智能型電磁流量計在供水系統中的技術改造與實施
點擊次數：1661 發布時間：2021-01-01 13:15:17
摘要：技術供水系統是水電廠輔助設備中最基本的系統之一。水電廠技術供水系統包括技術供水、消防供水和生活供水。為準確監視機組技術供水水管流量，提高機組安全運行指標，大化電廠結合技術供水現況，研究決定進行技術改造 , 增設帶現場顯示的智能型電磁流量計，解決技術供水水管流量實時監視問題，便于運行人員及時掌握機組技術供水情況及日常巡回檢查。經過改造 , 達到了預期目的。
1 概述
大化水力發電總廠位于紅水河中游，是紅水河流域 10 個梯級電站中的第六級，下轄大化電廠和百龍灘電廠，總裝機容量為 758MW。大化電廠一期工程在右岸，共有 4 臺水輪發電機組，二期工程在左岸，1 臺水輪發電機組，總裝機容量 566MW，設計多年平均發電量為 28.63 億 kW.h。1998 年起用 4 年時間進行增容改造，改造后總裝機容量為4×11.4 萬千瓦，二期工程于 2007 年 7 月 26 日正式開工建設，在原大壩左岸增加了 1 臺 11 萬千瓦的機組 , 2009 年 6 月底投產發電。
2、右岸技術供水情況
大化電廠技術供水包括右岸和左岸供水，本文以右岸 3 號機技術供水系統增設帶現場顯示智能型電磁流量計技術改造方案為例進行分析說明。右岸技術供水系統（見圖 1）由各機組單元蝸殼取水主水源、濾水器、主供水泵、正反向切換閥（3202 閥與 3204 閥開為反向取水，3203 閥與 3205閥開為正向取水，運行時只開其中一種）、備用水源、備用濾水器、備用供水泵和備用總水管構成一個整體，并通過 0211 閥與廠房消防水系統相連接，可通過主水源自流供水、主水源水泵增壓供水、備用水源自流供水、備用水源水泵增壓供水等不同供水方式向機組推力軸承冷卻器和發導軸承冷卻器、水導軸承冷卻器、發電機空氣冷卻器提供冷卻水源。機組技術供水正常運行采用單元蝸殼取水的供水方式運行，以備用水源供水為輔。機組主軸密封用水分別取自生活供水水源和技術供水備用總管水源，向機組大軸提供可調水壓端面密封水源。在現場配置一個技術供水現地單元柜，實現對機組技術供水系統設備自動控制、故障保護及報警。柜內配置可編程 PLC 控制系統，電控柜對主供增壓泵、3202 至 3208 電動碟閥進行流程控制。
由技術供水現地單元觸摸屏或監控上位機進行開、關閥操作。機組正常運行時，技術供水現地單元柜控制把手應置于“遠控”方式運行，由監控上位機進行遠程操作，把手置于“現地”方式，由技術供水現地單元柜觸摸屏進行操作。設定機組停機 10 分鐘后自動關閉技術供水，該功能由開停機啟停技術供水壓板控制。自流供水時，濾過器前壓力小于 0.25MPa，應清掃蝸殼取水口；水泵供水時，濾過器前壓力小于 0.20MPa，應改用備用供水，進行蝸殼取水口的清掃。機組檢修恢復前，技術供水系統必須進行耐壓試驗 , 合格后方可投入運行。耐壓參數：P=0.3MPa，t=30 分鐘。
3、技術供水改造原因
機組自動開機時，會自動下發指令開啟技術供水，機組冷卻水中斷信號作為開機條件之一，其中冷卻水中斷信號包括推力冷卻水中斷及水導冷卻水中斷。大化電廠是水庫無調節的水電廠，水位落差變化快，而原大化電廠右岸技術供水示流器無流量顯示，無法監視到供水水管流量大小，對開機及監視機組安全運行非常不利，影響機組備用可靠性，對電網系統緊急斷面調峰調頻有惡劣影響。為了方便運行人員掌握機組技術供水實時情況 , 確保機組正常開啟及安全穩定運行，研究決定增設帶現場顯示的智能型電磁流量計。
4、改造方案及實施
技術供水系統設有主、備用水源。主水源是蝸殼取水，作為機組技術供水的主用水源。備用水源有兩個，一個是設在 1 號機段的壩前取水，取水口高程為 145m，另一個是同 4 號機組蝸殼取水共用取水口的蝸殼備用取水。兩路備用水源均接到備用總水管，并通過 X207 閥分別與各臺機組的技術供水系統相連通（見圖 2）。
