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      軸承油槽油位磁翻板液位計存在的問題及解決方法

       摘 要:液位計選型不合適、安裝不當、低頻磁場的干擾處理不及時和自身故障等問題易引發水電站水輪發電機組軸承油槽油位磁翻板液位計磁開關誤動作,信號誤開出,造成嚴重事故和經濟損失。列舉磁翻板液位計選型和安裝等方面存在的問題,分析磁開關誤動作的原因,提出相應的解決方法。

       
       引言
      水電廠各軸承油槽均需要安裝液位計,以便于運行人員實時對油槽油位進行監視檢查,確保油槽液位在正常范圍內運行。當前,水電站普遍在推進無人值班生產模式,磁翻板液位計能否準確且快速地反映油槽液位變化情況,決定了生產人員能否及時對機組運行狀況的掌握,是使其能快速準確采取措施保障機組穩定運行的關鍵。然而液位計選型不合適、安裝不當、自身故障等問題易導致其無法準確反映油槽液位實際情況,誤導運行人員采取錯誤的手段,造成嚴重的后果。相關學者針對具體問題進行有益探索和研究,如戴祥、焦凱等[1-2]對磁翻板液位計磁開關磁化干擾源進行了研究,分析了磁開關誤動作的原因,并提出了有效防范措施;柳麗榮、徐奇達、李德濤、許濤等[3-6]介紹了三暢磁翻板液位計選購過程中的注意事項以及在使用過程中存在的問題,并相應地提出了處理方法;袁明等[7]進行了三暢磁翻板液位計現場校準方法探究;羅萬里[8]將常見的液位測量儀表進行性價比較,探索出一種新型、優良、價廉的液位測量儀表的工作原理、技術參數和調校方法, 以上相關成果的研究也助推了磁翻板液位計改新應用和技術提升。本文分析了水電廠水輪發電機組軸承油槽油位磁翻板液位計造成磁開關誤動作的原因,從選型、安裝、冗余設計和防干擾措施等方面進行針對性改進和研究。
       
      1  磁翻板液位計工作原理
      磁翻板液位計根據浮力原理和磁性耦合作用研制而成。側裝式液位計與油槽通過測法蘭相連接,這樣液位計中液位的變化與油槽內實際液位的變化相一致,隨著液位的上升下降帶動管內磁性鋼組件的浮子上升或下降,外部一側是磁翻板顯示部件,一半為紅色,一半為白色。當磁性浮子上升下降推動安裝在頂部的磁翻柱轉動,從而將液位信號反映出來。磁性浮子的運動同時也影響到液位計管壁上安裝的傳感器,傳感器通過采樣液位的變化并轉換為標準的電信號傳輸至監控系統。傳感器由干簧管和電阻組成,當磁性浮子位置變換后,磁場通過器壁帶動傳感器內干簧管觸電吸合,干簧管吸合位置決定回路阻抗的大小,一般為 10mm 1 組,回路電阻大小正好與液位高低成正比,這樣置于傳感器外殼內的變送器將電阻信號轉換為標準電流信號,送至監控系統。為保證上送信號的及時性,根據需要在三暢磁翻板液位計管壁上設置數個磁性開關。當磁性浮子上升或下降通過這些磁性開關所處位置時,將觸發磁性開關內部觸點動作,以開關量形式將報警信號傳輸至監控系統。磁翻板油位計構造見圖 1。
       磁翻板油位計構造示意圖
      2  存在問題
      2.1  安裝不當
      磁翻板液位計安裝位置必須與地面垂直,磁性浮球位置主要受到自身重力和浮力影響。因此若磁翻板整體安裝位置傾斜,會造成浮球與管壁摩擦力增大,影響浮球正常上浮。另外,三暢磁翻板液位計在安裝過程中由于自身整體重量較大的原因,側面與罐體連接的引流管受力較大,因此在量程較大(一般為 3m 以上)時必須在中間安裝輔助支撐裝置,用以減少引流管受力。
       
      若磁翻板液位計安裝不當,將導致磁性浮球卡澀不能準確反映出油槽實際液位,導致運行人員誤判油位情況,從而進行錯誤的加油或排油工作。油位過高將導致機組運行時產生甩油,污染其他設備,油位過低則無法使軸瓦得到有效冷卻,瓦溫升高,嚴重導致機組燒瓦停機。
       
      在振動大的環境內,引流管受力較大,在其與油槽焊接部位可能發生斷裂,油槽中的油將大量傾瀉而出。這將威脅到軸瓦的正常運行,導致機組停運。
       
      2.2  量程選擇不當
      當機組運行時油槽中的油也將隨機組大軸旋轉,由于離心力的作用,靠近油槽壁的油位將會有顯著升高的情況。此時量程較小且不滿足油槽油位,實際的三暢磁翻板液位計顯示的液位將顯著高于停機時的液位值。同時旋轉運動的油液會沿機組大軸方向上下波動,迫使設置于此的磁性開關被反復觸發,上位機將出現信號刷屏,嚴重影響運行人員工作。提高磁翻板液位計位置雖然可以避免液位過高信號被觸發,可又將使液位低和過低信號被觸發。
       
