可編程超聲波物位計在田壩電站攔污柵上的應用

一、超聲波物位計沒測量水位概況

攔污柵位于進水口前，其作用為攔住雜物，防止雜物進入水輪機蝸殼，影響機組正常運行。機組長期運行后，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。當壓力超過攔污柵所能承受的限度時，將發(fā)生攔污柵壓塌的重大事故。為避免該事故的發(fā)生，水電廠一般采用測量攔污柵前、后水位差，來判斷攔污柵目前承受的壓力，是否超出警界線，來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105MW的混流式機組，在汛期利用漫灣發(fā)電廠的棄水發(fā)電，在系統(tǒng)中承擔腰荷。由于其進水口位于江水拐彎處，容易聚集江水中漂來的渣滓，又由于離漫灣發(fā)電廠表孔泄洪門較遠，渣滓不容易排走，而長時間滯留于進水口門攔污柵前，造成堵塞，使得柵前、柵后水位產(chǎn)生差值。對攔污柵形成較大的壓力。電廠必須對該壓力進行實時監(jiān)測，防患于未然。但目前攔污柵水位測量準確、可靠性低，實際運行中，需要運行班人員定期到現(xiàn)地測量。這樣既不能達到實時監(jiān)測，又給“無人值班，少人值守”的電站提出了一個嚴峻的問題。

帶著問題，我們進行了大量調(diào)研，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。其缺點為：測量精度低，不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動和傳感器堵塞導致測不準；維護工作量大，安裝、調(diào)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(jiān)控系統(tǒng)。對無人值班電廠不實用。

我們對攔污柵水位測量系統(tǒng)進行了反復對比，優(yōu)化得出最后的方案設計，采用超聲波物位計對柵前、柵后水位進行實時準確監(jiān)測，用PLC對采集量進行處理。并且把實時水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室，顯示和越限報警。同時采用RS422/RS232接口，又把實時數(shù)據(jù)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計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機。

該項目實施后不僅滿足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點實時監(jiān)測，及報警功能，而且結束了攔污柵測量系統(tǒng)獨立工作，無法與電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)通訊的局面。實現(xiàn)與閘門系統(tǒng)的監(jiān)視功能、控制功能以及故障時ON-CALL尋呼系統(tǒng)功能的集成。滿足了無人值班電站的需要。該技術在云南省電力系統(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）送給水輪機調(diào)速器系統(tǒng)，實現(xiàn)自動調(diào)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，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(zhuǎn)換成電信號。脈沖發(fā)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?shù)木嚯xS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/2

例如：聲速C=344m/s，傳輸時間為50ms，即可算出傳輸?shù)木嚯x為17.2m，測定距離為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（兩個換能器和一塊控制表）、數(shù)模轉(zhuǎn)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，可實現(xiàn)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。紅外線遙控編程調(diào)節(jié)、操作簡單方便，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務必使用屏蔽電纜?！?

三、可編程超聲波式攔污柵水位測量系統(tǒng)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(nèi)尚不普遍，技術上尚無經(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域的先進技術，按照總體規(guī)劃，長遠考慮，一次到位，避免重復改造，重復投資的這一原則，對該項目進行自行設計，全面順利地完成了這一課題。在該領域取得了較有價值的經(jīng)驗。為目前我國國內(nèi)水電站實現(xiàn)對大壩水位監(jiān)測系統(tǒng)提供了一個可以借鑒的范例。

目前能夠成功實現(xiàn)攔污柵水位遠方實時監(jiān)測的電廠并不多，漫灣發(fā)電廠的這一課題項目已實現(xiàn)這一目標。從應用的效果看，能夠滿足電廠對攔污柵柵前、柵后水位及前后壓差的實時監(jiān)測和報警。提高了防洪渡訊的應變能力和壩區(qū)水位控制的自動化手段，該項目在國內(nèi)處于先進行列。

可編程超聲波式攔污柵水位測量系統(tǒng)投入2萬余元，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。杜絕了過去由于值班人員在中控室不能實時監(jiān)測壓差，造成當壓差快越限時，不能及時調(diào)整機組和閘門的運行方式，使得壓差繼續(xù)增大，被迫停機清渣，給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失，和攔污柵壓塌的事故隱患。

四、結束語

可編程超聲波式攔污柵水位測量系統(tǒng)研制成功及運用,提高了漫灣發(fā)電廠田壩電站的運行可靠性，安全性。將進一步提高漫灣發(fā)電廠自動化水平，為防洪渡汛提供技術支持，為進一步鞏固無人值班（少人值守）奠定了基礎。

液位計相關文章:磁翻板液位計原理

電流變送器相關文章:電流變送器原理