水電站非電氣量測量

水電站非電氣量測量是指水電站各類非電氣運行參數的檢測技術。非電氣運行參數即非電氣量，指的是溫度、壓力、液位(水位和油位)、水頭、液流、流量、差壓、轉速、開度等等，供監視、控制、調節、制表記錄、安全保護、數據傳輸之用。非電氣量的測量，一般通過感測器(或稱變換器)把被測量的非電氣量轉換成模擬量或數字量。

基本介紹

• 中文名：水電站非電氣量測量
• 外文名：The non-electric capacity measurement of hydropower station
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 範圍：水電站
• 技術：感測器

簡介

水電站各類非電氣運行參數的檢測技術。非電氣運行參數即非電氣量，指的是溫度、壓力、液位(水位和油位)、水頭、液流、流量、差壓、轉速、開度等等，供監視、控制、調節、制表記錄、安全保護、數據傳輸之用。非電氣量的測量，一般通過感測器(或稱變換器)把被測量的非電氣量轉換成模擬量或數字量。

溫度測量

水輪發電機組需要測量溫度的部位有推力軸承、導軸承，發電機定子鐵芯和繞組的溫度，發電機冷卻器進、出口空氣的溫度，變壓器油溫，空氣壓縮機軸承溫度，調速器回油箱油溫等。

溫度測量的方法有:

①利用丙酮、氯甲烷、氯乙烷作為工作介質的電觸點壓力式溫度計，用來監視推力軸承、導軸承等處的溫度，不僅可通過它的錶盤標度直觀了解溫度的量值，而且當溫度超過整定值還可發出控制指令或報警信號。但這種溫度計對溫度反應不夠靈敏，待它報警信號觸點動作，軸瓦往往已經燒壞。

②動圈式溫度指示調節儀與熱電阻配套使用、敏感元件有銅熱電阻和鉑熱電阻等，將它埋入需要測量溫度的部位，隨溫度升降而改變其電阻值的大小，通過調節儀的表面標度可直接讀出溫度量，而且當溫度超過限值可發出控制指令或報警信號。

③手動測溫裝置。水輪發電機組的測溫點很多，大容量機組可達近百點，不可能每個測溫點都單獨裝溫度計，因此大部分測溫點的溫度只能定時切換測量。靠運行入員定期手動切換多觸點開關。逐點測量各測溫點的溫度並用於抄錄。

④利用巡迴檢測裝置或計算機監控系統定期對各測溫點的溫度進行列印制表。當巡檢到某一測溫點，如果該點溫度超過預先整定值，立即自動發出報警信號。 主變壓器、空氣壓縮機等處的測溫點很少，一般可單獨裝設溫度信號計。

壓力測量

水電站中需要測量壓力的部位有調速器的油壓裝置，快速閘門、閥門控制用的油壓或水壓裝置，斷路器液動或氣動機構。高、低壓壓縮空氣系統，水輪機軸密封潤滑系統、蝸殼壓力和尾水管真空度，機組冷卻水系統、機械制動系統等處。

通常採用的測量壓力的方法有：

①帶觸點的壓力表，它是有標度指示並能發信號的儀表。

②壓力信號計，它沒有標度，利用彈簧管的變形帶動槓桿系統，推動水銀開關來發相應信號。

③壓力變送器，其中一種是當測壓元件在壓力作用下產生位移，輸出相應的信號，需與自動電位差計及毫伏變送器二次儀表配套使用;另一種是將壓力轉換為電量的壓力變送器。

④波紋管式壓力計，存在壓力時，波紋管產生位移而顯示壓力。

差壓測量

水電站許多部位需要測量差壓。如攔污櫥堵塞可直接反映柵前和柵後的差壓而發信號。供水管道上可利用測量差壓來表示水流流通，當水流堵斷、差壓為零，發出信號。有時也利用差壓原理構成鋼管爆破保護。

測量差壓的裝置有:

①雙波紋管差壓計，存在差壓時，波紋管受力位移，變成相應的扭角使顯示儀表顯示差壓。

②膜片(或稱膜盒)式差壓計，是利用膜片作測壓元件，存在差壓時，膜片產生位移而產生輸出，這套差壓計與其他儀表配套可分別進行指示、記錄或報警。

液位、水頭測量

水電站水庫水位、尾水水位、集水井水位、調相時測量轉輪下部水位、水輪發電機組軸承油槽油位，調速器以及閘門、閥門控制用的壓油槽、回油箱、漏抽箱等處的油位均需裝設液位測量裝置。上述液位測量裝置有些是供測量指示用，而大多數參與自動控制、發報瞥信號，也有兩者兼用。因此針對不同的用途要配備不同的測量裝置。測量水庫水位和尾水水位，以前較多採用浮筒式測量裝置。浮筒放在水上隨水位升降而升降，由它通過鋼續繩帶動鼓形輪轉動，從而帶動傳送自整角機。由傳送自整角機通過電聯繫帶動遠距離的接收自整角機。按自整角機轉動角度刻成的標度來顯示水位。如果測量水庫水位和尾水水位的接收自整角機改為差動式自整角機，根據上下游水位測量的傳送器轉角差測得的上下游水位差，即水電站的毛水頭。另外，還採用浮筒通過測繩傳動機構來帶動位置編碼器，由顯示器來顯示水位。近年來國內外均研製了聲波水位計，它是利用回聲測量、數字顯示、並可遠距離傳送的測量裝置。水位計是由聲頭、波導管和主機組成。聲頭是將主機發射的電脈衝轉換為聲脈衝沿波導管向下傳播。當遇到波導管內設的標記和水面，就以標記波和水面波的形式先後反射回聲頭，聲頭將這些波轉換成電信號，送入主機放大計數運算後顯示水位的實際標高。

用於自動控制和報警的液位信號器有:

①鋼浮子式液位信號器，由浮子、導管、濕(或乾)簧觸點等組成，液面的變化，使帶有永久磁鋼的浮子相應變化，至預定的位置時，濕簧或乾簧觸點動作、發出信號。

②壓力式液位計，按受壓力的大小來確定是否發信號。

③燈泡浮子型液位信號器，每個浮子內裝有一個水銀開關，隨著液位的變化，浮子按預先整定的位置翻轉，使水銀開關動作，發出信號。

④電極式水位信號器，它利用電極來測量不同水位，水位上升使某一電極浸水，此電極與已浸入水中的電極構成電通路而發出信號。

液流監測

需要監測液流的部位有:水輪發電機水冷卻器出口、軸承水冷卻器出口、變壓器循環油系統。

監測液流的裝置有:

①差壓計是利用有液流通過管道孔板時孔板兩側存在差壓、液流中斷時平壓的原理對液流進行監視。

②檔板式示流信號器是利用液流衝動檔板翻轉，使之與其連動的永久磁鋼接近濕簧觸點而動作，液流中斷，濕簧觸點釋放而發信號。

③磁鋼浮筒式示流信號器，當有液流時，藉流速將浮筒及永久磁環推動上移至預定位置時，使濕簧觸點斷開，當液流中斷，浮筒與磁環下落，濕簧觸點接通發出信號。

④靶式示流信號器，當通液流時，靶及靶桿受力帶動微動開關使其觸點斷開，斷流時，微動開關復原，接通觸點、發出信號。

流量測量

長期以來一直利用膜盒式差壓計來測量水輪機流量，但精度與可靠性均達不到應有的要求。近年來生產了超音波流量計，它是利用水的聲學特性來測量流量。因為水的流速變化會引起聲速的變化。利用順水流與逆水流的頻率差，直接測量水流流量。

轉速測量

轉速檢測是用在機組過速保護、自動投切同步裝置、投電氣或機械制動系統等。常用的轉速檢測裝置有機械型和電氣型兩種。機械型轉速信號器是利用離心力作用構成的。電氣型轉速信號器可由裝在發電機軸上的永磁發電機提供電源，利用永磁發電機電壓與轉速成線性關係構成轉速信號器，也可利用裝在發電機軸上齒盤形成的電脈衝經放大運算後組成轉速信號器。還可通過裝在發電機引出線上的電壓互感器提供電源構成數字式轉速信號器。

閘門開度測量

一般採用自整角機式，裝在閘門上反映閘門開度的傳送自整角機與裝在顯示地點的接收自整角機配套，由裝在接收自整角機上的標度來顯示閘門開度。也有採用碼盤式裝置來顯示閘門開度，隨閘門開度變化帶動編碼器，再送往顯示器顯示開度大小。