水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)【專(zhuān)業(yè)知識(shí)】

1、第六章水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 童文勇,1,行業(yè)相關(guān),第一節(jié)水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目的和內(nèi)容,一、水力監(jiān)測(cè)的目的 為保證水電站的安全運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為考查己投入運(yùn)行機(jī)組的性能，促進(jìn)水力機(jī)械基礎(chǔ)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(cè)的內(nèi)容 1、全廠性測(cè)量項(xiàng)目 對(duì)水電站上、下游水位及裝置水頭和水庫(kù)的溫度等。 2、機(jī)組段測(cè)量項(xiàng)目 攔污柵前、后壓差，水輪機(jī)工作水頭、水輪機(jī)流量、空蝕、振動(dòng)、軸位移、相對(duì)效率等。 三、水力監(jiān)測(cè)的要求 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及研究，對(duì)被測(cè)參數(shù)狀態(tài)應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確地反映。,2,行業(yè)相關(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,一、溫度儀表 1、玻璃溫度計(jì)：感溫液體（水銀或有機(jī)體），熱脹冷縮原理

2、。 類(lèi)型：WNG型（水銀），適用500度以下；WNY型（有機(jī)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(guān)系的金屬材料或半導(dǎo)體材料。 類(lèi)型：WZG型銅熱電阻測(cè)溫元件。如WZG410X和WZG001型。 3、壓力式溫度計(jì) 原理：封閉系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力與溫度的關(guān)系。 類(lèi)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(diǎn)式兩種。,3,行業(yè)相關(guān),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(jì) 彈性式壓力計(jì)是以彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形作為測(cè)量基礎(chǔ)的。可分為薄膜式、波紋管式和彈簧管式。前兩種多用于幾微壓和低壓測(cè)量，后一種用于高、中、

3、低壓以及真空度的測(cè)量。 類(lèi)型：Y型（壓力），Z型（真空）和YZ型 被測(cè)壓力最小值應(yīng)不低于壓力表刻度全量程的1/3，最大不宜超過(guò)2/3以便保證測(cè)量精度。 有0.250.5等級(jí)，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(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,2.電接點(diǎn)壓力表 3.壓力信號(hào)器（壓力變送器） 4.差壓計(jì) CW型雙波紋管差壓計(jì)：根據(jù)位移式原理動(dòng)作的。 當(dāng)連結(jié)右移時(shí)，通過(guò)固定在連結(jié)軸1的擋板4，使擺桿7扭動(dòng)扭力管5動(dòng)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(shuō)是與儀表差壓測(cè)量值P

4、是成正比的。,B3,B1,B2,1,4,5,7,6,5,行業(yè)相關(guān),CW型雙波紋管差壓計(jì),6,行業(yè)相關(guān),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(jì)。 2.浮力式液位儀表 （1）鋼帶式浮子液位計(jì) 浮子受浮力作用浮在液體表面表面上， 液位值通過(guò)測(cè)量鋼帶和減速齒輪傳送到指示器上， 測(cè)量鋼帶起始于鋼帶輪受到盤(pán)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(pán)簧拉力， 使鋼帶保持著一個(gè)恒定的受力狀態(tài)，只有當(dāng)液位上升或下降時(shí)力發(fā)生變化使原有的力平衡受到破壞， 此時(shí)在盤(pán)簧力的作用下立即進(jìn)行調(diào)節(jié)使浮子隨液位變化， 同時(shí)液位的變化也通過(guò)鋼帶傳給了指示器。