4.1、改造原則
本次改造采用寶得 burkert8045 型智能型電磁流量計 , 是集溫度、壓力、流量傳感器和智能流量積算儀于一體的新一代高精度、高可靠性的精密計量儀表。一體式智能型電磁流量計包括一個流量傳感器和一個帶顯示器的發送器，外殼為 IP 65 防濺。具有與流量成正比的 4~20mA 標準輸出信號，電子線路故障時提供 22mA 的故障信號。
4.2、安裝說明
現場安裝時應注意遠離可能對其產生干擾的大型設備，防止長期的熱輻射和其他如磁場直射等環境影響。為確保高測量精度和較好的零點穩定性，進行校正前，智能型電磁流量計應裝入工藝介質中至少 24 小時電極鈍化。安裝的管路設計應確保管道始終充滿流體，防止測量誤差，管路設計圖見圖 3。
垂直安裝時確保流向由下而上，如圖 4 中箭頭所示，應與管道水平中心線成 45 度角安裝智能型電磁流量計。
測量流向取決于智能型電磁流量計的安裝方位，將智能型電磁流量計在接頭上旋轉 180 度即可反向。正流向時，智能型電磁流量計的突耳應在上游方向。流量顯示總是正的，而累加器可以根據流向增加或者減少。安裝中確認管路設計不允許在介質中產生氣泡或空腔，否則將引起測量誤差（見圖 5）。
4.3、安裝位置
右岸廠房 3 號機推力冷卻供水管安裝 3 組智能型電磁流量計，分別位于 3 號機推力冷卻器正向供水（反向排水）3259 閥、3 號機推力冷卻器正向供水（反向排水）3263 閥、3 號機推力冷卻器正向供水（反向排水）3267 閥后；發導冷卻供水管安裝 2 組智能型電磁流量計，位于 3 號機發導冷卻器正向供水（反向排水）3271 閥、3 號機發導冷卻器反向供水（正向排水）3270 閥門后； 水導冷卻供水管安裝 1 組智能型電磁流量計, 位于 3 號機水導正向供水（反向排水）3217 閥門后，智能型電磁流量計安裝位置要保證上游直管長度為 10DN，下游直管長度 5DN（見圖 6）。安裝在推力冷卻供水管的 3 組智能型電磁流量計和水導冷卻供水管 1 組智能型電磁流量計取代原有的示流器。
請確認管路設計不允許在介質中產生氣泡或空腔，否則將引起測量誤差。
推力冷卻水智能型電磁流量計：3 個智能型電磁流量計開關量和 3 個原示流器開關量串接，送至監控系統作為機組開機條件判斷依據。發導冷卻水智能型電磁流量計：2 個智能型電磁流量計開關量串接，送至監控系統，作為機組開機條件判斷依據；
水導冷卻水智能型電磁流量計：1 個智能型電磁流量計開關量送至監控系統，作為機組開機條件判斷依據；
以上均采用模擬量三線制接法，上送至監控系統用于運行人員監視。
增加 3 號機發導冷卻水流量通斷測點作為機組開機條件中技術供水是否正常的判斷依據。
5、改造效果
5.1 技改后通過監控上位機
畫面可以實時監控推力、水導、發導流量，當水流量過低時發報警信號到監控上位機，掌握水流量實時數據。帶現場顯示智能型電磁流量計無機械可動部件，穩定可靠，壽命長，在安裝正確的條件下傳感器是免維護的，長期運行無須特殊維護 , 維護成本低。
5.2 實現了機電一體化，如在使用過程中傳感器被污染或阻塞可用水或其他與 PVDF 和SS316L 相容的清洗劑清洗。建議在清洗電極后 24小時或流體改變后進行零點校正。
5.3 日常的計量過程不需人工值守，測量信號既可就地顯示，也可按需遠傳。流量測量范圍較寬 , 可在孔板和渦街流量計無法涉足的部分小流量區域進行有效工作，體積小、重量輕，離線標定較為方便，工藝安裝條件不苛刻，儀表上、下游直管段可較孔板和渦街流量計大大縮短。
5.4 具有優異的量程比，在低流速或流量變化幅度較大的流域具有良好的適用性。
5.5 技術供水改造后 , 機組因技術供水流量中斷引起的開機不成功率降低，減少了因供水流量低對機組各軸承冷卻的影響，運行可靠，對機組安全運行提供一定的保障。
