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磁翻板液位计应用在测量轴承油槽油位中遇到的问题及解决方法

0  引言

 水电厂各轴承油槽均需要安装液位计,以便于运行人员实时对油槽油位进行监视检查,确保油槽液位在正常范围内运行。当前,水电站普遍在推进无人值班生产模式,能否准确且快速地反映油槽液位变化情况,决定了生产人员能否及时对机组运行状况的掌握,是使其能快速准确采取措施保障机组稳定运行的关键。然而液位计选型不合适、安装不当、自身故障等问题易导致其无法准确反映油槽液位实际情况,误导运行人员采取错误的手段,造成严重的后果。相关学者针对具体问题进行有益探索和研究,
 [1-2]对磁翻板液位计磁开关磁化干扰源进行了研究,分析了磁开关误动作的原因,并提出了有效防范措施;柳丽荣、徐奇达、李德涛、许涛等
 [3-6]介绍了磁翻板液位计选购过程中的注意事项以及在使用过程中存在的问题,并相应地提出了处理方法;袁明等[7]进行了磁翻板液位计现场校准方法探究;罗万里[8]将常见的液位测量仪表进行性价比较,探索出一种新型、优良、价廉的液位测量仪表的工作原理、技术参数和调校方法, 以上相关成果的研究也助推了磁翻板液位计改新应用和技术提升。本文分析了水电厂水轮发电机组轴承油槽油位磁翻板液位计造成磁开关误动作的原因,从选型、安装、冗余设计和防干扰措施等方面进行针对性改进和研究。
 
1  磁翻板液位计工作原理
磁翻板液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。侧装式液位计与油槽通过测法兰相连接,这样液位计中液位的变化与油槽内实际液位的变化相一致,随着液位的上升下降带动管内磁性钢组件的浮子上升或下降,外部一侧是磁翻板显示部件,一半为红色,一半为白色。当磁性浮子上升下降推动安装在顶部的磁翻柱转动,从而将液位信号反映出来。磁性浮子的运动同时也影响到液位计管壁上安装的传感器,传感器通过采样液位的变化并转换为标准的电信号传输至监控系统。传感器由干簧管和电阻组成,当磁性浮子位置变换后,磁场通过器壁带动传感器内干簧管触电吸合,干簧管吸合位置决定回路阻抗的大小,一般为 10mm 1 组,回路电阻大小正好与液位高低成正比,这样置于传感器外壳内的变送器将电阻信号转换为标准电流信号,送至监控系统。为保证上送信号的及时性,根据需要在磁翻板液位计管壁上设置数个磁性开关。当磁性浮子上升或下降通过这些磁性开关所处位置时,将触发磁性开关内部触点动作,以开关量形式将报警信号传输至监控系统。磁翻板油位计构造见图 1。

磁翻板液位计
 
2  存在问题
2.1  安装不当
磁翻板液位计安装位置必须与地面垂直,磁性浮球位置主要受到自身重力和浮力影响。因此若磁翻板整体安装位置倾斜,会造成浮球与管壁摩擦力增大,影响浮球正常上浮。另外,在安装过程中由于自身整体重量较大的原因,侧面与罐体连接的引流管受力较大,因此在量程较大(一般为 3m 以上)时必须在中间安装辅助支撑装置,用以减少引流管受力。若磁翻板液位计安装不当,将导致磁性浮球卡涩不能准确反映出油槽实际液位,导致运行人员误判油位情况,从而进行错误的加油或排油工作。油位过高将导致机组运行时产生甩油,污染其他设备,油位过低则无法使轴瓦得到有效冷却,瓦温升高,严重导致机组烧瓦停机。
在振动大的环境内,引流管受力较大,在其与油槽焊接部位可能发生断裂,油槽中的油将大量倾泻而出。这将威胁到轴瓦的正常运行,导致机组停运。
 
2.2  量程选择不当
当机组运行时油槽中的油也将随机组大轴旋转,由于离心力的作用,靠近油槽壁的油位将会有显著升高的情况。此时量程较小且不满足油槽油位,实际的磁翻板液位计显示的液位将显著高于停机时的液位值。同时旋转运动的油液会沿机组大轴方向上下波动,迫使设置于此的磁性开关被反复触发,上位机将出现信号刷屏,严重影响运行人员工作。提高磁翻板液位计位置虽然可以避免液位过高信号被触发,可又将使液位低和过低信号被触发。
量程过小的磁翻板液位计其有效距离较短,设置磁性开关在磁翻板液位计管壁将会紧凑,后期磁性开关位置的调整十分困难,磁性开关可移动位置有限,后期调整报警值不便。机组静止油位与运行时油位示意图见图 2。