5、UTY型浮筒式遙測(cè)液位計(jì)與UTZ型液位指示器組成。,7,行業(yè)相關(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,（2）感應(yīng)式浮子液位計(jì) 由磁性浮子與電氣接點(diǎn)開(kāi)關(guān)組成。 （3）超聲波式浮子液位計(jì) （4）翻板式液位計(jì),8,行業(yè)相關(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,3.電極式水位信號(hào)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(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,四、流量計(jì)與示流器 1、差壓流量計(jì),孔板式流量計(jì),文丘管式流量計(jì),10,行業(yè)相關(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,2、電磁流量計(jì) 當(dāng)液體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（見(jiàn)圖）。如果磁場(chǎng)垂直于流動(dòng)液體的電絕緣管道，而液體的電導(dǎo)率又不太低，則裝在管壁上的兩個(gè)電極

6、之間可測(cè)量到一個(gè)電壓，這電壓同磁通量密度、液體的平均流速以及兩個(gè)電極之間的距離成正比。這樣，就可以測(cè)得液體的流速，進(jìn)而測(cè)得液體的流量。,11,行業(yè)相關(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,3、渦輪流量計(jì) 被測(cè)流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉(zhuǎn)速也大，再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計(jì)脈沖數(shù)即可求出瞬時(shí)流量和累積流量。,12,行業(yè)相關(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,4、超聲波流量計(jì) 圖示是超聲波流量計(jì)原理圖。在被測(cè)管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)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(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的時(shí)間差t、相位差或頻率差f等方法，可測(cè)量出流體的平均速度及流量。,13,行業(yè)相關(guān),第二節(jié)水電站常用儀表,5、示流器與示流信號(hào)器 SLX型雙向示流信號(hào)器是用來(lái)監(jiān)視管路中的水流流量，當(dāng)流量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，示流信號(hào)器發(fā)出電信號(hào)。反饋到保護(hù)系統(tǒng)或控制流量的系統(tǒng)中去，從而保護(hù)主設(shè)備能正常工作。 由噴嘴系統(tǒng)、杠桿、微動(dòng)開(kāi)關(guān)及指示部分組成。,14,行業(yè)相關(guān),第三節(jié)上下游水位的測(cè)量,一、水位與水頭測(cè)量的目的和方法 （一）目的 由水庫(kù)的水位確定蓄

8、水量可制定水庫(kù)最佳運(yùn)行方案，對(duì)梯級(jí)電站可執(zhí)行集中調(diào)度；計(jì)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(jì)（大中型） 常用浮子式液位計(jì)和超聲波式液位計(jì) UTY型和XBC2型USS51型回聲式,15,行業(yè)相關(guān),第三節(jié)上下游水位的測(cè)量,二、儀表選擇 遙測(cè)液位計(jì)的儀表主要包括發(fā)送器和接收器，一般浮標(biāo)式遙測(cè)液位計(jì)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(shè)置一套。 三、儀表安裝位置 UTY型發(fā)送器安裝在壩頂或水庫(kù)旁，XBC型接收器安裝在控制室或機(jī)旁屏上。,16,行業(yè)相關(guān),第四

9、節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,一、測(cè)量?jī)?nèi)容 水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)包括：攔污柵前、后的壓差；蝸殼進(jìn)口斷面的壓力；尾水管進(jìn)口斷面的壓力和真空度；尾水管出口斷面的壓力；水輪機(jī)工作水頭和水輪機(jī)頂蓋壓力以及尾水管的水力特性等項(xiàng)目。 二、進(jìn)口攔污柵前、后壓力差的監(jiān)測(cè) 當(dāng)攔污柵被污物堵塞時(shí)，其前后壓力差會(huì)顯著增加，輕則會(huì)影響機(jī)組出力，重則壓垮攔污柵。所以，一般電站應(yīng)設(shè)置進(jìn)口攔污柵前后壓力差監(jiān)視設(shè)備。一般前后壓力差為24cm或按式下計(jì)算,17,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,18,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,（1）儀表選擇 首先應(yīng)選定測(cè)壓斷面，并計(jì)算兩斷面間

