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1、第六章水力监测系统,福建水利电力职业技术学院 童文勇,1,行业相关,第一节水力监测系统目的和内容,一、水力监测的目的 为保证水电站的安全运行和实现经济运行，为考查己投入运行机组的性能，促进水力机械基础理论的发展提供和积累必要的数据资料 二、水力监测的内容 1、全厂性测量项目 对水电站上、下游水位及装置水头和水库的温度等。 2、机组段测量项目 拦污栅前、后压差，水轮机工作水头、水轮机流量、空蚀、振动、轴位移、相对效率等。 三、水力监测的要求 经济运行及研究，对被测参数状态应及时、准确地反映。,2,行业相关,第二节水电站常用仪表,一、温度仪表 1、玻璃温度计：感温液体（水银或有机体），热胀冷缩原理

2、。 类型：WNG型（水银），适用500度以下；WNY型（有机体） ，适用100度100度。 2、铜热电阻温度元件 原理：电阻与温度的线性关系的金属材料或半导体材料。 类型：WZG型铜热电阻测温元件。如WZG410X和WZG001型。 3、压力式温度计 原理：封闭系统中工作介质的压力与温度的关系。 类型：WTZ型（液体饱和蒸气）和WTQ型（气体）。 分为指示式和指示带接点式两种。,3,行业相关,第二节水电站常用仪表,二、压力表和差压仪表 1弹性式压力计 弹性式压力计是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。可分为薄膜式、波纹管式和弹簧管式。前两种多用于几微压和低压测量，后一种用于高、中、

3、低压以及真空度的测量。 类型：Y型（压力），Z型（真空）和YZ型 被测压力最小值应不低于压力表刻度全量程的1/3，最大不宜超过2/3以便保证测量精度。 有0.250.5等级，如1.5表示最大允许基本误差为1.5%，最大允许回程误差为1.5%，指针轻敲位移最大允许误差为0.75%。,4,行业相关,第二节水电站常用仪表,2.电接点压力表 3.压力信号器（压力变送器） 4.差压计 CW型双波纹管差压计：根据位移式原理动作的。 当连结右移时，通过固定在连结轴1的挡板4，使摆杆7扭动扭力管5动作，经心轴6以扭力管 同样的扭角输给显小仪表，因此，输出扭角与波纹管位移量 成正比，也就是说是与仪表差压测量值P

4、是成正比的。,B3,B1,B2,1,4,5,7,6,5,行业相关,CW型双波纹管差压计,6,行业相关,第二节水电站常用仪表,三、液位仪表 1.直读式液位仪表 如直读水尺，U形管液位计。 2.浮力式液位仪表 （1）钢带式浮子液位计 浮子受浮力作用浮在液体表面表面上， 液位值通过测量钢带和减速齿轮传送到指示器上， 测量钢带起始于钢带轮受到盘簧的作用保持一定张力，由于钢带的另一端受到浮子的重力作用、加上浮力和盘簧拉力， 使钢带保持着一个恒定的受力状态，只有当液位上升或下降时力发生变化使原有的力平衡受到破坏， 此时在盘簧力的作用下立即进行调节使浮子随液位变化， 同时液位的变化也通过钢带传给了指示器。

5、UTY型浮筒式遥测液位计与UTZ型液位指示器组成。,7,行业相关,第二节水电站常用仪表,（2）感应式浮子液位计 由磁性浮子与电气接点开关组成。 （3）超声波式浮子液位计 （4）翻板式液位计,8,行业相关,第二节水电站常用仪表,3.电极式水位信号器 4.差压式液位仪表 根据静压力与液位高度成正比原理。,9,行业相关,第二节水电站常用仪表,四、流量计与示流器 1、差压流量计,孔板式流量计,文丘管式流量计,10,行业相关,第二节水电站常用仪表,2、电磁流量计 当液体在磁场中运动时，根据法拉第定律产生感应电动势（见图）。如果磁场垂直于流动液体的电绝缘管道，而液体的电导率又不太低，则装在管壁上的两个电极

6、之间可测量到一个电压，这电压同磁通量密度、液体的平均流速以及两个电极之间的距离成正比。这样，就可以测得液体的流速，进而测得液体的流量。,11,行业相关,第二节水电站常用仪表,3、涡轮流量计 被测流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的转速随流量的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入显示仪表进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。,12,行业相关,第二节水电站常用仪表,4、超声波流量计 图示是超声波流量计原理图。在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头（F1，T1

