CN104481792B - 水位检测与控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种水位检测与控制装置及方法，包括外引密闭式储水罐；外引密闭式储水罐上下两端经过控制阀门与水泵水轮机组转轮室连接，储水罐下端设置有排污电磁阀；外引密闭式储水罐沿罐体设置有用于抽水蓄能机组泵启动过程中开启或关闭相关转轮压水进气阀、转轮排气阀的音叉式限位开关、浮球式液位开关、磁翻板式液位开关和压力式液位传感器。本发明水位检测与控制装置及方法，适用于各种复杂水质环境、设备环境的转轮室水位检测装置与控制方法；该检测装置采用综合式液位检测方法：以抗干扰能力强，工作可靠的音叉式限位开关作为主检测输出，以液位浮子为辅，以磁翻板液位开关为备的检测配置方式，可实现现地辅助监视和远程实时监视的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种水位控制方法，具体的说，是涉及一种转轮室水位检测与控制方法。
背景技术
目前水电厂及相关水利行业在水位测量及精准控制方面存在受水质影响较大的情况，尤其是抽水蓄能机组泵工况的启动过程中，受水质影响或设备动作可靠性差引起的设备拒动，影响设备启动成功率，对生产业务造成较大的影响。当前各河道流域水质均存在不同程度的富养成分、水草等水生物杂质较多、微生物、矿物质较多等问题，不同程度的影响着生产设备的可靠性及安全性。尤其是抽水蓄能电站在泵工况启动过程中对转轮室水位监视要求做到准确可靠；其准确程度直接影响着水泵工况启动过程中的设备振动是否达标、启动可靠性；液位检测准确率低会造成机组泵工况启动过程中的水轮机振动、摆度超标；外围辅助设备工作能耗增加等问题。同时水轮机设备振动、摆度长期超标运行对水轮机及发电机设备带来安全隐患；轻则造成泵工况启动失败，重则造成水轮机损毁或电站损毁事故。
现有的水位及液位的检测与控制方法主要分为以下几种：第一是浮球磁翻板式，第二是液位浮球开关式；第三是超声波式检测。对这些方法的特点简要介绍如下：
(1)浮球磁翻板式：这种测量方式多用在液位。受水质及矿物质等影响较大，且浮球动作易造成水中金属碎屑等聚集；且容易受外界金属质物品干扰影响。
(2)液位浮球开关式：液位浮球开关有硬连接式和软连接式；开关形式多样，包括水银开关、干簧接点开关等；水银开关往往在受液位波动变化影响造成动作可靠性降低；干簧接点容易受频繁波动的液位影响造成开关损坏。其控制接线为无源接线方式，接线简便。
(3)超声波式：利用超声波检测液位可实现对强腐蚀性液体的检测；但其对安装精度、液体温度及工作环境要求较为苛刻。气泡、容器内障碍物、压力波动均会对其测量精度产生影响。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种适用于各种复杂水质和设备环境的水位检测与控制装置及方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种水位检测与控制装置，包括外引密闭式储水罐；外引密闭式储水罐上下两端经过控制阀门与水泵水轮机组转轮室连接，水泵水轮机组设置有水环排水阀、压水进气阀和迷宫喷水阀；外引密闭式储水罐下端设置有排污电磁阀；外引密闭式储水罐沿罐体设置有用于抽水蓄能机组泵启动过程中开启或关闭相关转轮压水进气阀、转轮排气阀的音叉式限位开关、浮球式液位开关、磁翻板式液位开关和压力式液位传感器；所述音叉式限位开关、浮球式液位开关、磁翻板式液位开关和压力式液位传感器与PLC相连接。
所述音叉式限位开关的数量为5个。
所述浮球式液位开关的数量为3个。
一种水位检测与控制方法，外引密闭式储水罐设置有五个液位点，分别对应为压水水位高报警、压水水位正常、转轮压水进气阀开启水位、转轮压水进气阀关闭水位、压水水位低报警；每个液位点设置有音叉式限位开关；水泵水轮机组22设置有水环排水阀21、压水进气阀20和迷宫喷水阀19；包括如下控制步骤：
压水进气阀开启水位控制步骤；
压水进气阀关闭控制步骤；
压水水位高跳闸停机步骤：
压水水位低告警步骤。
