水电厂流量测控问题研讨

刘万景，郝国文，张永会，宋旭峰，徐卫中

（1.北京万瑞达监控技术有限公司，北京市 100107；2.国网新源控股有限公司，北京市 100053；3.华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江省天台县 317200）

水电厂流量测控问题研讨

刘万景1，郝国文2，张永会2，宋旭峰2，徐卫中3

（1.北京万瑞达监控技术有限公司，北京市 100107；2.国网新源控股有限公司，北京市 100053；3.华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江省天台县 317200）

水电厂主辅机冷却水、润滑油等系统使用大量的流量测控元件，包括流量计、流量开关，在机组自动化运行中起着重要的作用。但由于缺少统一标准，致使这些元件在设计、选用、安装、调试等诸多环节问题繁多，元件运行水平低，误报拒动现象时有发生，有的误动造成机组事故停机，严重影响机组安全稳定运行。本文将对此问题进行分析和研讨，提出流量测控整体解决方案。

流量测控；整体方案；标准；元件选用及测点；管路布置及安装

0 引言

这里提及的水电厂流量测控是自动化元件的组成部分（不包括水轮机过机流量的监测，目前该流量主要是用多声道超声波法测量），涉及主、辅机系统，包括冷却水、润滑水、密封水、润滑油等，测点分布广且多，仅对主机和变压器来计算，若是一机、一变，一台机组就有34个测点；若一机、3台单相变压器，那么一台机组就要有50个测点。有些配置更全的大型电站，测点更多。这些流量元件的安全可靠运行直接影响着机组的自动化水平，甚至影响机组安全生产。目前水电厂流量测控所使用的流量产品原理主要有机械式、电磁式和热导式，其他一些原理的产品如涡街式、涡轮式、差压式等较为少用。

流量产品的应用是一个系统，除考虑产品本身之外，更要考虑产品的安装位置及方向、管路布置、功能、调试等，才能保证流量产品正常工作。

1 流量产品应用现状

流量产品的应用现状是混乱、配置不完善，问题多且严重，令人担忧，需尽快解决，有统计称有近60%的流量产品应用有问题。我国水电雄踞世界第一，机组多且容量大，但在流量产品的应用方面却没有一家专门的机构来研究，问题就出现在这里，我们几乎没有按照系统思维来考虑流量产品的应用；另外，行业内没有给予足够的重视，在设计和招标阶段自动化元件不是大家关注的重点，但机组投入运行后，流量产品及其他自动化元件运行的好坏就成为非常突出的问题了，也有统计称，机组故障中有80%由自动化元件故障造成。这一现状与我国的水电发展水平不符，尤其是我国正在开展智能电站建设和精细化管理，所以改变这一现状势在必行。现从如下诸多方面剖析应用现状。

1.1 标准方面

标准不健全。目前我国还没有专门的流量监测标准，有些水电相关标准中虽涉及流量监测内容，但仅为局部规定，如测点或产品类型等，没有对产品原理、功能、结构、测点部位、管路布置、安装等提出系统、全面的要求，这是造成水电厂流量产品应用混乱的根源。现场什么原理的产品都有，产品选用和安装不对，测量不稳不准，凑合使用，甚至一些水电厂流量元件退出应用，形成安全隐患。在我国现有的几部标准中，DL/T 5066—2010《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》只规定了测点；DL/T 1107—2009《水电厂自动化元件基本技术条件》只规定了产品部分技术参数、部分安装要求；GB/T 11805—2008《水轮发电机组自动化元件（装置）及其系统基本技术条件》只规定了产品部分技术参数。

比如：DL/T 5066—2010标准的4.4.8规定：在推力轴承、空气冷却器、上下导轴承、水导轴承各自的排水总管上宜设置水流监视仪表或示流量信号器。这样的规定过于简单，只规定了测点，选择任何一款流量产品似乎都是满足要求的。

1.2 设计方面

设计时对流量产品的要求太笼统。由于没有统一完善的标准，所以在招标文件中各设计院要求不统一、不全面、不明确，甚至不正确，因此，主机厂选用的产品差异很大。至于管路布置、安装位置、产品功能等根本没有明确要求，这就为投产后的产品应用埋下隐患。图1为设计招标文件中对流量产品的要求实例。

