水位檢測與控制裝置及方法
【專利摘要】一種水位檢測與控制裝置及方法，包括外引密閉式儲水罐；外引密閉式儲水罐上下兩端經過控制閥門與水泵水輪機組轉輪室連接，儲水罐下端設置有排污電磁閥；外引密閉式儲水罐沿罐體設置有用于抽水蓄能機組泵啟動過程中開啟或關閉相關轉輪壓水進氣閥、轉輪排氣閥的音叉式限位開關、浮球式液位開關、磁翻板式液位開關和壓力式液位傳感器。本發明水位檢測與控制裝置及方法，適用于各種復雜水質環境、設備環境的轉輪室水位檢測裝置與控制方法；該檢測裝置采用綜合式液位檢測方法：以抗干擾能力強，工作可靠的音叉式限位開關作為主檢測輸出，以液位浮子為輔，以磁翻板液位開關為備的檢測配置方式，可實現現地輔助監視和遠程實時監視的功能。
【專利說明】水位檢測與控制裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水位控制方法，具體的說，是涉及一種轉輪室水位檢測與控制方法。
【背景技術】
[0002]目前水電廠及相關水利行業在水位測量及精準控制方面存在受水質影響較大的情況，尤其是抽水蓄能機組泵工況的啟動過程中，受水質影響或設備動作可靠性差引起的設備拒動，影響設備啟動成功率，對生產業務造成較大的影響。當前各河道流域水質均存在不同程度的富養成分、水草等水生物雜質較多、微生物、礦物質較多等問題，不同程度的影響著生產設備的可靠性及安全性。尤其是抽水蓄能電站在泵工況啟動過程中對轉輪室水位監視要求做到準確可靠；其準確程度直接影響著水泵工況啟動過程中的設備振動是否達標、啟動可靠性；液位檢測準確率低會造成機組泵工況啟動過程中的水輪機振動、擺度超標；外圍輔助設備工作能耗增加等問題。同時水輪機設備振動、擺度長期超標運行對水輪機及發電機設備帶來安全隱患；輕則造成泵工況啟動失敗，重則造成水輪機損毀或電站損毀事故。
[0003]現有的水位及液位的檢測與控制方法主要分為以下幾種:第一是浮球磁翻板式，第二是液位浮球開關式；第三是超聲波式檢測。對這些方法的特點簡要介紹如下:
[0004](I)浮球磁翻板式:這種測量方式多用在液位。受水質及礦物質等影響較大，且浮球動作易造成水中金屬碎肩等聚集；且容易受外界金屬質物品干擾影響。
[0005](2)液位浮球開關式:液位浮球開關有硬連接式和軟連接式；開關形式多樣，包括水銀開關、干簧接點開關等；水銀開關往往在受液位波動變化影響造成動作可靠性降低；干簧接點容易受頻繁波動的液位影響造成開關損壞。其控制接線為無源接線方式，接線簡便。
[0006](3)超聲波式:利用超聲波檢測液位可實現對強腐蝕性液體的檢測；但其對安裝精度、液體溫度及工作環境要求較為苛刻。氣泡、容器內障礙物、壓力波動均會對其測量精度產生影響。
【發明內容】
[0007]針對上述現有技術中的不足，本發明提供一種適用于各種復雜水質和設備環境的水位檢測與控制裝置及方法。
[0008]本發明所采取的技術方案是:
[0009]一種水位檢測與控制裝置，包括外引密閉式儲水罐；外引密閉式儲水罐上下兩端經過控制閥門與水泵水輪機組轉輪室連接，水泵水輪機組設置有水環排水閥、壓水進氣閥和迷宮噴水閥；外引密閉式儲水罐下端設置有排污電磁閥；外引密閉式儲水罐沿罐體設置有用于抽水蓄能機組泵啟動過程中開啟或關閉相關轉輪壓水進氣閥、轉輪排氣閥的音叉式限位開關、浮球式液位開關、磁翻板式液位開關和壓力式液位傳感器；所述音叉式限位開關、浮球式液位開關、磁翻板式液位開關和壓力式液位傳感器與PLC相連接。
[0010]所述音叉式限位開關的數量為5個。
[0011]所述浮球式液位開關的數量為3個。