7、）、（F2，T2）。其中（F1，T1）的超声波是顺流传播的，而（F2，T2）的超声波是逆流传播的。根据这两束超声波在液体中传播速度的不同，采用测量两接收探头上超声波传播的时间差t、相位差或频率差f等方法，可测量出流体的平均速度及流量。,13,行业相关,第二节水电站常用仪表,5、示流器与示流信号器 SLX型双向示流信号器是用来监视管路中的水流流量，当流量达到设定值时，示流信号器发出电信号。反馈到保护系统或控制流量的系统中去，从而保护主设备能正常工作。 由喷嘴系统、杠杆、微动开关及指示部分组成。,14,行业相关,第三节上下游水位的测量,一、水位与水头测量的目的和方法 （一）目的 由水库的水位确定蓄

8、水量可制定水库最佳运行方案，对梯级电站可执行集中调度；计算电站水头和推算吸出高度等。 （二）方法 1、直读水尺（中小型） 2、液位计（大中型） 常用浮子式液位计和超声波式液位计 UTY型和XBC2型USS51型回声式,15,行业相关,第三节上下游水位的测量,二、仪表选择 遥测液位计的仪表主要包括发送器和接收器，一般浮标式遥测液位计由UTY2型发送器与XBC2型接收器组成。它的型式和范围有UTY2：10、20、30、40m ；XBC2：20、40m等几种；通常要求上、下游各设置一套。 三、仪表安装位置 UTY型发送器安装在坝顶或水库旁，XBC型接收器安装在控制室或机旁屏上。,16,行业相关,第四

9、节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,一、测量内容 水轮机过水系统的监测包括：拦污栅前、后的压差；蜗壳进口断面的压力；尾水管进口断面的压力和真空度；尾水管出口断面的压力；水轮机工作水头和水轮机顶盖压力以及尾水管的水力特性等项目。 二、进口拦污栅前、后压力差的监测 当拦污栅被污物堵塞时，其前后压力差会显著增加，轻则会影响机组出力，重则压垮拦污栅。所以，一般电站应设置进口拦污栅前后压力差监视设备。一般前后压力差为24cm或按式下计算,17,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,18,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,（1）仪表选择 首先应选定测压断面，并计算两断面间

10、的水头损失，然后确定拦污栅清污及停机信号整定值。可采用UTY2型浮标式发送液压计，选2个配1个XBC2 型接收器。 目前，不少中、小型水电采用自动巡检系统或计算机综合监控系统。 （2）仪表位置确定 UTY2型浮标式发送液压计在拦污栅附近室内XBC2型接收器在中央控制室。发送器在坝体廊道或水轮机层二次仪表在中控室。 （3）测点布置 对于双波纹液管差压计与差压变送器布置在最低水位以下。而浮标式液位计布置在水位以上。,19,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,三、蜗壳进口压力测量 测量机组在甩负荷和正常运行时蜗壳进口压力值，检测压力钢管末端的实际水头值和压力波动情况。被测压力最大值可

11、按下式计算,20,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,（1）仪表选择 根据被测压力的最大值选择仪表的量程，并确定仪表的型号。一般选用YB型标准压力表或Y型普通压力表；对于采用自动巡检系统或计算机综合系统应选用DBY型差压变送器。 （2）仪表位置确定 一般安装在水轮机层的仪表盘上。 （3）测点布置 蜗壳进口断面应设置4点用均压管连接（见书图620），从环管引出测压管，在测压管上再安装测压表。,21,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,四、尾水管的真空测量 尾水管进口断面真空测量目的是在于分析水轮机产生空蚀和振动原因，以及检验补气装置的工作效果。 （1）尾水管进口断

12、面边界上最小静压绝对压力 尾水管进口断面边界最小静压绝对压力的确定方法，按下游最低水位并产生水锤压力下降（即水轮机开始以100突然关闭至零）时来确定。,22,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,尾水管最大真度为 （2）尾水管进口断面边界上最大压力值尾水管进口断面边界是最大压力值按下游最高洪水位并当机组突然增加负荷100%时所产生的最大正水锤来确定。按下式计算,23,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,（3）仪表选择 一般由H与P3静max选真空表0760mm水银柱压力为03Kgf/cm2 的YZ型压力真空表。 （4）测点布置 尾水管进口断面，直锥段，均匀布置4个

