[科普中国]-水电站非电气量测量

简介

水电站各类非电气运行参数的检测技术。非电气运行参数即非电气量，指的是温度、压力、液位(水位和油位)、水头、液流、流量、差压、转速、开度等等，供监视、控制、调节、制表记录、安全保护、数据传输之用。非电气量的测量，一般通过传感器(或称变换器)把被测量的非电气量转换成模拟量或数字量1。

温度测量水轮发电机组需要测量温度的部位有推力轴承、导轴承，发电机定子铁芯和绕组的温度，发电机冷却器进、出口空气的温度，变压器油温，空气压缩机轴承温度，调速器回油箱油温等。

温度测量的方法有:

①利用丙酮、氯甲烷、氯乙烷作为工作介质的电触点压力式温度计，用来监视推力轴承、导轴承等处的温度，不仅可通过它的表盘标度直观了解温度的量值，而且当温度超过整定值还可发出控制指令或报警信号。但这种温度计对温度反应不够灵敏，待它报警信号触点动作，轴瓦往往已经烧坏。

②动圈式温度指示调节仪与热电阻配套使用、敏感元件有铜热电阻和铂热电阻等，将它埋入需要测量温度的部位，随温度升降而改变其电阻值的大小，通过调节仪的表面标度可直接读出温度量，而且当温度超过限值可发出控制指令或报警信号。

③手动测温装置。水轮发电机组的测温点很多，大容量机组可达近百点，不可能每个测温点都单独装温度计，因此大部分测温点的温度只能定时切换测量。靠运行入员定期手动切换多触点开关。逐点测量各测温点的温度并用于抄录。

④利用巡回检测装置或计算机监控系统定期对各测温点的温度进行打印制表。当巡检到某一测温点，如果该点温度超过预先整定值，立即自动发出报警信号。 主变压器、空气压缩机等处的测温点很少，一般可单独装设温度信号计2。

压力测量水电站中需要测量压力的部位有调速器的油压装置，快速闸门、阀门控制用的油压或水压装置，断路器液动或气动机构。高、低压压缩空气系统，水轮机轴密封润滑系统、蜗壳压力和尾水管真空度，机组冷却水系统、机械制动系统等处。

通常采用的测量压力的方法有：

①带触点的压力表，它是有标度指示并能发信号的仪表。

②压力信号计，它没有标度，利用弹簧管的变形带动杠杆系统，推动水银开关来发相应信号。

③压力变送器，其中一种是当测压元件在压力作用下产生位移，输出相应的信号，需与自动电位差计及毫伏变送器二次仪表配套使用;另一种是将压力转换为电量的压力变送器。

④波纹管式压力计，存在压力时，波纹管产生位移而显示压力。

差压测量水电站许多部位需要测量差压。如拦污橱堵塞可直接反映栅前和栅后的差压而发信号。供水管道上可利用测量差压来表示水流流通，当水流堵断、差压为零，发出信号。有时也利用差压原理构成钢管爆破保护。

测量差压的装置有:

①双波纹管差压计，存在差压时，波纹管受力位移，变成相应的扭角使显示仪表显示差压。

②膜片(或称膜盒)式差压计，是利用膜片作测压元件，存在差压时，膜片产生位移而产生输出，这套差压计与其他仪表配套可分别进行指示、记录或报警3。

液位、水头测量水电站水库水位、尾水水位、集水井水位、调相时测量转轮下部水位、水轮发电机组轴承油槽油位，调速器以及闸门、阀门控制用的压油槽、回油箱、漏抽箱等处的油位均需装设液位测量装置。上述液位测量装置有些是供测量指示用，而大多数参与自动控制、发报瞥信号，也有两者兼用。因此针对不同的用途要配备不同的测量装置。测量水库水位和尾水水位，以前较多采用浮筒式测量装置。浮筒放在水上随水位升降而升降，由它通过钢续绳带动鼓形轮转动，从而带动发送自整角机。由发送自整角机通过电联系带动远距离的接收自整角机。按自整角机转动角度刻成的标度来显示水位。如果测量水库水位和尾水水位的接收自整角机改为差动式自整角机，根据上下游水位测量的发送器转角差测得的上下游水位差，即水电站的毛水头。另外，还采用浮筒通过测绳传动机构来带动位置编码器，由显示器来显示水位。近年来国内外均研制了声波水位计，它是利用回声测量、数字显示、并可远距离传送的测量装置。水位计是由声头、波导管和主机组成。声头是将主机发射的电脉冲转换为声脉冲沿波导管向下传播。当遇到波导管内设的标记和水面，就以标记波和水面波的形式先后反射回声头，声头将这些波转换成电信号，送入主机放大计数运算后显示水位的实际标高。

用于自动控制和报警的液位信号器有:

①钢浮子式液位信号器，由浮子、导管、湿(或干)簧触点等组成，液面的变化，使带有永久磁钢的浮子相应变化，至预定的位置时，湿簧或干簧触点动作、发出信号。

②压力式液位计，按受压力的大小来确定是否发信号。

③灯泡浮子型液位信号器，每个浮子内装有一个水银开关，随着液位的变化，浮子按预先整定的位置翻转，使水银开关动作，发出信号。

④电极式水位信号器，它利用电极来测量不同水位，水位上升使某一电极浸水，此电极与已浸入水中的电极构成电通路而发出信号1。

液流监测需要监测液流的部位有:水轮发电机水冷却器出口、轴承水冷却器出口、变压器循环油系统。

监测液流的装置有:

①差压计是利用有液流通过管道孔板时孔板两侧存在差压、液流中断时平压的原理对液流进行监视。

②档板式示流信号器是利用液流冲动档板翻转，使之与其连动的永久磁钢接近湿簧触点而动作，液流中断，湿簧触点释放而发信号。

③磁钢浮筒式示流信号器，当有液流时，藉流速将浮筒及永久磁环推动上移至预定位置时，使湿簧触点断开，当液流中断，浮筒与磁环下落，湿簧触点接通发出信号。

④靶式示流信号器，当通液流时，靶及靶杆受力带动微动开关使其触点断开，断流时，微动开关复原，接通触点、发出信号3。

流量测量长期以来一直利用膜盒式差压计来测量水轮机流量，但精度与可靠性均达不到应有的要求。近年来生产了超声波流量计，它是利用水的声学特性来测量流量。因为水的流速变化会引起声速的变化。利用顺水流与逆水流的频率差，直接测量水流流量2。

转速测量转速检测是用在机组过速保护、自动投切同步装置、投电气或机械制动系统等。常用的转速检测装置有机械型和电气型两种。机械型转速信号器是利用离心力作用构成的。电气型转速信号器可由装在发电机轴上的永磁发电机提供电源，利用永磁发电机电压与转速成线性关系构成转速信号器，也可利用装在发电机轴上齿盘形成的电脉冲经放大运算后组成转速信号器。还可通过装在发电机引出线上的电压互感器提供电源构成数字式转速信号器3。

闸门开度测量一般采用自整角机式，装在闸门上反映闸门开度的发送自整角机与装在显示地点的接收自整角机配套，由装在接收自整角机上的标度来显示闸门开度。也有采用码盘式装置来显示闸门开度，随闸门开度变化带动编码器，再送往显示器显示开度大小1。