凝汽器水位测量故障现象与分析

凝汽器水位测量故障现象与分析
发布时间：2022-06-27T02:42:58.674Z 来源：《中国电业与能源》2022年第4期作者：刘成华1 [导读] 本文介绍了国产 600MW 机组凝汽器水位常用的测量装置，对测量中所存在的问题进行了总结和分析。

刘成华1
1.内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司, 内蒙古自治区呼伦贝尔市 021025
摘要：本文介绍了国产 600MW 机组凝汽器水位常用的测量装置，对测量中所存在的问题进行了总结和分析。

针对水位测量容易存在偏差的问题，本文给出了两种优化测量方案，采用改进式分段电容液位计和导波雷达测量装置测量，结合作者的经验分别给出了分段式电容液位计的自动补偿原理，导波雷达的测量原理、系统组成进行了介绍，并在现场进行了应用。

实践表明，导波雷达的测量方法效果良好，水位测量值稳定且偏差很小，水位自动控制投入状态良好，测点的可靠性提高，维护工作量减少。

关键词：水位;导波雷达; 偏差; 原因分析; 自动控制中图分类号：TP216+.1
引言
容器液位测量故障的具体分析方法由于凝汽器的水位异常会对机组造成严重的后果，所以凝汽器水位的测量在电厂运行中是非常重要的参数，保证水位测量的正确对机组的安全运行有重要意义。

本文将分别对水位测量原理、系统组成和产生偏差的原因及处理方法做详细的介绍和讨论。

1 现行凝汽器水位计的测量原理及其局限性
1.1设备概况
某电厂凝汽器液位采用的是三台北京科普斯特自动化仪表有限公司生产的CPA-3000系列智能产品，一台磁翻式液位做就地指示。

凝汽器的运行主要是检测和维持运行水位，凝汽器输水接纳空间内应预先灌入由储水箱来的凝结水，然后进行在循环，运行时凝汽器热井的正常水位维持在高度2200mm（距离排汽装置底板）附近，此水位能够满足机组最大工况下，疏水空间的凝结水及疏水的容量要求，为了保证安全运行，不允许水位过高或过低，当水位空间超过正常水位范围时，远传液位计就能发出信号，提醒运行人员采取措施予以消除。

真空容器水位的测量容易受到测量环境的影响 ,是容器水位测量的难点。

1.2测量原理
采用测量电容的变化来测量液面的高低。

它是一根直径为d的金属棒作为电极插入直径为D0盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。

两电极间的介质即为液体及其上面的气体。

为了保证电容两级绝对绝缘，给中心探极装配陶瓷绝缘护套，用以耐高温高压。

变送器包括测量单元和变送单元，测量水位产生的电容并转换成标准电流信号。

由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。

反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。

所以，通过检测传感器电容变化量即可知液位的高低。

电容式液位计由测量筒、内电极、电容变送器三部分组成。

如图所示。

液位偏差时曲线截图
2.1凝汽器水位测量失真原因查找与分析
2.1.1设计原因
由于现在国内的设计参差不齐，在有些机组中会存在测点位置设计考虑不周的情况。

主要表现在：
水位测点距离疏水、排气门太近，当疏水排气系统工作时，测量值显示波动，有规律的随流水排气门的动作而变化。

水位测点位于补水口的下方，当补水系统向凝汽器补水时，测量值发生震荡，如:在某600MW机组施工试运过程中发现凝汽器水位有异常波动的现象，反复检查测量系统，仍不能解决问题。

后来通过分析DCS历史曲线，发现异常波动与凝汽器补水门的异常开启关闭有直接关系，将测点改在就地水位附近后解决了水位波动的问题。

基于以上情况，要求施工技术人员在施工准备时对热力系统进行检查，不但要了解热控设备的特性，还要了解被控对象的状况，排除测量点周围的各种非正常因素的影响。

2.1.2焊接质量原因
在汽轮发电机组系统中，当机组运行时，凝汽器处于负压运行工况，其密性不好时，就会产生向内泄漏的现象。

气体会在漏点出聚集成气泡后流向凝汽器方向，这是会产生测量上的波动，而且这种波动是周期性的，并且随着系统真空度的升高，管路内漏量的增加周期性变短。

这种向内部泄漏的现象与外漏现象不同，很难从外观上判断，给系统的严密性检查带来困难，且不容易消除。

仪表测量管路的安装中使用的阀门和管路接头，还有仪表管焊接质量问题带来的砂眼等，都是潜在的泄漏点。

焊接点及接头越多，系统的严密性越难保证，泄漏的治理则越困难。

在这些负压运行系统中，水位的测量普遍存在测量误差大、可靠性不高的问题。

2.1.3介质的参数特性原因
电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且只有水中介电常数和空气中的介电常数恒定才能保证液位测量准确，被测液体的介电常数不稳定会引起误差。