10、的水頭損失，然后確定攔污柵清污及停機(jī)信號(hào)整定值?？刹捎肬TY2型浮標(biāo)式發(fā)送液壓計(jì)，選2個(gè)配1個(gè)XBC2 型接收器。 目前，不少中、小型水電采用自動(dòng)巡檢系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)。 （2）儀表位置確定 UTY2型浮標(biāo)式發(fā)送液壓計(jì)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(jī)層二次儀表在中控室。 （3）測(cè)點(diǎn)布置 對(duì)于雙波紋液管差壓計(jì)與差壓變送器布置在最低水位以下。而浮標(biāo)式液位計(jì)布置在水位以上。,19,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,三、蝸殼進(jìn)口壓力測(cè)量 測(cè)量機(jī)組在甩負(fù)荷和正常運(yùn)行時(shí)蝸殼進(jìn)口壓力值，檢測(cè)壓力鋼管末端的實(shí)際水頭值和壓力波動(dòng)情況。被測(cè)壓力最大值可

11、按下式計(jì)算,20,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,（1）儀表選擇 根據(jù)被測(cè)壓力的最大值選擇儀表的量程，并確定儀表的型號(hào)。一般選用YB型標(biāo)準(zhǔn)壓力表或Y型普通壓力表；對(duì)于采用自動(dòng)巡檢系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng)應(yīng)選用DBY型差壓變送器。 （2）儀表位置確定 一般安裝在水輪機(jī)層的儀表盤(pán)上。 （3）測(cè)點(diǎn)布置 蝸殼進(jìn)口斷面應(yīng)設(shè)置4點(diǎn)用均壓管連接（見(jiàn)書(shū)圖620），從環(huán)管引出測(cè)壓管，在測(cè)壓管上再安裝測(cè)壓表。,21,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,四、尾水管的真空測(cè)量 尾水管進(jìn)口斷面真空測(cè)量目的是在于分析水輪機(jī)產(chǎn)生空蝕和振動(dòng)原因，以及檢驗(yàn)補(bǔ)氣裝置的工作效果。 （1）尾水管進(jìn)口斷

12、面邊界上最小靜壓絕對(duì)壓力 尾水管進(jìn)口斷面邊界最小靜壓絕對(duì)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(jī)開(kāi)始以100突然關(guān)閉至零）時(shí)來(lái)確定。,22,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,尾水管最大真度為 （2）尾水管進(jìn)口斷面邊界上最大壓力值尾水管進(jìn)口斷面邊界是最大壓力值按下游最高洪水位并當(dāng)機(jī)組突然增加負(fù)荷100%時(shí)所產(chǎn)生的最大正水錘來(lái)確定。按下式計(jì)算,23,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)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(cè)點(diǎn)布置 尾水管進(jìn)口斷面，直錐段，均勻布置4個(gè)

13、測(cè)點(diǎn)。 五、水輪機(jī)頂蓋壓力測(cè)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(cè)量?jī)x表集中裝設(shè)在水輪機(jī)層的儀表盤(pán)上。,24,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,六、水輪機(jī)工作水頭測(cè)量水輪機(jī)工作水頭是機(jī)組運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)，它在數(shù)值上等于水輪機(jī)進(jìn)口及出口斷面水流總比能之差。對(duì)于反擊式水輪機(jī)可由下式表示,25,行業(yè)相關(guān),第四節(jié)水輪機(jī)過(guò)水系統(tǒng)壓力、壓差和真空測(cè)量,1測(cè)量?jī)x表的選擇 測(cè)量?jī)x表的型式可根據(jù)水頭的變化范圍、要求的測(cè)量精度及數(shù)據(jù)的傳輸方式來(lái)選擇。常用壓力水頭儀表有YB型標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)考慮水錘附加值。被測(cè)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(cè)量精度，對(duì)儀表起到安全保護(hù)作用。 2測(cè)點(diǎn)與儀表的布置 （1）儀表位置：為了減少測(cè)壓管路長(zhǎng)度和對(duì)所測(cè)參數(shù)的影響，在可能的條件下，儀表應(yīng)盡量靠近測(cè)點(diǎn)布置。壓力表與差壓變送器在水輪機(jī)層，且必須在最低尾水位以下，以免影響測(cè)量精度。對(duì)二次指示儀表一般布置在中控室儀表盤(pán)上。 （2）測(cè)點(diǎn)布置：壓力鋼管進(jìn)口斷面，按45o 方向?qū)ΨQ(chēng)布置4點(diǎn)，尾水管出口斷面測(cè)點(diǎn)要求多于5個(gè)點(diǎn)。,26,行業(yè)相關(guān),第五節(jié)水輪機(jī)流量測(cè)量,一、目的 水輪機(jī)流量

15、測(cè)量對(duì)于實(shí)現(xiàn)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shí)踐證明，安裝后的真機(jī)效率由于各種原因與模型換算出來(lái)的數(shù)值有較大差異，因此，機(jī)組投入運(yùn)行后應(yīng)該進(jìn)行效率試驗(yàn)。為了獲得較準(zhǔn)確的真機(jī)效率，就必須用比較精確的方法測(cè)定水輪機(jī)流量。另外，通過(guò)不同工況的真機(jī)效率試驗(yàn)，測(cè)出機(jī)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(jī)組間之間或電站之間的負(fù)荷分配。還可以根據(jù)機(jī)組或電站的某一時(shí)段的耗水量，推求水庫(kù)的漏水量，以及可以針對(duì)水庫(kù)現(xiàn)存水量進(jìn)行有規(guī)律的調(diào)度等。,27,行業(yè)相關(guān),第五節(jié)水輪機(jī)流量測(cè)量,水輪機(jī)測(cè)流方法通常有蝸殼測(cè)流法、水錘法、流速儀法和濃度法

16、等。蝸殼測(cè)流是水輪機(jī)流量測(cè)量最為簡(jiǎn)便的一種方法，對(duì)有蝸殼的機(jī)組中，一般都可以采用此方法；在真機(jī)效率試驗(yàn)中，可以采用水錘法等方法進(jìn)行精密測(cè)量和較正其他流計(jì)。這里主要采用蝸殼測(cè)流法。 二、蝸殼測(cè)流法 1蝸殼測(cè)流法原理蝸殼測(cè)流法根據(jù)反擊式水輪機(jī)蝸殼中的水流，若不計(jì)水力損失時(shí)，蝸殼中的水流符合等速度矩定律，即，VURconst 。,28,行業(yè)相關(guān),第五節(jié)水輪機(jī)流量測(cè)量,蝸殼測(cè)流法的原理由伀式如下 許多電站現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(shí)可能不符合平方根關(guān)系，則要對(duì)上述關(guān)系式進(jìn)行修正。,29,行業(yè)相關(guān),第五節(jié)水輪機(jī)流量測(cè)量,2儀表選擇 根據(jù)計(jì)算的測(cè)壓點(diǎn)的差差值選擇儀表量程。儀表的型式根據(jù)被測(cè)參數(shù)的顯示和傳輸方法不同而選用不同儀表。對(duì)于只需要現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)瞬時(shí)值時(shí)，可采用CWD280型或CWD282型雙波吸管差壓計(jì)。對(duì)于需要將流量參數(shù)用電信號(hào)傳到中控室，可選用CWC276型、CWD276型或DBL型電動(dòng)單元組含儀表的電動(dòng)差壓流量變送器。 3測(cè)點(diǎn)布置與儀表位置 通常測(cè)壓孔是布置在同一徑向斷面上，這個(gè)測(cè)壓斷面應(yīng)選擇在蝸殼進(jìn)水側(cè)，在水流轉(zhuǎn)過(guò)45o90o角的地方，并且有較大的流量通過(guò)其斷面。為了適應(yīng)流量的變化，通常在蝸殼內(nèi)緣設(shè)置23個(gè)低壓測(cè)孔；為獲得足