[0012]一種水位檢測與控制方法，外引密閉式儲水罐設置有五個液位點，分別對應為壓水水位高報警、壓水水位正常、轉輪壓水進氣閥開啟水位、轉輪壓水進氣閥關閉水位、壓水水位低報警；每個液位點設置有音叉式限位開關；水泵水輪機組22設置有水環排水閥21、壓水進氣閥20和迷宮噴水閥19 ;包括如下控制步驟:
[0013]壓水進氣閥開啟水位控制步驟；
[0014]壓水進氣閥關閉控制步驟；
[0015]壓水水位高跳閘停機步驟:
[0016]壓水水位低告警步驟。
[0017]所述壓水進氣閥開啟水位控制步驟如下:
[0018]計算機監控系統發出壓水進氣閥打開指令；
[0019]檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態；
[0020]判斷壓水水位高信號或壓水進氣閥開啟水位信號正常；
[0021]壓水進氣閥關閉水位信號未發出；
[0022]壓水進氣閥執行打開操作。
[0023]所述壓水進氣閥關閉控制步驟如下:
[0024]滿足如下三個條件任何一個條件時，執行關閉壓水進氣閥操作，三個條件為:
[0025]存在監控系統關閉壓水進氣閥控制指令；
[0026]存在機組靜止指令；
[0027]存在機組緊急停機指令；
[0028]檢查壓水進氣閥關閉水位是否滿足條件，若滿足條件則直接執行壓水進氣閥關閉操作。
[0029]所述壓水水位高跳閘停機步驟如下:
[0030]發出開啟壓水進氣閥指令；
[0031]檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態；
[0032]啟動70秒延時，若70秒內壓水水位高信號仍存在，則執行緊急停機流程；若70秒內壓水啟動正常，則壓水進氣控制流程正常執行。
[0033]所述壓水水位低告警步驟如下:
[0034]開啟壓水進氣閥；
[0035]檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態，并進入壓水水位判斷條件，若壓水水位低告警，則執行對計算機監控系統的告警輸出和現地輸出；若壓水水位正常則機組抽水啟動流程正常執行。
[0036]本發明相對現有技術的有益效果:
[0037]本發明水位檢測與控制裝置及方法，適用于各種復雜水質環境、設備環境的轉輪室水位檢測裝置與控制方法；該檢測裝置采用綜合式液位檢測方法:以抗干擾能力強，工作可靠的音叉式限位開關作為主檢測輸出，以液位浮子為輔，以磁翻板液位開關為備的檢測配置方式。該裝置的使用可根據電站所在流域水質、設備環境選擇不同的測量方式綜合后應用以實現精準檢測與控制；其可實現現地輔助監視和遠程實時監視的功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明水位檢測與控制裝置的設備布局及控制系統結構示意圖；
[0039]圖2是本發明水位檢測與控制裝置控制原理圖；
[0040]圖3是本發明水位檢測與控制裝置的控制邏輯圖；
[0041]圖4是本發明水位檢測與控制方法的壓水進氣閥開啟水位控制流程圖；
[0042]圖5是本發明水位檢測與控制方法的壓水進氣閥關閉控制流程圖；
[0043]圖6是本發明水位檢測與控制方法的壓水水位高跳閘停機控制流程圖；
[0044]圖7是本發明水位檢測與控制方法的壓水水位低告警控制流程圖；
[0045]圖8是本發明水位檢測與控制方法的水泵水輪機組結構示意圖。
[0046]附圖中主要部件符號說明:
[0047]圖中:
[0048]1、不銹鋼罐體 2、壓水水位高檢測限位開關
[0049]3、壓水進氣開啟水位閥限位開關4、壓水水位正常檢測限位開關
[0050]5、壓水進氣關閉水位閥限位開關6、壓水水位低檢測限位開關
[0051]7、浮球液位開關8、浮球液位開關9、浮球液位開關
[0052]10、磁翻板液位開關11、磁翻板液位開關12、磁翻板液位開關