图1 招标文件中对流量元件的要求实例

1.3 安装方面

这方面造成问题尤为严重，说流量产品是随意安装的似乎都不为过，造成这种结果的原因：一是标准中没有明确要求，标书中没有明确要求；二是安装时不看说明书，随意安装；三是对流量产品的该如何安装没有概念。流量产品的安装与其他自动化元件相比较为复杂，它不仅仅是产品本身的安装，而是一个系统安装，包括管路布置、直管段要求、安装位置、安装方向、安装深度、产品调试等多个环节，一个环节有问题，流量产品便不能可靠稳定工作。仅就直管段要求来说，任何一款流量产品安装到管道时其前后都要有足够的直管段，在这一段内不能有阀门等其他设备，也不能有管径变化，因为这样才能给流量元件一个良好的流态，才能保证流量测量准确、稳定。在DL/T 1107—2009 《水电厂自动化元件基本技术条件》中对流量产品安装的直管段做了如下要求：

机械式流量开关：上下游5D；

热导式流量开关：上下游4D；

电磁式流量计：上游10D、下游5D。

其中，D指的是管径。但是现场安装的实际情况并不规范，如图2～图5所示为举例。

图2 直管段不够

图3 前后阀门

图4 阀门、T型管

图5 弯管

1.4 产品方面

水电行业成为流量产品的试验场，几乎各种原理的产品都有使用，这也不足为奇，因为水电行业就没有一个统一的标准，所以想用什么就用什么，或者也可以说不知道有什么，这也是上面所说应用混乱的根源。不同的流量产品都有它的适用条件，但是我们在选用产品时没有做认真的研究，用什么原理的产品？用什么结构的产品？比如在油路就不能用电磁式流量计，因为油是绝缘的，不导磁；在水路不宜用涡轮式流量计，因为江河里的水有水草或泥沙，会卡住涡轮转动；在流体温度变化大的场合不应选用热导式流量开关，因为与其工作原理相悖等。

另外，产品的易调试性也没有得到关注，如选用的大量的热导式流量开关调试极为繁琐，现场人员很难掌握；更有的要借助开关阀门以及其他流量测量手段辅助调试，造成调试根本无法执行，所以很多水电厂只能凑合使用。

2 水电厂流量测控整体解决方案

水电厂流量测控问题到了必须解决的时候了，一是我国对水电厂的运行提出了更高的要求，如电站智能化建设，电站精细化管理；二是现在的流量产品运行有的造成机组停机故障，有的废弃，有的凑合使用，还有的在没有掌握根本原因的前提下频繁更换产品。无论哪一种情况都给水电厂造成经济损失，同时影响机组安全稳定运行。

要想解决这一重要而又普遍的现象，不能一事一议，要用系统的思维来解决，要从源头解决，要建立我国水电厂流量测控设计标准，给出完整、系统的规定，使今后新建项目流量测控走向标准化。但目前我们应从如下几个方面来整体解决流量测控问题。

2.1 测点布置

根据测量要求，参照现有配置经验，对水电厂流量测控点提出表1、表2所示布置要求。

表1 主机系统流量测控部位及测控点布置（在通常情况下，以一个电站为例）

表2 辅机系统流量测控部位及测控点布置（在通常情况下，以一个电站为例）

2.2 产品选择

不同原理、不同精度、不同结构的流量产品有几十种之多，有的适合水电厂有的不适合，所以要做研究性的选用，本文分油路和水路两大部分来考虑。

2.2.1 油路

油路包括主机各部轴承润滑油外循环管路、变压器绝缘油外循环管路，这些油流的特点是洁净（相对水），压力小，温度高且变化大，所以一定要选择压损小的流量产品，这样才不至于影响油流流动，同时不易选择热导式原理，因此，两款机械式流量产品比较合适，一种是新型的挡板式，一种是涡轮式。因为新型挡板式带有玻璃视窗，可以观察到流体，因此可以直观地帮助判断油流状态，带来了很好的附加值，所以在油路选用带视窗的机械挡板式流量测控装置式是最优的。

2.2.2 水路

（1）主轴密封水很关键，压力和流量均不大，它工作的好坏直接影响着机组的安全，水量的多少应该被量化测控，但以前此处多用热导式流量开关，本文认为是不妥的，一方面这种产品不便调整报警点，另外也不能给出密封水流量值，对于判断密封水工作状态没有太大价值；另外，主轴密封水不仅水量大小很关键，其水质好坏也很重要，所以此处也宜选用带视窗的机械挡板式流量测控装置，以便可以观察到水质状态，提醒技术人员对虑水效果进行调整。

（2）技术供水总管承担着全厂或每台机组的总供水任务，若对机组实施精细化管理了解用水量是必要的，因此这里选择电磁流量计，能够现场显示流量值，但由于这些总管一般尺寸较大，所以考虑安装方便，经济性，选用插入式电磁流量计最为合适。

