水力監(jiān)測系統(tǒng)【專業(yè)知識】

1、第六章水力監(jiān)測系統(tǒng),福建水利電力職業(yè)技術學院 童文勇,1,行業(yè)相關,第一節(jié)水力監(jiān)測系統(tǒng)目的和內(nèi)容,一、水力監(jiān)測的目的 為保證水電站的安全運行和實現(xiàn)經(jīng)濟運行，為考查己投入運行機組的性能，促進水力機械基礎理論的發(fā)展提供和積累必要的數(shù)據(jù)資料 二、水力監(jiān)測的內(nèi)容 1、全廠性測量項目 對水電站上、下游水位及裝置水頭和水庫的溫度等。 2、機組段測量項目 攔污柵前、后壓差，水輪機工作水頭、水輪機流量、空蝕、振動、軸位移、相對效率等。 三、水力監(jiān)測的要求 經(jīng)濟運行及研究，對被測參數(shù)狀態(tài)應及時、準確地反映。,2,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,一、溫度儀表 1、玻璃溫度計：感溫液體（水銀或有機體），熱脹冷縮原理

2、。 類型：WNG型（水銀），適用500度以下；WNY型（有機體） ，適用100度100度。 2、銅熱電阻溫度元件 原理：電阻與溫度的線性關系的金屬材料或半導體材料。 類型：WZG型銅熱電阻測溫元件。如WZG410X和WZG001型。 3、壓力式溫度計 原理：封閉系統(tǒng)中工作介質的壓力與溫度的關系。 類型：WTZ型（液體飽和蒸氣）和WTQ型（氣體）。 分為指示式和指示帶接點式兩種。,3,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,二、壓力表和差壓儀表 1彈性式壓力計 彈性式壓力計是以彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形作為測量基礎的?？煞譃楸∧な健⒉y管式和彈簧管式。前兩種多用于幾微壓和低壓測量，后一種用于高、中、

3、低壓以及真空度的測量。 類型：Y型（壓力），Z型（真空）和YZ型 被測壓力最小值應不低于壓力表刻度全量程的1/3，最大不宜超過2/3以便保證測量精度。 有0.250.5等級，如1.5表示最大允許基本誤差為1.5%，最大允許回程誤差為1.5%，指針輕敲位移最大允許誤差為0.75%。,4,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,2.電接點壓力表 3.壓力信號器（壓力變送器） 4.差壓計 CW型雙波紋管差壓計：根據(jù)位移式原理動作的。 當連結右移時，通過固定在連結軸1的擋板4，使擺桿7扭動扭力管5動作，經(jīng)心軸6以扭力管 同樣的扭角輸給顯小儀表，因此，輸出扭角與波紋管位移量 成正比，也就是說是與儀表差壓測量值P

4、是成正比的。,B3,B1,B2,1,4,5,7,6,5,行業(yè)相關,CW型雙波紋管差壓計,6,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,三、液位儀表 1.直讀式液位儀表 如直讀水尺，U形管液位計。 2.浮力式液位儀表 （1）鋼帶式浮子液位計 浮子受浮力作用浮在液體表面表面上， 液位值通過測量鋼帶和減速齒輪傳送到指示器上， 測量鋼帶起始于鋼帶輪受到盤簧的作用保持一定張力，由于鋼帶的另一端受到浮子的重力作用、加上浮力和盤簧拉力， 使鋼帶保持著一個恒定的受力狀態(tài)，只有當液位上升或下降時力發(fā)生變化使原有的力平衡受到破壞， 此時在盤簧力的作用下立即進行調節(jié)使浮子隨液位變化， 同時液位的變化也通過鋼帶傳給了指示器。

5、UTY型浮筒式遙測液位計與UTZ型液位指示器組成。,7,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,（2）感應式浮子液位計 由磁性浮子與電氣接點開關組成。 （3）超聲波式浮子液位計 （4）翻板式液位計,8,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,3.電極式水位信號器 4.差壓式液位儀表 根據(jù)靜壓力與液位高度成正比原理。,9,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,四、流量計與示流器 1、差壓流量計,孔板式流量計,文丘管式流量計,10,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,2、電磁流量計 當液體在磁場中運動時，根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生感應電動勢（見圖）。如果磁場垂直于流動液體的電絕緣管道，而液體的電導率又不太低，則裝在管壁上的兩個電極

6、之間可測量到一個電壓，這電壓同磁通量密度、液體的平均流速以及兩個電極之間的距離成正比。這樣，就可以測得液體的流速，進而測得液體的流量。,11,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,3、渦輪流量計 被測流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉，渦輪的轉速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉速也大，再經(jīng)磁電轉換裝置把渦輪的轉速轉換為相應頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進行計數(shù)和顯示，根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。,12,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,4、超聲波流量計 圖示是超聲波流量計原理圖。在被測管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(fā)射和接收探頭（F1，T1