6、結語
本次技改解決了原大化電廠技術供水示流器無流量顯示、無法監視到供水水管流量大小、無法調整低流量報警定值功能難題。便于運行人員巡回監視，免于維護，提高效益，確保機組安全穩定運行。
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大化水力發電總廠位于紅水河中游，是紅水河流域 10 個梯級電站中的第六級，下轄大化電廠和百龍灘電廠，總裝機容量為 758MW。大化電廠一期工程在右岸，共有 4 臺水輪發電機組，二期工程在左岸，1 臺水輪發電機組，總裝機容量 566MW，設計多年平均發電量為 28.63 億 kW.h。1998 年起用 4 年時間進行增容改造，改造后總裝機容量為4×11.4 萬千瓦，二期工程于 2007 年 7 月 26 日正式開工建設，在原大壩左岸增加了 1 臺 11 萬千瓦的機組 , 2009 年 6 月底投產發電。
2、右岸技術供水情況
大化電廠技術供水包括右岸和左岸供水，本文以右岸 3 號機技術供水系統增設帶現場顯示智能型電磁流量計技術改造方案為例進行分析說明。右岸技術供水系統（見圖 1）由各機組單元蝸殼取水主水源、濾水器、主供水泵、正反向切換閥（3202 閥與 3204 閥開為反向取水，3203 閥與 3205閥開為正向取水，運行時只開其中一種）、備用水源、備用濾水器、備用供水泵和備用總水管構成一個整體，并通過 0211 閥與廠房消防水系統相連接，可通過主水源自流供水、主水源水泵增壓供水、備用水源自流供水、備用水源水泵增壓供水等不同供水方式向機組推力軸承冷卻器和發導軸承冷卻器、水導軸承冷卻器、發電機空氣冷卻器提供冷卻水源。機組技術供水正常運行采用單元蝸殼取水的供水方式運行，以備用水源供水為輔。機組主軸密封用水分別取自生活供水水源和技術供水備用總管水源，向機組大軸提供可調水壓端面密封水源。在現場配置一個技術供水現地單元柜，實現對機組技術供水系統設備自動控制、故障保護及報警。柜內配置可編程 PLC 控制系統，電控柜對主供增壓泵、3202 至 3208 電動碟閥進行流程控制。
由技術供水現地單元觸摸屏或監控上位機進行開、關閥操作。機組正常運行時，技術供水現地單元柜控制把手應置于“遠控”方式運行，由監控上位機進行遠程操作，把手置于“現地”方式，由技術供水現地單元柜觸摸屏進行操作。設定機組停機 10 分鐘后自動關閉技術供水，該功能由開停機啟停技術供水壓板控制。自流供水時，濾過器前壓力小于 0.25MPa，應清掃蝸殼取水口；水泵供水時，濾過器前壓力小于 0.20MPa，應改用備用供水，進行蝸殼取水口的清掃。機組檢修恢復前，技術供水系統必須進行耐壓試驗 , 合格后方可投入運行。耐壓參數：P=0.3MPa，t=30 分鐘。
3、技術供水改造原因
機組自動開機時，會自動下發指令開啟技術供水，機組冷卻水中斷信號作為開機條件之一，其中冷卻水中斷信號包括推力冷卻水中斷及水導冷卻水中斷。大化電廠是水庫無調節的水電廠，水位落差變化快，而原大化電廠右岸技術供水示流器無流量顯示，無法監視到供水水管流量大小，對開機及監視機組安全運行非常不利，影響機組備用可靠性，對電網系統緊急斷面調峰調頻有惡劣影響。為了方便運行人員掌握機組技術供水實時情況 , 確保機組正常開啟及安全穩定運行，研究決定增設帶現場顯示的智能型電磁流量計。
4、改造方案及實施
技術供水系統設有主、備用水源。主水源是蝸殼取水，作為機組技術供水的主用水源。備用水源有兩個，一個是設在 1 號機段的壩前取水，取水口高程為 145m，另一個是同 4 號機組蝸殼取水共用取水口的蝸殼備用取水。兩路備用水源均接到備用總水管，并通過 X207 閥分別與各臺機組的技術供水系統相連通（見圖 2）。
4.1、改造原則