[0053]13、磁翻板液位開關14、磁翻板液位開關15、磁翻板液位指示器
[0054]16、液位傳感器17、排污閥18、進水口
[0055]19、迷宮噴水閥 20、壓水進氣閥 21、水環排水閥
[0056]22、水泵水輪機組。
【具體實施方式】
[0057]以下參照附圖及實施例對本發明進行詳細的說明:
[0058]如圖1所示，本發明的控制方法，首先要確定水泵水輪機轉輪室工作水位高程，然后在確定出水罐各信號開關的開孔位置，然后進行綜合信號的開關的配置安裝和布線。
[0059]如圖2所示，本實施例給出的外引密閉式水位測量裝置由儲水罐、液位監視和控制和信號輸入、輸出三大部分組成，其中:
[0060]儲水罐由不銹鋼罐體、外接液位監視聯通器兩部分組成，不銹鋼罐體經特殊防腐、防結露處理；外接液位監視聯通器與不銹鋼罐體經法蘭連接；信號輸入、輸出部分主要由音叉式限位開關、軟連接式液位浮子開關和磁翻板液位開關組成。
[0061]控制運算部分以外圍PLC控制器為核心，對前述五個水位信號進行綜合處理判斷。
[0062]信號A “壓水水位高”、信號E “壓水水位低”，為水位告警信號，分別作用于PLC程序控制的開啟壓水進氣閥控制、關閉壓水進氣閥控制、壓水水位高報警、壓水水位低告警等判據；信號B “壓水進氣閥開啟水位”、信號C “壓水水位正常”、信號D “壓水進氣閥關閉水位”。
[0063]附圖1-8可知，如圖1所示，本發明的控制方法，首先要確定水泵水輪機轉輪室工作水位高程，然后在確定出水罐各信號開關的開孔位置，然后進行綜合信號的開關的配置安裝和布線。
[0064]如圖2所示，本實施例給出的外引密閉式水位測量裝置由儲水罐、液位監視和控制和信號輸入、輸出三大部分組成，其中:
[0065]儲水罐由不銹鋼罐體、外接液位監視聯通器兩部分組成，不銹鋼罐體經特殊防腐、防結露處理；外接液位監視聯通器與不銹鋼罐體經法蘭連接；信號輸入、輸出部分主要由音叉式限位開關、軟連接式液位浮子開關和磁翻板液位開關組成。
[0066]控制運算部分以外圍PLC控制器為核心，對前述五個水位信號進行綜合處理判斷。
[0067]信號A “壓水水位高”、信號E “壓水水位低”，為水位告警信號，分別作用于PLC程序控制的開啟壓水進氣閥控制、關閉壓水進氣閥控制、壓水水位高報警、壓水水位低告警等判據；信號B “壓水進氣閥開啟水位”、信號C “壓水水位正常”、信號D “壓水進氣閥關閉水位”。
[0068]附圖1-8可知，一種水位檢測與控制裝置，包括外引密閉式儲水罐I ;外引密閉式儲水罐I上下兩端經過控制閥門與水泵水輪機組22轉輪室連接，水泵水輪機組22設置有水環排水閥21、壓水進氣閥20和迷宮噴水閥19 ;外引密閉式儲水罐I下端設置有排污電磁閥17 ;外引密閉式儲水罐I沿罐體設置有用于抽水蓄能機組泵啟動過程中開啟或關閉相關轉輪壓水進氣閥、轉輪排氣閥的音叉式限位開關、浮球式液位開關、磁翻板式液位開關和壓力式液位傳感器；所述音叉式限位開關、浮球式液位開關、磁翻板式液位開關和壓力式液位傳感器與PLC相連接。
[0069]所述音叉式限位開關的數量為5個；
[0070]所述浮球式液位開關的數量為3個；
[0071]一種水位檢測與控制方法，外引密閉式儲水罐設置有五個液位點，分別對應為壓水水位高報警、壓水水位正常、轉輪壓水進氣閥開啟水位、轉輪壓水進氣閥關閉水位、壓水水位低報警；每個液位點設置有音叉式限位開關；水泵水輪機組22設置有水環排水閥21、壓水進氣閥20和迷宮噴水閥19 ;包括如下控制步驟:
[0072]壓水進氣閥20開啟水位控制步驟；
[0073]壓水進氣閥20關閉控制步驟；
[0074]壓水水位高跳閘停機步驟:
[0075]壓水水位低告警步驟。
[0076]所述壓水進氣閥開啟水位控制步驟如下:
[0077]計算機監控系統發出壓水進氣閥打開指令；
[0078]檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥19在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態；
[0079]判斷壓水水位高信號或壓水進氣閥開啟水位信號正常；
[0080]壓水進氣閥關閉水位信號未發出；
[0081 ] 壓水進氣閥執行打開操作。
[0082]所述壓水進氣閥關閉控制步驟如下:
[0083]滿足如下三個條件任何一個條件時，執行關閉壓水進氣閥操作，三個條件為:
[0084]存在監控系統關閉壓水進氣閥控制指令；
[0085]存在機組靜止指令；
[0086]存在機組緊急停機指令；
[0087]檢查壓水進氣閥關閉水位是否滿足條件，若滿足條件則直接執行壓水進氣閥關閉操作。
[0088]所述壓水水位高跳閘停機步驟如下:
[0089]發出開啟壓水進氣閥指令；
[0090]檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態；
[0091]啟動70秒延時，若70秒內壓水水位高信號仍存在，則執行緊急停機流程；若70秒內壓水啟動正常，則壓水進氣控制流程正常執行。
[0092]所述壓水水位低告警步驟如下:
[0093]開啟壓水進氣閥；
[0094]檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態，并進入壓水水位判斷條件，若壓水水位低告警，則執行對計算機監控系統的告警輸出和現地輸出；若壓水水位正常則機組抽水啟動流程正常執行。
[0095]在現有技術中，水泵水輪機泵工況啟動過程中控制精準度非常低，受液位波動影響較大，壓水進氣閥開啟至關閉時間范圍為16-25秒之間，使用本發明后壓水進氣閥開啟至關閉實現了精準控制，壓水進氣時間控制在17-18秒之間。機組啟動過程中的震動、擺度情況明顯優于使用前的情況。該實例的應用不僅提升了設備控制的精準性，提升了泵工況啟動的成功率，也優化了設備的運行環境；同時壓水進氣時間趨于穩定，信號檢測精準，節約了用氣量，降低了空壓機等設備的啟動頻次，實現了節能效益。
[0096]實現上述發明目的的技術方案是:外引密閉式儲水罐為直徑40cm的不銹鋼罐；其上下兩端經過控制閥門與水泵水輪機組轉輪室連接，儲水罐下端設置有排污電磁閥，罐體設置有5個音叉式限位開關；分別用于測量5個不同的水位高程，用于水泵水輪機抽水啟動過程中開啟或關閉相關進氣、排氣、排水閥門的自動程序判據使用。同時設置有三個軟連接式液位浮球開關；其動作高程與5個音叉式限位開關高程一致；在罐的一側設置有一個液位監視管，通過磁翻板式液位開關及翻板顯示水位高程；磁翻板筒底部安裝有壓力式液位傳感器，用于輸出模擬量信號。詳見圖1與圖2.儲水罐設計圖。
[0097]液位檢測及控制系統由磁翻板式液位開關、音叉式限位開關、軟連接浮球式液位開關和壓力式液位傳感器等原件為基礎組合而成。磁翻板式液位開關可實現現地輔助顯示和液位開關量控制備用輸出；音叉式限位開關為主用測量及控制通道；軟連接浮球式液位開關為輔助控制輸出。音叉式限位開關與軟浮球式液位開關量以邏輯或的關系處理后上送至自動控制設備PLC開關量輸入模塊中。磁翻板式液位開關作為備用接線方式預留。
[0098]裝置的輸入部分:主要包括音叉式限位開關的工作電源，電源為24V安全電壓；壓力式液位傳感器工作電源；電壓為24V安全電壓。
[0099]裝置輸出部分:主要包括音叉式限位開關開接點無源輸出；軟連接浮球式液位開關開接點、閉接點無源輸出；壓力式液位傳感器4-20mA電流量輸出；以及磁翻板式液位開關備用輸出。
[0100]裝置工作的控制邏輯及特性:
[0101](1)A、B、C、D、E五個液位點分別對應壓水水位高報警；壓水水位正常；轉輪壓水進氣閥開啟水位；轉輪壓水進氣閥關閉水位；壓水水位低報警。
[0102](2)水位信號用于設備的監視和控制，與水泵水輪機設備連接原理見圖8。
【權利要求】
1.一種水位檢測與控制裝置，包括外引密閉式儲水罐；外引密閉式儲水罐上下兩端經過控制閥門與水泵水輪機組轉輪室連接，水泵水輪機組設置有水環排水閥、壓水進氣閥和迷宮噴水閥；外引密閉式儲水罐下端設置有排污電磁閥；其特征在于，外引密閉式儲水罐沿罐體設置有用于抽水蓄能機組泵啟動過程中開啟或關閉相關轉輪壓水進氣閥、轉輪排氣閥的音叉式限位開關、浮球式液位開關、磁翻板式液位開關和壓力式液位傳感器；所述音叉式限位開關、浮球式液位開關、磁翻板式液位開關和壓力式液位傳感器與PLC相連接。
2.根據權利要求1所述水位檢測與控制裝置，其特征在于，所述音叉式限位開關的數量為5個。
3.根據權利要求1所述種水位檢測與控制裝置，其特征在于，所述浮球式液位開關的數量為3個。
4.一種水位檢測與控制方法，其特征在于，外引密閉式儲水罐設置有五個液位點，分別對應為壓水水位高報警、壓水水位正常、轉輪壓水進氣閥開啟水位、轉輪壓水進氣閥關閉水位、壓水水位低報警；每個液位點設置有音叉式限位開關；水泵水輪機組22設置有水環排水閥21、壓水進氣閥20和迷宮噴水閥19 ;包括如下控制步驟: 壓水進氣閥開啟水位控制步驟； 壓水進氣閥關閉控制步驟； 壓水水位高跳閘停機步驟: 壓水水位低告警步驟。
5.根據權利要求4所述水位檢測與控制方法，其特征在于:所述壓水進氣閥開啟水位控制步驟如下: 計算機監控系統發出壓水進氣閥打開指令； 檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態； 判斷壓水水位高信號或壓水進氣閥開啟水位信號正常； 壓水進氣閥關閉水位信號未發出； 壓水進氣閥執行打開操作。
6.根據權利要求4所述水位檢測與控制方法，其特征在于:所述壓水進氣閥關閉控制步驟如下: 滿足如下三個條件任何一個條件時，執行關閉壓水進氣閥操作，三個條件為: 存在監控系統關閉壓水進氣閥控制指令； 存在機組靜止指令； 存在機組緊急停機指令； 檢查壓水進氣閥關閉水位是否滿足條件，若滿足條件則直接執行壓水進氣閥關閉操作。
7.根據權利要求4所述水位檢測與控制方法，其特征在于:所述壓水水位高跳閘停機步驟如下: 發出開啟壓水進氣閥指令； 檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態；啟動70秒延時，若70秒內壓水水位高信號仍存在，則執行緊急停機流程；若70秒內壓水啟動正常，則壓水進氣控制流程正常執行。
8.根據權利要求4所述水位檢測與控制方法，其特征在于:所述壓水水位低告警步驟如下: 開啟壓水進氣閥； 檢測水泵水輪機組迷宮噴水閥在打開狀態、檢測水泵水輪機水環排水閥在打開狀態，并進入壓水水位判斷條件，若壓水水位低告警，則執行對計算機監控系統的告警輸出和現地輸出；若壓水水位正常則機組抽水啟動流程正常執行。
【文檔編號】F03B15/00GK104481792SQ201410638053
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】孟德霞, 馬志強 申請人:國家電網公司, 國網新源控股有限公司, 國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