为什么选择电磁流量计？这是因为电磁原理是流量计的一大门类，技术最为成熟，造价相对较低，在水电厂应用占主导，经历了考验。

（3）其他支路选用体积小巧的热导式流量开关，如水泵润滑水，每个空气冷却器冷却水等，这些管路口径较小，安装热导式流量开关较为方便。

2.3 功能要求

对上面筛选出的流量产品，这里列出的功能，是指现有流量产品已有，对水电厂应用会带来很大附加值，人们还没有关注到、体会到的高级功能，这些产品安装更方便，造价更低，产品的基本功能在这里不做赘述。

2.3.1 电磁式流量计

（1）应为一体式；

（2）应有现地显示；

（3）安装方式最好为插入式，尤其DN100以上的大口径管道，易安装、易更换、造价低；

（4）同时输出模拟量和二路开关量；

（5）推荐采用美国TOMAT公司的插入式电磁流量计。

2.3.2 可视流体机械挡板式流量测控装置

（1）压损小于60mm；

（2）带视窗，可视流体；

（3）同时输出模拟量和二路开关量；

（4）能指示流量值；

图6 正确与错误水的管路布置

（5）视窗内侧可清污；

（6）推荐采用日本TAYIO公司的机械式流量测控装置。

2.3.3 热导式流量开关

（1）不应要求模拟量输出，热导式流量开关只能做状态监测，量化测量误差太大；

（2）必须防结垢；

（3）不需借助其他手段便可容易的调试；

（4）能现场调整报警点并能明确显示；

（5）能够显示管道内流量大小；

（6）推荐采用美国DWYER公司的热导式流量开关。

2.4 管路布置

流量测控与管路布置关系密切，没有正确的管路布置，就不能保证流体有良好的流态，会出现脱流、波动、不满管等现象，影响测量效果，甚至无法正常测量，出现误报等问题。管路布置的核心是要让安装流量产品的地方充满流体，图6列出了管路布置对错对比。

2.5 安装

安装存在问题最多，产品说明书上的安装要求以及相关标准的要求没有被遵照执行，根本原因是没有给予应有的重视，客观理由是安装空间有限，无法满足安装要求。对于这一客观理由，本文认为：一是设计之初没有考虑到流量计的安装要求，待后来安装发现时已无法挽回；另外，在产品选择时又没有考虑到空间小不满足安装要求的现实，选择了对安装要求更高的产品，比如管道式电磁流量计。总而言之，是没有整体、全面的规划工程，本应相关联的工作实际是互相脱节的。没有给予重视在安装局施工中表现更为突出，有些管路布置满足条件的电站，安装仍然不符合要求，有的甚至是随意安装。现对安装提出如下要求：

（1）保证安装前后的直管段。

对安装流量产品前后直管段的要求应是最普及的，无论是国际、国家标准，还是教科书，或者产品安装手册，都对直管段提出过明确要求，基本是前10D，后5D，近几年随着流量产品种类的增多，有了更细分的要求：电磁式流量计要求前10D，后5D；机械式流量计要求前后各5D；热导式流量计前后各4D。正确安装如图7所示。

图7 流量元件安装直管段要求图例

（2）在水平管路上安装时管路要上扬，因为这样才能保证管路里充满水。正确安装如图8所示。

（3）在垂直管路上安装时，要安装在流体自下而上流动的管路上，因为自上而下的管路可能会出现不满管或脱流现象，造成测量不稳定。正确安装如图9所示。

（4）插入式安装时要安装在管道侧面，因为安装在管道顶部或下部，当不满管，有气泡，有沉淀时，会影响测量。正确安装如图10所示。

同时，插入式安装是要特别注意插入深度，一定要按照要求安装，如热导式流量计由于探头太短，很容易接触不到流体，所以根本就测不到数据；像插入式电磁流量计插入深度对测量精度影响很大。

图8 流量元件安装管路上扬图例

图9 流量元件垂直管路安装图例

图10 插入式安装图例

3 结束语

水电厂流量测控测点多，又涉及多个辅机系统，由于没有得到重视，所以缺少相应的标准，因此产品选用和产品安装非常混乱，造成运行中故障频发，影响了机组安全稳定运行，呼吁应尽快编制水电厂流量测控技术标准，来规范和指导流量测控各方面的工作。

刘万景（1962—），男，本科，高级工程师，主要研究方向：水电厂自动化元件，机组状态监测。E-mail:lwj@bjwrd.com

郝国文（1981—），男，本科，工程师，主要研究方向：常规水电厂和抽水蓄能电站电气二次设备管理。

张永会（1975—），男，本科，高级工程师，主要研究方向：常规水电厂和抽水蓄能电站运检技术管理。

宋旭峰（1975—），男，本科，高级工程师，主要研究方向：常规水电厂和抽水蓄能电站运检设备管理。

徐卫中（1968—），男，本科，高级工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站运检管理。

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

资金资助项目名称及编号：水电厂流量监测典型配置及技术标准研究，5257001351AT。