当环境湿度发生变化时, 被测液体不变化的情况下, 电极暴露的部分,其介电常数也将产生变化, 空气中的
介电常数远远小于水中的介电常数,如果空气中含有大量的水蒸汽, 也就是湿度增大,其介电常数也将增大, 这样测量液位的电容量增加,其误差将大大增大。

由于电容式液位计的工作是基于电容量变化的原理, 所以环境及其它客观因素的变化都将引起被测物料介电常数的变化。

其电容量也将发生变化, 变化的结果是测量误差的增大。

当环境温度发生变化时, 其引起电容量变化的几种因素都将产生变化。

a.容器桶的体形变化。

b.电极杆的体形变化。

c. 被测物料体积的变化及物料间松散度变化。

以上变化均将引起电容量的变化 1改进的技术措施根据上述问题, 对电容式液位计进行如下的改进: 一是采用同步同体抵消法, 对环境湿度、温度进行补偿。

二是改进测量探头的测量方式; 1同步抵消法采用分段式电容液位计测量方法，可实现温度、湿度的补偿。

现场采用液位测量自动补偿的三探极电容式液位计测量筒及其计算公式并实现液位测量自动补偿的三探极电容式液位计。

测量筒由三段同轴金属棒作为探电极，同轴套筒作为共用地极，如图 4所示。

其中虚线代表测量筒壁，三段探极与测量筒同轴，探极之间有绝缘层，各自独立与测量筒壁构成电容器，产生三个电容。

图 4 导波雷达液位变送器装置示意其测量原理为 :由发生器产生一个沿导波杆 (探头) 向下传送的电磁脉冲波 ,在遇到比先前传导介质 (空气或蒸汽) 介电常数大的液体表面时脉冲被反射 ,再用超高速计时电路计算出脉冲波从发射到接收的传导时间 ,传导时间与电磁脉冲波速度乘积的一半即为液体表面到变送器底部的位移 ,从而实现导波雷达对液位的精确测量。

运行效果目前 ,导波雷达液位变送器测量装置已广泛应用于国内大容量、高参数机组。

导波雷达相对于差压变送器而言 ,具有不受介质的密度变化影响、不受气相压力的影响、不需要校验、不宜损坏等特点 ,尤其在凝汽器真空状态下测量水位方面具有维护量小、测量精确的特点 ,越来越受到用户的欢迎。

结论
电容式液位计作为一种成熟的过程仪表 ,稳定性、可靠性以及精度都达到了一定的高度。

但作为整个测量单元来讲 ,它的准确性以及精度主要依赖于一次测量元件 ,如平衡容器产生的差压值的准确性和可靠性。

而平衡容器液位的准确性受到多方面因素的影响 ,如压力、温度、管路阀门及容器密封性、平衡容器内凝结水形成的时间等方面的因素都直接影响到平衡容器差压值的准确性。

总之 ,作为一种间接测量液位的测量单元 ,它有自己无法克服的技术缺陷 ,特别是在启动或负荷波动时 ,容易出现测量不准的现象 ,影响机组安全运行。

而导波雷达液位测量作为一种新兴的测量技术 ,无论从对环境的适应性还是测量精度来讲 ,都有着无法比拟的优越性。

因此 ,在成本允许的前提下 ,为最大限度的减少测量误差 ,建议机组的重要液位测量选用导波雷达液位变送器，凝汽器水位的准确控制是电力生产稳定运行的重要测点，只有掌握了电容式液位计补偿原理，才能在实际应用中灵活运用，及时准确的处理现场仪表出现的故障，以及对控制方案进行改进。

某电厂的凝汽器水位测量故障 ,表现为偏差时大时小 ,检修人员经过排查分析 ,最终找到问题的结症。

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