7、）、（F2，T2）。其中（F1，T1）的超聲波是順流傳播的，而（F2，T2）的超聲波是逆流傳播的。根據(jù)這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，采用測量兩接收探頭上超聲波傳播的時間差t、相位差或頻率差f等方法，可測量出流體的平均速度及流量。,13,行業(yè)相關,第二節(jié)水電站常用儀表,5、示流器與示流信號器 SLX型雙向示流信號器是用來監(jiān)視管路中的水流流量，當流量達到設定值時，示流信號器發(fā)出電信號。反饋到保護系統(tǒng)或控制流量的系統(tǒng)中去，從而保護主設備能正常工作。 由噴嘴系統(tǒng)、杠桿、微動開關及指示部分組成。,14,行業(yè)相關,第三節(jié)上下游水位的測量,一、水位與水頭測量的目的和方法 （一）目的 由水庫的水位確定蓄

8、水量可制定水庫最佳運行方案，對梯級電站可執(zhí)行集中調度；計算電站水頭和推算吸出高度等。 （二）方法 1、直讀水尺（中小型） 2、液位計（大中型） 常用浮子式液位計和超聲波式液位計 UTY型和XBC2型USS51型回聲式,15,行業(yè)相關,第三節(jié)上下游水位的測量,二、儀表選擇 遙測液位計的儀表主要包括發(fā)送器和接收器，一般浮標式遙測液位計由UTY2型發(fā)送器與XBC2型接收器組成。它的型式和范圍有UTY2：10、20、30、40m ；XBC2：20、40m等幾種；通常要求上、下游各設置一套。 三、儀表安裝位置 UTY型發(fā)送器安裝在壩頂或水庫旁，XBC型接收器安裝在控制室或機旁屏上。,16,行業(yè)相關,第四

9、節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,一、測量內(nèi)容 水輪機過水系統(tǒng)的監(jiān)測包括：攔污柵前、后的壓差；蝸殼進口斷面的壓力；尾水管進口斷面的壓力和真空度；尾水管出口斷面的壓力；水輪機工作水頭和水輪機頂蓋壓力以及尾水管的水力特性等項目。 二、進口攔污柵前、后壓力差的監(jiān)測 當攔污柵被污物堵塞時，其前后壓力差會顯著增加，輕則會影響機組出力，重則壓垮攔污柵。所以，一般電站應設置進口攔污柵前后壓力差監(jiān)視設備。一般前后壓力差為24cm或按式下計算,17,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,18,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,（1）儀表選擇 首先應選定測壓斷面，并計算兩斷面間

10、的水頭損失，然后確定攔污柵清污及停機信號整定值?？刹捎肬TY2型浮標式發(fā)送液壓計，選2個配1個XBC2 型接收器。 目前，不少中、小型水電采用自動巡檢系統(tǒng)或計算機綜合監(jiān)控系統(tǒng)。 （2）儀表位置確定 UTY2型浮標式發(fā)送液壓計在攔污柵附近室內(nèi)XBC2型接收器在中央控制室。發(fā)送器在壩體廊道或水輪機層二次儀表在中控室。 （3）測點布置 對于雙波紋液管差壓計與差壓變送器布置在最低水位以下。而浮標式液位計布置在水位以上。,19,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,三、蝸殼進口壓力測量 測量機組在甩負荷和正常運行時蝸殼進口壓力值，檢測壓力鋼管末端的實際水頭值和壓力波動情況。被測壓力最大值可

11、按下式計算,20,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,（1）儀表選擇 根據(jù)被測壓力的最大值選擇儀表的量程，并確定儀表的型號。一般選用YB型標準壓力表或Y型普通壓力表；對于采用自動巡檢系統(tǒng)或計算機綜合系統(tǒng)應選用DBY型差壓變送器。 （2）儀表位置確定 一般安裝在水輪機層的儀表盤上。 （3）測點布置 蝸殼進口斷面應設置4點用均壓管連接（見書圖620），從環(huán)管引出測壓管，在測壓管上再安裝測壓表。,21,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,四、尾水管的真空測量 尾水管進口斷面真空測量目的是在于分析水輪機產(chǎn)生空蝕和振動原因，以及檢驗補氣裝置的工作效果。 （1）尾水管進口斷

12、面邊界上最小靜壓絕對壓力 尾水管進口斷面邊界最小靜壓絕對壓力的確定方法，按下游最低水位并產(chǎn)生水錘壓力下降（即水輪機開始以100突然關閉至零）時來確定。,22,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,尾水管最大真度為 （2）尾水管進口斷面邊界上最大壓力值尾水管進口斷面邊界是最大壓力值按下游最高洪水位并當機組突然增加負荷100%時所產(chǎn)生的最大正水錘來確定。按下式計算,23,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,（3）儀表選擇 一般由H與P3靜max選真空表0760mm水銀柱壓力為03Kgf/cm2 的YZ型壓力真空表。 （4）測點布置 尾水管進口斷面，直錐段，均勻布置4個

13、測點。 五、水輪機頂蓋壓力測量 （1）儀表選擇：選用Y型普通壓力表或YB型壓力真空表 （2）儀表位置：一般把所有測量儀表集中裝設在水輪機層的儀表盤上。,24,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,六、水輪機工作水頭測量水輪機工作水頭是機組運行中的一個重要參數(shù)，它在數(shù)值上等于水輪機進口及出口斷面水流總比能之差。對于反擊式水輪機可由下式表示,25,行業(yè)相關,第四節(jié)水輪機過水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測量,1測量儀表的選擇 測量儀表的型式可根據(jù)水頭的變化范圍、要求的測量精度及數(shù)據(jù)的傳輸方式來選擇。常用壓力水頭儀表有YB型標準壓力表、Y型普通壓力表和DBY型壓力變送器等。 可選用YB型標準壓力

14、表或Y型普通壓力表或DBC型差壓變送器，按最大作用水頭Hmax ，同時考慮水錘附加值。被測壓力最大值不大于儀表儀表量程上限的2/3，同最小值不低于儀表量程的1/3，從而保證儀表的測量精度，對儀表起到安全保護作用。 2測點與儀表的布置 （1）儀表位置：為了減少測壓管路長度和對所測參數(shù)的影響，在可能的條件下，儀表應盡量靠近測點布置。壓力表與差壓變送器在水輪機層，且必須在最低尾水位以下，以免影響測量精度。對二次指示儀表一般布置在中控室儀表盤上。 （2）測點布置：壓力鋼管進口斷面，按45o 方向對稱布置4點，尾水管出口斷面測點要求多于5個點。,26,行業(yè)相關,第五節(jié)水輪機流量測量,一、目的 水輪機流量

15、測量對于實現(xiàn)水電站經(jīng)濟運行有差重要的意義。即在保證一定出的情況下，總耗水量為最小。實踐證明，安裝后的真機效率由于各種原因與模型換算出來的數(shù)值有較大差異，因此，機組投入運行后應該進行效率試驗。為了獲得較準確的真機效率，就必須用比較精確的方法測定水輪機流量。另外，通過不同工況的真機效率試驗，測出機組或電站在各種同出力情況下的效率和耗水量值，籍以繪制總效率曲線和耗水量，制定機組間之間或電站之間的負荷分配。還可以根據(jù)機組或電站的某一時段的耗水量，推求水庫的漏水量，以及可以針對水庫現(xiàn)存水量進行有規(guī)律的調度等。,27,行業(yè)相關,第五節(jié)水輪機流量測量,水輪機測流方法通常有蝸殼測流法、水錘法、流速儀法和濃度法

16、等。蝸殼測流是水輪機流量測量最為簡便的一種方法，對有蝸殼的機組中，一般都可以采用此方法；在真機效率試驗中，可以采用水錘法等方法進行精密測量和較正其他流計。這里主要采用蝸殼測流法。 二、蝸殼測流法 1蝸殼測流法原理蝸殼測流法根據(jù)反擊式水輪機蝸殼中的水流，若不計水力損失時，蝸殼中的水流符合等速度矩定律，即，VURconst 。,28,行業(yè)相關,第五節(jié)水輪機流量測量,蝸殼測流法的原理由伀式如下 許多電站現(xiàn)場試驗證明：蝸殼流量系數(shù)在不同水頭下幾乎不變，保持為一常數(shù)。只有在水頭不大于10m的低水頭水電站，流量與壓差有時可能不符合平方根關系，則要對上述關系式進行修正。,29,行業(yè)相關,第五節(jié)水輪機流量測量,2儀表選擇 根據(jù)計算的測壓點的差差值選擇儀表量程。儀表的型式根據(jù)被測參數(shù)的顯示和傳輸方法不同而選用不同儀表。對于只需要現(xiàn)場觀測瞬時值時，可采用CWD280型或CWD282型雙波吸管差壓計。對于需要將流量參數(shù)用電信號傳到中控室，可選用CWC276型、CWD276型或DBL型電動單元組含儀表的電動差壓流量變送器。 3測點布置與儀表位置 通常測壓孔是布置在同一徑向斷面上，這個測壓斷面應選擇在蝸殼進水側，在水流轉過45o90o角的地方，并且有較大的流量通過其斷面。為了適應流量的變化，通常在蝸殼內(nèi)緣設置23個低壓測孔；為獲得足