所述压水进气阀开启水位控制步骤如下：
计算机监控系统发出压水进气阀打开指令；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态；
判断压水水位高信号或压水进气阀开启水位信号正常；
压水进气阀关闭水位信号未发出；
压水进气阀执行打开操作。
所述压水进气阀关闭控制步骤如下：
满足如下三个条件任何一个条件时，执行关闭压水进气阀操作，三个条件为：
存在监控系统关闭压水进气阀控制指令；
存在机组静止指令；
存在机组紧急停机指令；
检查压水进气阀关闭水位是否满足条件，若满足条件则直接执行压水进气阀关闭操作。
所述压水水位高跳闸停机步骤如下：
发出开启压水进气阀指令；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态；
启动70秒延时，若70秒内压水水位高信号仍存在，则执行紧急停机流程；若70秒内压水启动正常，则压水进气控制流程正常执行。
所述压水水位低告警步骤如下：
开启压水进气阀；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态，并进入压水水位判断条件，若压水水位低告警，则执行对计算机监控系统的告警输出和现地输出；若压水水位正常则机组抽水启动流程正常执行。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明水位检测与控制装置及方法，适用于各种复杂水质环境、设备环境的转轮室水位检测装置与控制方法；该检测装置采用综合式液位检测方法：以抗干扰能力强，工作可靠的音叉式限位开关作为主检测输出，以液位浮子为辅，以磁翻板液位开关为备的检测配置方式。该装置的使用可根据电站所在流域水质、设备环境选择不同的测量方式综合后应用以实现精准检测与控制；其可实现现地辅助监视和远程实时监视的功能。
附图说明
图1是本发明水位检测与控制装置的设备布局及控制系统结构示意图；
图2是本发明水位检测与控制装置控制原理图；
图3是本发明水位检测与控制装置的控制逻辑图；
图4是本发明水位检测与控制方法的压水进气阀开启水位控制流程图；
图5是本发明水位检测与控制方法的压水进气阀关闭控制流程图；
图6是本发明水位检测与控制方法的压水水位高跳闸停机控制流程图；
图7是本发明水位检测与控制方法的压水水位低告警控制流程图；
图8是本发明水位检测与控制方法的水泵水轮机组结构示意图。
附图中主要部件符号说明：
图中：
1、不锈钢罐体 2、压水水位高检测限位开关
3、压水进气开启水位阀限位开关 4、压水水位正常检测限位开关
5、压水进气关闭水位阀限位开关 6、压水水位低检测限位开关
7、浮球液位开关 8、浮球液位开关 9、浮球液位开关
10、磁翻板液位开关 11、磁翻板液位开关 12、磁翻板液位开关
13、磁翻板液位开关 14、磁翻板液位开关 15、磁翻板液位指示器
16、液位传感器 17、排污阀 18、进水口
19、迷宫喷水阀 20、压水进气阀 21、水环排水阀
22、水泵水轮机组。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
如图1所示，本发明的控制方法，首先要确定水泵水轮机转轮室工作水位高程，然后在确定出水罐各信号开关的开孔位置，然后进行综合信号的开关的配置安装和布线。
如图2所示，本实施例给出的外引密闭式水位测量装置由储水罐、液位监视和控制和信号输入、输出三大部分组成，其中：
储水罐由不锈钢罐体、外接液位监视联通器两部分组成，不锈钢罐体经特殊防腐、防结露处理；外接液位监视联通器与不锈钢罐体经法兰连接；信号输入、输出部分主要由音叉式限位开关、软连接式液位浮子开关和磁翻板液位开关组成。
控制运算部分以外围PLC控制器为核心，对前述五个水位信号进行综合处理判断。
信号A“压水水位高”、信号E“压水水位低”，为水位告警信号，分别作用于PLC程序控制的开启压水进气阀控制、关闭压水进气阀控制、压水水位高报警、压水水位低告警等判据；信号B“压水进气阀开启水位”、信号C“压水水位正常”、信号D“压水进气阀关闭水位”。