本次改造采用寶得 burkert8045 型智能型電磁流量計 , 是集溫度、壓力、流量傳感器和智能流量積算儀于一體的新一代高精度、高可靠性的精密計量儀表。一體式智能型電磁流量計包括一個流量傳感器和一個帶顯示器的發送器，外殼為 IP 65 防濺。具有與流量成正比的 4~20mA 標準輸出信號，電子線路故障時提供 22mA 的故障信號。
4.2、安裝說明
現場安裝時應注意遠離可能對其產生干擾的大型設備，防止長期的熱輻射和其他如磁場直射等環境影響。為確保高測量精度和較好的零點穩定性，進行校正前，智能型電磁流量計應裝入工藝介質中至少 24 小時電極鈍化。安裝的管路設計應確保管道始終充滿流體，防止測量誤差，管路設計圖見圖 3。
垂直安裝時確保流向由下而上，如圖 4 中箭頭所示，應與管道水平中心線成 45 度角安裝智能型電磁流量計。
測量流向取決于智能型電磁流量計的安裝方位，將智能型電磁流量計在接頭上旋轉 180 度即可反向。正流向時，智能型電磁流量計的突耳應在上游方向。流量顯示總是正的，而累加器可以根據流向增加或者減少。安裝中確認管路設計不允許在介質中產生氣泡或空腔，否則將引起測量誤差（見圖 5）。
4.3、安裝位置
右岸廠房 3 號機推力冷卻供水管安裝 3 組智能型電磁流量計，分別位于 3 號機推力冷卻器正向供水（反向排水）3259 閥、3 號機推力冷卻器正向供水（反向排水）3263 閥、3 號機推力冷卻器正向供水（反向排水）3267 閥后；發導冷卻供水管安裝 2 組智能型電磁流量計，位于 3 號機發導冷卻器正向供水（反向排水）3271 閥、3 號機發導冷卻器反向供水（正向排水）3270 閥門后； 水導冷卻供水管安裝 1 組智能型電磁流量計, 位于 3 號機水導正向供水（反向排水）3217 閥門后，智能型電磁流量計安裝位置要保證上游直管長度為 10DN，下游直管長度 5DN（見圖 6）。安裝在推力冷卻供水管的 3 組智能型電磁流量計和水導冷卻供水管 1 組智能型電磁流量計取代原有的示流器。
請確認管路設計不允許在介質中產生氣泡或空腔，否則將引起測量誤差。
推力冷卻水智能型電磁流量計：3 個智能型電磁流量計開關量和 3 個原示流器開關量串接，送至監控系統作為機組開機條件判斷依據。發導冷卻水智能型電磁流量計：2 個智能型電磁流量計開關量串接，送至監控系統，作為機組開機條件判斷依據；
水導冷卻水智能型電磁流量計：1 個智能型電磁流量計開關量送至監控系統，作為機組開機條件判斷依據；
以上均采用模擬量三線制接法，上送至監控系統用于運行人員監視。
增加 3 號機發導冷卻水流量通斷測點作為機組開機條件中技術供水是否正常的判斷依據。
5、改造效果
5.1 技改后通過監控上位機
畫面可以實時監控推力、水導、發導流量，當水流量過低時發報警信號到監控上位機，掌握水流量實時數據。帶現場顯示智能型電磁流量計無機械可動部件，穩定可靠，壽命長，在安裝正確的條件下傳感器是免維護的，長期運行無須特殊維護 , 維護成本低。
5.2 實現了機電一體化，如在使用過程中傳感器被污染或阻塞可用水或其他與 PVDF 和SS316L 相容的清洗劑清洗。建議在清洗電極后 24小時或流體改變后進行零點校正。
5.3 日常的計量過程不需人工值守，測量信號既可就地顯示，也可按需遠傳。流量測量范圍較寬 , 可在孔板和渦街流量計無法涉足的部分小流量區域進行有效工作，體積小、重量輕，離線標定較為方便，工藝安裝條件不苛刻，儀表上、下游直管段可較孔板和渦街流量計大大縮短。
5.4 具有優異的量程比，在低流速或流量變化幅度較大的流域具有良好的適用性。
5.5 技術供水改造后 , 機組因技術供水流量中斷引起的開機不成功率降低，減少了因供水流量低對機組各軸承冷卻的影響，運行可靠，對機組安全運行提供一定的保障。
6、結語
本次技改解決了原大化電廠技術供水示流器無流量顯示、無法監視到供水水管流量大小、無法調整低流量報警定值功能難題。便于運行人員巡回監視，免于維護，提高效益，確保機組安全穩定運行。