìn)一步提高漫灣發(fā)電廠自動(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(chǔ)。

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