附图1-8可知，如图1所示，本发明的控制方法，首先要确定水泵水轮机转轮室工作水位高程，然后在确定出水罐各信号开关的开孔位置，然后进行综合信号的开关的配置安装和布线。
如图2所示，本实施例给出的外引密闭式水位测量装置由储水罐、液位监视和控制和信号输入、输出三大部分组成，其中：
储水罐由不锈钢罐体、外接液位监视联通器两部分组成，不锈钢罐体经特殊防腐、防结露处理；外接液位监视联通器与不锈钢罐体经法兰连接；信号输入、输出部分主要由音叉式限位开关、软连接式液位浮子开关和磁翻板液位开关组成。
控制运算部分以外围PLC控制器为核心，对前述五个水位信号进行综合处理判断。
信号A“压水水位高”、信号E“压水水位低”，为水位告警信号，分别作用于PLC程序控制的开启压水进气阀控制、关闭压水进气阀控制、压水水位高报警、压水水位低告警等判据；信号B“压水进气阀开启水位”、信号C“压水水位正常”、信号D“压水进气阀关闭水位”。
附图1-8可知，一种水位检测与控制装置，包括外引密闭式储水罐1；外引密闭式储水罐1上下两端经过控制阀门与水泵水轮机组22转轮室连接，水泵水轮机组22设置有水环排水阀21、压水进气阀20和迷宫喷水阀19；外引密闭式储水罐1下端设置有排污电磁阀17；外引密闭式储水罐1沿罐体设置有用于抽水蓄能机组泵启动过程中开启或关闭相关转轮压水进气阀、转轮排气阀的音叉式限位开关、浮球式液位开关、磁翻板式液位开关和压力式液位传感器；所述音叉式限位开关、浮球式液位开关、磁翻板式液位开关和压力式液位传感器与PLC相连接。
所述音叉式限位开关的数量为5个；
所述浮球式液位开关的数量为3个；
一种水位检测与控制方法，外引密闭式储水罐设置有五个液位点，分别对应为压水水位高报警、压水水位正常、转轮压水进气阀开启水位、转轮压水进气阀关闭水位、压水水位低报警；每个液位点设置有音叉式限位开关；水泵水轮机组22设置有水环排水阀21、压水进气阀20和迷宫喷水阀19；包括如下控制步骤：
压水进气阀20开启水位控制步骤；
压水进气阀20关闭控制步骤；
压水水位高跳闸停机步骤：
压水水位低告警步骤。
所述压水进气阀开启水位控制步骤如下：
计算机监控系统发出压水进气阀打开指令；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀19在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态；
判断压水水位高信号或压水进气阀开启水位信号正常；
压水进气阀关闭水位信号未发出；
压水进气阀执行打开操作。
所述压水进气阀关闭控制步骤如下：
满足如下三个条件任何一个条件时，执行关闭压水进气阀操作，三个条件为：
存在监控系统关闭压水进气阀控制指令；
存在机组静止指令；
存在机组紧急停机指令；
检查压水进气阀关闭水位是否满足条件，若满足条件则直接执行压水进气阀关闭操作。
所述压水水位高跳闸停机步骤如下：
发出开启压水进气阀指令；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态；
启动70秒延时，若70秒内压水水位高信号仍存在，则执行紧急停机流程；若70秒内压水启动正常，则压水进气控制流程正常执行。
所述压水水位低告警步骤如下：
开启压水进气阀；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态，并进入压水水位判断条件，若压水水位低告警，则执行对计算机监控系统的告警输出和现地输出；若压水水位正常则机组抽水启动流程正常执行。
在现有技术中，水泵水轮机泵工况启动过程中控制精准度非常低，受液位波动影响较大，压水进气阀开启至关闭时间范围为16-25秒之间，使用本发明后压水进气阀开启至关闭实现了精准控制，压水进气时间控制在17-18秒之间。机组启动过程中的震动、摆度情况明显优于使用前的情况。该实例的应用不仅提升了设备控制的精准性，提升了泵工况启动的成功率，也优化了设备的运行环境；同时压水进气时间趋于稳定，信号检测精准，节约了用气量，降低了空压机等设备的启动频次，实现了节能效益。