13、测点。 五、水轮机顶盖压力测量 （1）仪表选择：选用Y型普通压力表或YB型压力真空表 （2）仪表位置：一般把所有测量仪表集中装设在水轮机层的仪表盘上。,24,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,六、水轮机工作水头测量水轮机工作水头是机组运行中的一个重要参数，它在数值上等于水轮机进口及出口断面水流总比能之差。对于反击式水轮机可由下式表示,25,行业相关,第四节水轮机过水系统压力、压差和真空测量,1测量仪表的选择 测量仪表的型式可根据水头的变化范围、要求的测量精度及数据的传输方式来选择。常用压力水头仪表有YB型标准压力表、Y型普通压力表和DBY型压力变送器等。 可选用YB型标准压力

14、表或Y型普通压力表或DBC型差压变送器，按最大作用水头Hmax ，同时考虑水锤附加值。被测压力最大值不大于仪表仪表量程上限的2/3，同最小值不低于仪表量程的1/3，从而保证仪表的测量精度，对仪表起到安全保护作用。 2测点与仪表的布置 （1）仪表位置：为了减少测压管路长度和对所测参数的影响，在可能的条件下，仪表应尽量靠近测点布置。压力表与差压变送器在水轮机层，且必须在最低尾水位以下，以免影响测量精度。对二次指示仪表一般布置在中控室仪表盘上。 （2）测点布置：压力钢管进口断面，按45o 方向对称布置4点，尾水管出口断面测点要求多于5个点。,26,行业相关,第五节水轮机流量测量,一、目的 水轮机流量

15、测量对于实现水电站经济运行有差重要的意义。即在保证一定出的情况下，总耗水量为最小。实践证明，安装后的真机效率由于各种原因与模型换算出来的数值有较大差异，因此，机组投入运行后应该进行效率试验。为了获得较准确的真机效率，就必须用比较精确的方法测定水轮机流量。另外，通过不同工况的真机效率试验，测出机组或电站在各种同出力情况下的效率和耗水量值，籍以绘制总效率曲线和耗水量，制定机组间之间或电站之间的负荷分配。还可以根据机组或电站的某一时段的耗水量，推求水库的漏水量，以及可以针对水库现存水量进行有规律的调度等。,27,行业相关,第五节水轮机流量测量,水轮机测流方法通常有蜗壳测流法、水锤法、流速仪法和浓度法

16、等。蜗壳测流是水轮机流量测量最为简便的一种方法，对有蜗壳的机组中，一般都可以采用此方法；在真机效率试验中，可以采用水锤法等方法进行精密测量和较正其他流计。这里主要采用蜗壳测流法。 二、蜗壳测流法 1蜗壳测流法原理蜗壳测流法根据反击式水轮机蜗壳中的水流，若不计水力损失时，蜗壳中的水流符合等速度矩定律，即，VURconst 。,28,行业相关,第五节水轮机流量测量,蜗壳测流法的原理由伀式如下 许多电站现场试验证明：蜗壳流量系数在不同水头下几乎不变，保持为一常数。只有在水头不大于10m的低水头水电站，流量与压差有时可能不符合平方根关系，则要对上述关系式进行修正。,29,行业相关,第五节水轮机流量测量

17、,2仪表选择 根据计算的测压点的差差值选择仪表量程。仪表的型式根据被测参数的显示和传输方法不同而选用不同仪表。对于只需要现场观测瞬时值时，可采用CWD280型或CWD282型双波吸管差压计。对于需要将流量参数用电信号传到中控室，可选用CWC276型、CWD276型或DBL型电动单元组含仪表的电动差压流量变送器。 3测点布置与仪表位置 通常测压孔是布置在同一径向断面上，这个测压断面应选择在蜗壳进水侧，在水流转过45o90o角的地方，并且有较大的流量通过其断面。为了适应流量的变化，通常在蜗壳内缘设置23个低压测孔；为获得足够的压差，应使两测压孔之间距离尽量大。,30,行业相关,其他方面监测,冷却水量水压与水温监测 1冷却水量：由技术供水总用水量Q，选择流量计；其布置于水轮机层。 2冷却水管水压测量：推力轴承进水压力上导小于0.2MPa下导与水导轴承选用Y与YB型。 3水温监测水库水温监测、机组冷却水温监测：水库按正常出现最高水温考虑，可以取25，对南方电站夏季温度较高，可取30。机组冷却器按各轴承冷却器油温要求取值。,31,行业相关,第六节水力监测糸统图,根据装机容量、台数、试验机组等因素考虑；水力监测项目拟定水力监测系统统。,32,行业相关,