磁翻板液位计
 
2.3  未进行冗余设置
目前,水电厂均已实现自动化和信息化,均要求信号上送及时准确,单套磁翻板液位计不能满足无人值班要求。当仅有的 1 套磁翻板液位计发生故障,油槽液位情况将失去监控,监控系统有误开出风险。消缺人员在处理故障时缺少参考对照,从而加大了故障处理的难度。同时机组运行中油槽油位可能存在局部的差异,单套磁翻板液位计不能全面及时反映油槽中油位的实际情况。
 
2.4  磁场干扰
将磁翻板液位计安装在水电机组附近时,一旦设备处于运行状态,电缆中会产生磁场,使磁开关受到影响,发生误动作现象。另外,由于目前水电站无人值班要求,均会在磁翻板上设置多个磁性开关,这些磁性开关设置位置较近时会发生相互干扰,即磁浮子磁性较强,当触发 1 个磁开关动作后,会连带触发相邻的磁开关动作,报送错误的信号给监控系统。
 
3  解决方法
 
3.1  磁翻板液位计选择合适
 
以单机 25×104kW 的发电机为例,以其推力油槽尺寸选择量程为 450mm(即磁翻板液位计法兰口 1 与法兰口 2 之间的中心距为 450mm)的磁翻板液位计 2 套。每个磁翻板液位计均应配备 1 个液位变送器将液位信号转换为 4-20mA模拟量输出至监控系统。设置 4 个磁性开关,分别定义为液位过高、液位高、液位低、液位过低。各磁性开关之间距离合适。磁翻板液位计原理图见图 3

磁翻板液位计
 
3.2  安装位置合理,工艺符合要求安装时液位计必须垂直,以保证磁性浮子能够在主导管内上下运动自如,没有卡涩。磁性浮子运动能带动翻板正确翻转,翻板不存在卡死或不动现象。引流管焊接的工艺要求及焊缝内部质量应符合 GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》的规定。安装位置远离强磁电缆。
 
往油槽中注油,当油位略高于磁翻板液位计实际零位时停止注油,并测量磁翻板液位变送器模拟量输入略大于 4mA,用钢卷尺测量油槽底部油位值,即为该液位计测点零点。继续往油槽中注油,至磁翻板指示需校准的主刻度处,待油面稳定后测量磁翻板液位变送器模拟量输出电流及油位值,故磁翻板液位计测量液位 = 油位值 - 液位计测点零点。根据报警定值将磁性开关安装到位,安装液位高和液位过高磁性开关前需从液位所处位置以下向上滑动至液位以上,确保磁性开关动作复归。必须保证液位低和过低磁性开关均设置在上下法兰之间,超出下法兰设置将无法被触发。另一套磁翻板液位计周向对称安装在该套磁翻板液位计对侧,2 套磁翻板液位计呈180°。单套磁翻板液位计安装位置应尽量远离油槽内筋板。
 
3.3  设置冗余2 套磁翻板做与逻辑,当 2 套同时报液位过高/ 过低时判断为液位异常,触发监控系统报警信号。

磁翻板液位计

3.4  防干扰措施通常情况下,*磁体在工作时会产生静磁场,而磁翻板液位计中的浮子含有*磁钢,当其处于运行状态时,会产生一定量的静磁场,会使磁开关受到影响。因此,在制作静磁屏蔽器时,可将高磁导率的材料制成屏蔽罩,以起到磁场屏蔽效果。主要是因为磁场会产生闭合的环线,在其范围内会对物体造成影响。由于屏蔽罩的磁导率比空气大,静磁场会沿着遮蔽罩通过,从而改变磁场方向,使屏蔽罩内部的磁开关不会受到静磁场的影响而发生磁化现象,保证其正常运行。
 
4  结语通过数据分析和检修过程中发现的问题,有针对性地对水电站水轮发电机组轴承油槽油位磁翻板液位计进行方法改进和技术提升,实现了磁翻板液位计的液位精准测量,保证了推力轴承的正常运行,大大减少了一般故障的发生,提高了机组的稳定运行效率。

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