实现上述发明目的的技术方案是：外引密闭式储水罐为直径40cm的不锈钢罐；其上下两端经过控制阀门与水泵水轮机组转轮室连接，储水罐下端设置有排污电磁阀，罐体设置有5个音叉式限位开关；分别用于测量5个不同的水位高程，用于水泵水轮机抽水启动过程中开启或关闭相关进气、排气、排水阀门的自动程序判据使用。同时设置有三个软连接式液位浮球开关；其动作高程与5个音叉式限位开关高程一致；在罐的一侧设置有一个液位监视管，通过磁翻板式液位开关及翻板显示水位高程；磁翻板筒底部安装有压力式液位传感器，用于输出模拟量信号。详见图1与图2.储水罐设计图。
液位检测及控制系统由磁翻板式液位开关、音叉式限位开关、软连接浮球式液位开关和压力式液位传感器等原件为基础组合而成。磁翻板式液位开关可实现现地辅助显示和液位开关量控制备用输出；音叉式限位开关为主用测量及控制通道；软连接浮球式液位开关为辅助控制输出。音叉式限位开关与软浮球式液位开关量以逻辑或的关系处理后上送至自动控制设备PLC开关量输入模块中。磁翻板式液位开关作为备用接线方式预留。
装置的输入部分：主要包括音叉式限位开关的工作电源，电源为24V安全电压；压力式液位传感器工作电源；电压为24V安全电压。
装置输出部分：主要包括音叉式限位开关开接点无源输出；软连接浮球式液位开关开接点、闭接点无源输出；压力式液位传感器4-20mA电流量输出；以及磁翻板式液位开关备用输出。
装置工作的控制逻辑及特性：
(1)A、B、C、D、E五个液位点分别对应压水水位高报警；压水水位正常；转轮压水进气阀开启水位；转轮压水进气阀关闭水位；压水水位低报警。
(2)水位信号用于设备的监视和控制，与水泵水轮机设备连接原理见图8。
Claims (1)
1.一种水位检测与控制方法，其特征在于，外引密闭式储水罐设置有五个液位点，分别对应为压水水位高报警、压水水位正常、转轮压水进气阀开启水位、转轮压水进气阀关闭水位、压水水位低报警；每个液位点设置有音叉式限位开关；水泵水轮机组设置有水环排水阀、压水进气阀和迷宫喷水阀；包括如下控制步骤：
压水进气阀开启水位控制步骤；
压水进气阀关闭控制步骤；
压水水位高跳闸停机步骤：
压水水位低告警步骤；
所述压水进气阀开启水位控制步骤如下：
计算机监控系统发出压水进气阀打开指令；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态；
判断压水水位高信号或压水进气阀开启水位信号正常；
压水进气阀关闭水位信号未发出；
压水进气阀执行打开操作；
所述压水进气阀关闭控制步骤如下：
满足如下三个条件任何一个条件时，执行关闭压水进气阀操作，三个条件为：
存在监控系统关闭压水进气阀控制指令；
存在机组静止指令；
存在机组紧急停机指令；
检查压水进气阀关闭水位是否满足条件，若满足条件则直接执行压水进气阀关闭操作；
所述压水水位高跳闸停机步骤如下：
发出开启压水进气阀指令；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态；
启动70秒延时，若70秒内压水水位高信号仍存在，则执行紧急停机流程；若70秒内压水启动正常，则压水进气控制流程正常执行；
所述压水水位低告警步骤如下：
开启压水进气阀；
检测水泵水轮机组迷宫喷水阀在打开状态、检测水泵水轮机水环排水阀在打开状态，并进入压水水位判断条件，若压水水位低告警，则执行对计算机监控系统的告警输出和现地输出；若压水水位正常则机组抽水启动流程正常执行。
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- 2014-11-06 CN CN201410638053.6A patent/CN104481792B/zh active Active
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| CN104481792A (zh) | 2015-04-01 |
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |