水電廠流量測控問題研討

劉萬景，郝國文，張永會，宋旭峰，徐衛(wèi)中

（1.北京萬瑞達(dá)監(jiān)控技術(shù)有限公司，北京市 100107；2.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100053；3.華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江省天臺縣 317200）

水電廠流量測控問題研討

劉萬景1，郝國文2，張永會2，宋旭峰2，徐衛(wèi)中3

（1.北京萬瑞達(dá)監(jiān)控技術(shù)有限公司，北京市 100107；2.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100053；3.華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江省天臺縣 317200）

水電廠主輔機(jī)冷卻水、潤滑油等系統(tǒng)使用大量的流量測控元件，包括流量計(jì)、流量開關(guān)，在機(jī)組自動(dòng)化運(yùn)行中起著重要的作用。但由于缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，致使這些元件在設(shè)計(jì)、選用、安裝、調(diào)試等諸多環(huán)節(jié)問題繁多，元件運(yùn)行水平低，誤報(bào)拒動(dòng)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，有的誤動(dòng)造成機(jī)組事故停機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文將對此問題進(jìn)行分析和研討，提出流量測控整體解決方案。

流量測控；整體方案；標(biāo)準(zhǔn)；元件選用及測點(diǎn)；管路布置及安裝

0 引言

這里提及的水電廠流量測控是自動(dòng)化元件的組成部分（不包括水輪機(jī)過機(jī)流量的監(jiān)測，目前該流量主要是用多聲道超聲波法測量），涉及主、輔機(jī)系統(tǒng)，包括冷卻水、潤滑水、密封水、潤滑油等，測點(diǎn)分布廣且多，僅對主機(jī)和變壓器來計(jì)算，若是一機(jī)、一變，一臺機(jī)組就有34個(gè)測點(diǎn)；若一機(jī)、3臺單相變壓器，那么一臺機(jī)組就要有50個(gè)測點(diǎn)。有些配置更全的大型電站，測點(diǎn)更多。這些流量元件的安全可靠運(yùn)行直接影響著機(jī)組的自動(dòng)化水平，甚至影響機(jī)組安全生產(chǎn)。目前水電廠流量測控所使用的流量產(chǎn)品原理主要有機(jī)械式、電磁式和熱導(dǎo)式，其他一些原理的產(chǎn)品如渦街式、渦輪式、差壓式等較為少用。

流量產(chǎn)品的應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)，除考慮產(chǎn)品本身之外，更要考慮產(chǎn)品的安裝位置及方向、管路布置、功能、調(diào)試等，才能保證流量產(chǎn)品正常工作。

1 流量產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀

流量產(chǎn)品的應(yīng)用現(xiàn)狀是混亂、配置不完善，問題多且嚴(yán)重，令人擔(dān)憂，需盡快解決，有統(tǒng)計(jì)稱有近60%的流量產(chǎn)品應(yīng)用有問題。我國水電雄踞世界第一，機(jī)組多且容量大，但在流量產(chǎn)品的應(yīng)用方面卻沒有一家專門的機(jī)構(gòu)來研究，問題就出現(xiàn)在這里，我們幾乎沒有按照系統(tǒng)思維來考慮流量產(chǎn)品的應(yīng)用；另外，行業(yè)內(nèi)沒有給予足夠的重視，在設(shè)計(jì)和招標(biāo)階段自動(dòng)化元件不是大家關(guān)注的重點(diǎn)，但機(jī)組投入運(yùn)行后，流量產(chǎn)品及其他自動(dòng)化元件運(yùn)行的好壞就成為非常突出的問題了，也有統(tǒng)計(jì)稱，機(jī)組故障中有80%由自動(dòng)化元件故障造成。這一現(xiàn)狀與我國的水電發(fā)展水平不符，尤其是我國正在開展智能電站建設(shè)和精細(xì)化管理，所以改變這一現(xiàn)狀勢在必行?，F(xiàn)從如下諸多方面剖析應(yīng)用現(xiàn)狀。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)方面

標(biāo)準(zhǔn)不健全。目前我國還沒有專門的流量監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，有些水電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中雖涉及流量監(jiān)測內(nèi)容，但僅為局部規(guī)定，如測點(diǎn)或產(chǎn)品類型等，沒有對產(chǎn)品原理、功能、結(jié)構(gòu)、測點(diǎn)部位、管路布置、安裝等提出系統(tǒng)、全面的要求，這是造成水電廠流量產(chǎn)品應(yīng)用混亂的根源?，F(xiàn)場什么原理的產(chǎn)品都有，產(chǎn)品選用和安裝不對，測量不穩(wěn)不準(zhǔn)，湊合使用，甚至一些水電廠流量元件退出應(yīng)用，形成安全隱患。在我國現(xiàn)有的幾部標(biāo)準(zhǔn)中，DL/T 5066—2010《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》只規(guī)定了測點(diǎn)；DL/T 1107—2009《水電廠自動(dòng)化元件基本技術(shù)條件》只規(guī)定了產(chǎn)品部分技術(shù)參數(shù)、部分安裝要求；GB/T 11805—2008《水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化元件（裝置）及其系統(tǒng)基本技術(shù)條件》只規(guī)定了產(chǎn)品部分技術(shù)參數(shù)。

比如：DL/T 5066—2010標(biāo)準(zhǔn)的4.4.8規(guī)定：在推力軸承、空氣冷卻器、上下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承各自的排水總管上宜設(shè)置水流監(jiān)視儀表或示流量信號器。這樣的規(guī)定過于簡單，只規(guī)定了測點(diǎn)，選擇任何一款流量產(chǎn)品似乎都是滿足要求的。

1.2 設(shè)計(jì)方面

設(shè)計(jì)時(shí)對流量產(chǎn)品的要求太籠統(tǒng)。由于沒有統(tǒng)一完善的標(biāo)準(zhǔn)，所以在招標(biāo)文件中各設(shè)計(jì)院要求不統(tǒng)一、不全面、不明確，甚至不正確，因此，主機(jī)廠選用的產(chǎn)品差異很大。至于管路布置、安裝位置、產(chǎn)品功能等根本沒有明確要求，這就為投產(chǎn)后的產(chǎn)品應(yīng)用埋下隱患。圖1為設(shè)計(jì)招標(biāo)文件中對流量產(chǎn)品的要求實(shí)例。

圖1 招標(biāo)文件中對流量元件的要求實(shí)例

1.3 安裝方面

這方面造成問題尤為嚴(yán)重，說流量產(chǎn)品是隨意安裝的似乎都不為過，造成這種結(jié)果的原因：一是標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確要求，標(biāo)書中沒有明確要求；二是安裝時(shí)不看說明書，隨意安裝；三是對流量產(chǎn)品的該如何安裝沒有概念。流量產(chǎn)品的安裝與其他自動(dòng)化元件相比較為復(fù)雜，它不僅僅是產(chǎn)品本身的安裝，而是一個(gè)系統(tǒng)安裝，包括管路布置、直管段要求、安裝位置、安裝方向、安裝深度、產(chǎn)品調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)環(huán)節(jié)有問題，流量產(chǎn)品便不能可靠穩(wěn)定工作。僅就直管段要求來說，任何一款流量產(chǎn)品安裝到管道時(shí)其前后都要有足夠的直管段，在這一段內(nèi)不能有閥門等其他設(shè)備，也不能有管徑變化，因?yàn)檫@樣才能給流量元件一個(gè)良好的流態(tài)，才能保證流量測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定。在DL/T 1107—2009 《水電廠自動(dòng)化元件基本技術(shù)條件》中對流量產(chǎn)品安裝的直管段做了如下要求：

機(jī)械式流量開關(guān)：上下游5D；

熱導(dǎo)式流量開關(guān)：上下游4D；

電磁式流量計(jì)：上游10D、下游5D。

其中，D指的是管徑。但是現(xiàn)場安裝的實(shí)際情況并不規(guī)范，如圖2～圖5所示為舉例。

圖2 直管段不夠

圖3 前后閥門

圖4 閥門、T型管

圖5 彎管

1.4 產(chǎn)品方面

水電行業(yè)成為流量產(chǎn)品的試驗(yàn)場，幾乎各種原理的產(chǎn)品都有使用，這也不足為奇，因?yàn)樗娦袠I(yè)就沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以想用什么就用什么，或者也可以說不知道有什么，這也是上面所說應(yīng)用混亂的根源。不同的流量產(chǎn)品都有它的適用條件，但是我們在選用產(chǎn)品時(shí)沒有做認(rèn)真的研究，用什么原理的產(chǎn)品？用什么結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品？比如在油路就不能用電磁式流量計(jì)，因?yàn)橛褪墙^緣的，不導(dǎo)磁；在水路不宜用渦輪式流量計(jì)，因?yàn)榻永锏乃兴莼蚰嗌?，會卡住渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)；在流體溫度變化大的場合不應(yīng)選用熱導(dǎo)式流量開關(guān)，因?yàn)榕c其工作原理相悖等。

另外，產(chǎn)品的易調(diào)試性也沒有得到關(guān)注，如選用的大量的熱導(dǎo)式流量開關(guān)調(diào)試極為繁瑣，現(xiàn)場人員很難掌握；更有的要借助開關(guān)閥門以及其他流量測量手段輔助調(diào)試，造成調(diào)試根本無法執(zhí)行，所以很多水電廠只能湊合使用。

2 水電廠流量測控整體解決方案

水電廠流量測控問題到了必須解決的時(shí)候了，一是我國對水電廠的運(yùn)行提出了更高的要求，如電站智能化建設(shè)，電站精細(xì)化管理；二是現(xiàn)在的流量產(chǎn)品運(yùn)行有的造成機(jī)組停機(jī)故障，有的廢棄，有的湊合使用，還有的在沒有掌握根本原因的前提下頻繁更換產(chǎn)品。無論哪一種情況都給水電廠造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

要想解決這一重要而又普遍的現(xiàn)象，不能一事一議，要用系統(tǒng)的思維來解決，要從源頭解決，要建立我國水電廠流量測控設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，給出完整、系統(tǒng)的規(guī)定，使今后新建項(xiàng)目流量測控走向標(biāo)準(zhǔn)化。但目前我們應(yīng)從如下幾個(gè)方面來整體解決流量測控問題。

2.1 測點(diǎn)布置

根據(jù)測量要求，參照現(xiàn)有配置經(jīng)驗(yàn)，對水電廠流量測控點(diǎn)提出表1、表2所示布置要求。

表1 主機(jī)系統(tǒng)流量測控部位及測控點(diǎn)布置（在通常情況下，以一個(gè)電站為例）

表2 輔機(jī)系統(tǒng)流量測控部位及測控點(diǎn)布置（在通常情況下，以一個(gè)電站為例）

2.2 產(chǎn)品選擇

不同原理、不同精度、不同結(jié)構(gòu)的流量產(chǎn)品有幾十種之多，有的適合水電廠有的不適合，所以要做研究性的選用，本文分油路和水路兩大部分來考慮。

2.2.1 油路

油路包括主機(jī)各部軸承潤滑油外循環(huán)管路、變壓器絕緣油外循環(huán)管路，這些油流的特點(diǎn)是潔凈（相對水），壓力小，溫度高且變化大，所以一定要選擇壓損小的流量產(chǎn)品，這樣才不至于影響油流流動(dòng)，同時(shí)不易選擇熱導(dǎo)式原理，因此，兩款機(jī)械式流量產(chǎn)品比較合適，一種是新型的擋板式，一種是渦輪式。因?yàn)樾滦蛽醢迨綆в胁Ａб暣?，可以觀察到流體，因此可以直觀地幫助判斷油流狀態(tài)，帶來了很好的附加值，所以在油路選用帶視窗的機(jī)械擋板式流量測控裝置式是最優(yōu)的。

2.2.2 水路

（1）主軸密封水很關(guān)鍵，壓力和流量均不大，它工作的好壞直接影響著機(jī)組的安全，水量的多少應(yīng)該被量化測控，但以前此處多用熱導(dǎo)式流量開關(guān)，本文認(rèn)為是不妥的，一方面這種產(chǎn)品不便調(diào)整報(bào)警點(diǎn)，另外也不能給出密封水流量值，對于判斷密封水工作狀態(tài)沒有太大價(jià)值；另外，主軸密封水不僅水量大小很關(guān)鍵，其水質(zhì)好壞也很重要，所以此處也宜選用帶視窗的機(jī)械擋板式流量測控裝置，以便可以觀察到水質(zhì)狀態(tài)，提醒技術(shù)人員對慮水效果進(jìn)行調(diào)整。

（2）技術(shù)供水總管承擔(dān)著全廠或每臺機(jī)組的總供水任務(wù)，若對機(jī)組實(shí)施精細(xì)化管理了解用水量是必要的，因此這里選擇電磁流量計(jì)，能夠現(xiàn)場顯示流量值，但由于這些總管一般尺寸較大，所以考慮安裝方便，經(jīng)濟(jì)性，選用插入式電磁流量計(jì)最為合適。

為什么選擇電磁流量計(jì)？這是因?yàn)殡姶旁硎橇髁坑?jì)的一大門類，技術(shù)最為成熟，造價(jià)相對較低，在水電廠應(yīng)用占主導(dǎo)，經(jīng)歷了考驗(yàn)。

（3）其他支路選用體積小巧的熱導(dǎo)式流量開關(guān)，如水泵潤滑水，每個(gè)空氣冷卻器冷卻水等，這些管路口徑較小，安裝熱導(dǎo)式流量開關(guān)較為方便。

2.3 功能要求

對上面篩選出的流量產(chǎn)品，這里列出的功能，是指現(xiàn)有流量產(chǎn)品已有，對水電廠應(yīng)用會帶來很大附加值，人們還沒有關(guān)注到、體會到的高級功能，這些產(chǎn)品安裝更方便，造價(jià)更低，產(chǎn)品的基本功能在這里不做贅述。

2.3.1 電磁式流量計(jì)

（1）應(yīng)為一體式；

（2）應(yīng)有現(xiàn)地顯示；

（3）安裝方式最好為插入式，尤其DN100以上的大口徑管道，易安裝、易更換、造價(jià)低；

（4）同時(shí)輸出模擬量和二路開關(guān)量；

（5）推薦采用美國TOMAT公司的插入式電磁流量計(jì)。

2.3.2 可視流體機(jī)械擋板式流量測控裝置

（1）壓損小于60mm；

（2）帶視窗，可視流體；

（3）同時(shí)輸出模擬量和二路開關(guān)量；

（4）能指示流量值；

圖6 正確與錯(cuò)誤水的管路布置

（5）視窗內(nèi)側(cè)可清污；

（6）推薦采用日本TAYIO公司的機(jī)械式流量測控裝置。

2.3.3 熱導(dǎo)式流量開關(guān)

（1）不應(yīng)要求模擬量輸出，熱導(dǎo)式流量開關(guān)只能做狀態(tài)監(jiān)測，量化測量誤差太大；

（2）必須防結(jié)垢；

（3）不需借助其他手段便可容易的調(diào)試；

（4）能現(xiàn)場調(diào)整報(bào)警點(diǎn)并能明確顯示；

（5）能夠顯示管道內(nèi)流量大??；

（6）推薦采用美國DWYER公司的熱導(dǎo)式流量開關(guān)。

2.4 管路布置

流量測控與管路布置關(guān)系密切，沒有正確的管路布置，就不能保證流體有良好的流態(tài)，會出現(xiàn)脫流、波動(dòng)、不滿管等現(xiàn)象，影響測量效果，甚至無法正常測量，出現(xiàn)誤報(bào)等問題。管路布置的核心是要讓安裝流量產(chǎn)品的地方充滿流體，圖6列出了管路布置對錯(cuò)對比。

2.5 安裝

安裝存在問題最多，產(chǎn)品說明書上的安裝要求以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求沒有被遵照執(zhí)行，根本原因是沒有給予應(yīng)有的重視，客觀理由是安裝空間有限，無法滿足安裝要求。對于這一客觀理由，本文認(rèn)為：一是設(shè)計(jì)之初沒有考慮到流量計(jì)的安裝要求，待后來安裝發(fā)現(xiàn)時(shí)已無法挽回；另外，在產(chǎn)品選擇時(shí)又沒有考慮到空間小不滿足安裝要求的現(xiàn)實(shí)，選擇了對安裝要求更高的產(chǎn)品，比如管道式電磁流量計(jì)。總而言之，是沒有整體、全面的規(guī)劃工程，本應(yīng)相關(guān)聯(lián)的工作實(shí)際是互相脫節(jié)的。沒有給予重視在安裝局施工中表現(xiàn)更為突出，有些管路布置滿足條件的電站，安裝仍然不符合要求，有的甚至是隨意安裝?，F(xiàn)對安裝提出如下要求：

（1）保證安裝前后的直管段。

對安裝流量產(chǎn)品前后直管段的要求應(yīng)是最普及的，無論是國際、國家標(biāo)準(zhǔn)，還是教科書，或者產(chǎn)品安裝手冊，都對直管段提出過明確要求，基本是前10D，后5D，近幾年隨著流量產(chǎn)品種類的增多，有了更細(xì)分的要求：電磁式流量計(jì)要求前10D，后5D；機(jī)械式流量計(jì)要求前后各5D；熱導(dǎo)式流量計(jì)前后各4D。正確安裝如圖7所示。

圖7 流量元件安裝直管段要求圖例

（2）在水平管路上安裝時(shí)管路要上揚(yáng)，因?yàn)檫@樣才能保證管路里充滿水。正確安裝如圖8所示。

（3）在垂直管路上安裝時(shí)，要安裝在流體自下而上流動(dòng)的管路上，因?yàn)樽陨隙碌墓苈房赡軙霈F(xiàn)不滿管或脫流現(xiàn)象，造成測量不穩(wěn)定。正確安裝如圖9所示。

（4）插入式安裝時(shí)要安裝在管道側(cè)面，因?yàn)榘惭b在管道頂部或下部，當(dāng)不滿管，有氣泡，有沉淀時(shí)，會影響測量。正確安裝如圖10所示。

同時(shí)，插入式安裝是要特別注意插入深度，一定要按照要求安裝，如熱導(dǎo)式流量計(jì)由于探頭太短，很容易接觸不到流體，所以根本就測不到數(shù)據(jù)；像插入式電磁流量計(jì)插入深度對測量精度影響很大。

圖8 流量元件安裝管路上揚(yáng)圖例

圖9 流量元件垂直管路安裝圖例

圖10 插入式安裝圖例

3 結(jié)束語

水電廠流量測控測點(diǎn)多，又涉及多個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)，由于沒有得到重視，所以缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，因此產(chǎn)品選用和產(chǎn)品安裝非常混亂，造成運(yùn)行中故障頻發(fā)，影響了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，呼吁應(yīng)盡快編制水電廠流量測控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，來規(guī)范和指導(dǎo)流量測控各方面的工作。

劉萬景（1962—），男，本科，高級工程師，主要研究方向：水電廠自動(dòng)化元件，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測。E-mail:lwj@bjwrd.com

郝國文（1981—），男，本科，工程師，主要研究方向：常規(guī)水電廠和抽水蓄能電站電氣二次設(shè)備管理。

張永會（1975—），男，本科，高級工程師，主要研究方向：常規(guī)水電廠和抽水蓄能電站運(yùn)檢技術(shù)管理。

宋旭峰（1975—），男，本科，高級工程師，主要研究方向：常規(guī)水電廠和抽水蓄能電站運(yùn)檢設(shè)備管理。

徐衛(wèi)中（1968—），男，本科，高級工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站運(yùn)檢管理。

Discuss on Flow Measurement and Control of Hydropower Station

LIU Wanjing1，HAO Guowen2，ZHANG Yonghui，SONG Xufeng2，XU Weizhong3
（1. Beijing Wanruida Monitoring Technology Co.，Ltd.，Beijing 100107，China; 2. State Grid Xin Yuan Co.，Ltd.，Beijing 100053，China; 3. East China Tongbai Pumped Storage Power Co.，Ltd.，Tiantai 317200，China）

Hydropower plant main and auxiliary equipment cooling water，lubricating oil flow monitoring system uses a large number of components，including flow meter，flow switch，plays an important role in the automation operation. But due to the lack of uniform standards，resulting in these elements in the design，selection，installation，debugging and many other aspects of the various questions. The equipment operation is poor，the false alarm and refusal-operation phenomenon have occurred，some malfunction caused by the accident shut down，seriously affect the safe and stable operation，this paper will analyze and discuss this problem，put forward the flow control the overall solution. This work is supported by study on the typical configuration and technical standards of the hydropower plant flow monitoring system.

flow monitoring; overall plan; standard; component selection and measuring points; piping layout and installation

資金資助項(xiàng)目名稱及編號：水電廠流量監(jiān)測典型配置及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，5257001351AT。