      量程過小的磁翻板液位計其有效距離較短,設置磁性開關在磁翻板液位計管壁將會緊湊,后期磁性開關位置的調整十分困難,磁性開關可移動位置有限,后期調整報警值不便。機組靜止油位與運行時油位示意圖見圖 2。
      機組靜止油位與運行時油位示意圖
      2.3  未進行冗余設置
      目前,水電廠均已實現自動化和信息化,均要求信號上送及時準確,單套三暢磁翻板液位計不能滿足無人值班要求。當僅有的 1 套三暢磁翻板液位計發生故障,油槽液位情況將失去監控,監控系統有誤開出風險。消缺人員在處理故障時缺少參考對照,從而加大了故障處理的難度。同時機組運行中油槽油位可能存在局部的差異,單套磁翻板液位計不能全面及時反映油槽中油位的實際情況。
       
      2.4  磁場干擾
      將磁翻板液位計安裝在水電機組附近時,一旦設備處于運行狀態,電纜中會產生磁場,使磁開關受到影響,發生誤動作現象。另外,由于目前水電站無人值班要求,均會在磁翻板上設置多個磁性開關,這些磁性開關設置位置較近時會發生相互干擾,即磁浮子磁性較強,當觸發 1 個磁開關動作后,會連帶觸發相鄰的磁開關動作,報送錯誤的信號給監控系統。
       
      3  解決方法
      3.1  磁翻板液位計選擇合適
      以單機 25×104kW 的發電機為例,以其推力油槽尺寸選擇量程為 450mm(即磁翻板液位計法蘭口 1 與法蘭口 2 之間的中心距為 450mm)的磁翻板液位計 2 套。每個磁翻板液位計均應配備 1 個液位變送器將液位信號轉換為 4-20mA模擬量輸出至監控系統。設置 4 個磁性開關,分別定義為液位過高、液位高、液位低、液位過低。各磁性開關之間距離合適。磁翻板液位計原理圖見圖 3。
      磁翻板液位計原理圖
      3.2  安裝位置合理,工藝符合要求
      安裝時液位計必須垂直,以保證磁性浮子能夠在主導管內上下運動自如,沒有卡澀。磁性浮子運動能帶動翻板正確翻轉,翻板不存在卡死或不動現象。引流管焊接的工藝要求及焊縫內部質量應符合 GB50236《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》的規定。安裝位置遠離強磁電纜。
       
      往油槽中注油,當油位略高于磁翻板液位計實際零位時停止注油,并測量磁翻板液位變送器模擬量輸入略大于 4mA,用鋼卷尺測量油槽底部油位值,即為該液位計測點零點。繼續往油槽中注油,至磁翻板指示需校準的主刻度處,待油面穩定后測量磁翻板液位變送器模擬量輸出電流及油位值,故磁翻板液位計測量液位 = 油位值 - 液位計測點零點。根據報警定值將磁性開關安裝到位,安裝液位高和液位過高磁性開關前需從液位所處位置以下向上滑動至液位以上,確保磁性開關動作復歸。必須保證液位低和過低磁性開關均設置在上下法蘭之間,超出下法蘭設置將無法被觸發。另一套三暢磁翻板液位計周向對稱安裝在該套磁翻板液位計對側,2 套三暢磁翻板液位計呈180°。單套磁翻板液位計安裝位置應盡量遠離油槽內筋板。
       
      3.3  設置冗余
      2 套磁翻板做與邏輯,當 2 套同時報液位過高/ 過低時判斷為液位異常,觸發監控系統報警信號。
       
      3.4  防干擾措施
      通常情況下,永久磁體在工作時會產生靜磁場,而磁翻板液位計中的浮子含有永久磁鋼,當其處于運行狀態時,會產生一定量的靜磁場,會使磁開關受到影響。因此,在制作靜磁屏蔽器時,可將高磁導率的材料制成屏蔽罩,以起到磁場屏蔽效果。主要是因為磁場會產生閉合的環線,在其范圍內會對物體造成影響。由于屏蔽罩的磁導率比空氣大,靜磁場會沿著遮蔽罩通過,從而改變磁場方向,使屏蔽罩內部的磁開關不會受到靜磁場的影響而發生磁化現象,保證其正常運行。
       
      4  結語
      通過數據分析和檢修過程中發現的問題,有針對性地對水電站水輪發電機組軸承油槽油位磁翻板液位計進行方法改進和技術提升,實現了磁翻板液位計的液位精準測量,保證了推力軸承的正常運行,大大減少了一般故障的發生,提高了機組的穩定運行效率。
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