火电厂汽轮机主油箱液位测量缺陷分析及处理

　　针对某火电厂4台机组汽轮机主油箱油位测量过程中出现跳变甚至变坏点的问题，从工作原理、使用环境、介质特性等方面分析原因，认为主油箱内部油位波动较大以及存在较强磁场是导致问题的主要原因，提出将汽轮机主油箱油位测量方式改为差压式测量的处理措施,处理后，测量精度、可靠性、稳定性均满足二十五项重点要求的相关要求，4台机组主油箱油位低跳机保护投入。

　　1　概述及存在的问题

　　汽轮机润滑油系统是汽轮机设备的一个重要组成部分。若润滑油系统出现异常会威胁汽轮机设备的安全运行，严重时会导致汽轮机烧瓦、大轴弯曲、转子动/静摩擦，甚至会导致整机损坏等恶性事故的发生[1]。例如：润滑油中断，失去润滑，轴承将迅速被烧毁。润滑油中断是由于大量漏油未及时发现，油箱油位降低到主油泵不能正常工作的位置，主油泵故障以及油系统管道堵塞等原因造成的。《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全［2014］161号）8.4.9及8.4.10要求应设置主油箱油位低跳机保护，必须采用测量可靠、稳定性好的液位测量方法，并采取三取二的方式，油位计及相关

　　信号装置，必须按要求装设齐全、指示准确。机组运行中发生油系统泄漏时，应申请停机处理，避免处理不当造成大量跑油，导致烧瓦。

　　综上可知，汽轮机主油箱油位测量的可靠、稳定的重要性不言而喻。某火电厂4台机组汽轮机润滑 油 箱 非常 初 分 别 配 备 了 1支 磁 翻 板 就 地 液 位 计 和液位高、低开关量报警信号，不满足二十五项反措要求中的数量及作为主机保护信号的测量精度要求。为了提高测量精度、可靠性、稳定性，两台超临界机组汽轮机主油箱加装了MAGNETROL导波雷达 液 位 计 ，两 台 亚 临 界 机 组 汽 轮 机 主 油 箱 加 装 了磁致伸缩式液位计，但这两种液位计在测量过程中均出现了跳变，甚至变坏点的缺陷，且无法解决。

　　2　缺陷原因分析

　　2.1　导波雷达液位计测量缺陷分析

　　导波雷达液位计基于电磁波TDR( 时域反射)原理，由于电磁波的传导不受介质的粘度、蒸汽、密度等影响，因此，导波雷达液位计相对于某些传统测量方法有很多优势[2]。MAGNETROL导波雷达液位计由雷达变送器和导波探杆两部分构成，该电厂采用的是705型顶装同轴杆式探头，在测量过程中出现了跳变，甚至变坏点的缺陷。由于导波雷达液位计能否准确测量完全依赖于电磁脉冲反射波的信号，因此通过分析后，怀疑存在以下原因：

　　a. 通过拆解该导波雷达液位计后发现其导波探

　　杆存在与探杆外部套管碰壁的可能，见图1。因为汽轮机主油箱内部油位波动较大，当润滑油通过气相补偿孔冲击内部导波探杆时，导波探杆不是处在固定垂直状态而是处在晃动的状态下，甚至碰壁，这样电磁脉冲的传输路径及反射界面就存在变化，从而可能导致测量的跳变，甚至坏点。

　　b. 由于汽轮机主油箱内部油位波动较大，容易出现泡沫，泡沫的存在就导致反射的油位是一个虚假油位，测量区域泡沫的有无以及泡沫的多少直接影响了测量。该电厂使用导波雷达液位计测量七/八号低加水位时一直很精确，可以从侧面印证此种情况。

　　2.2　磁致伸缩液位计测量缺陷分析

　　磁致伸缩液位计[3]工作时，传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。该电厂采用的EDM磁致伸缩式液位计由测杆（不锈钢管）、带永久磁铁的移动浮子、磁致伸缩线（波导丝）、变送器等组成。在测量过程中出现了跳变，甚至变坏点的情况。根据文献[3]中所描述的磁致伸缩式液位计变送器常见故障及解决方案可知，导致输出不稳定的因素包括液位改变速度太快、跨距较短（<12(600 mm)）、剧烈颤动、探杆被磁化等四种。厂家在处理问题的过程中已经进行调高阻尼的操作，但是问题得不到解决。因此只能怀疑主油箱内部存在剧烈颤动，或探杆被磁化 。文献[4]中指出由于测量原理等因素，当磁致伸缩式液位计处于强磁场干扰环境下，会使浮子受的磁场力叠加导致消磁。综合考虑以上两方面因素，怀疑汽轮机主油箱内部存在较强磁场导致油位测量出现跳变，甚至变坏点的可能性较大。通过与该厂汽机专业沟通得知，为了吸附汽轮机主油箱内部润滑油中的铁屑及杂质，在主油箱底部安装有若干磁棒，磁棒的存在形成强磁场，干扰磁致伸缩式液位计的测量，导致以上缺陷产生。

　　3　处理措施及效果

　　3.1　处理措施

　　由于导波雷达液位计、磁致伸缩液位计在测量过程中均出现了跳变，经过以上缺陷原因分析可知，造成汽轮机主油箱油位测量出现缺陷的原因是汽轮机主油箱内部客观环境与导波雷达液位计、磁致伸缩液位计的使用环境不匹配，由于汽轮机主油箱内部客观环境无法人为改变，因此考虑对汽轮机主油箱油位的测量方式进行改造换型。通过一系列考察和查阅相关文献[5]可知，差压式测量方式在原理上可行，能正确的指示油箱油位，目前差压式测量方式占有率较高，且也有已投入主油箱油位低跳机保护的先例。因此，决定利用机组检修机会对主油箱油位测量方法实施改造，每台主油箱上加装3套差压式液位变送器。

　　3.2　处理效果

　　目前4台机组主油箱油位测量方法改造均完成，改造效果良好达到预期（见图2），观察一段时间未再出现跳变及变坏点的情况，均已投入主油箱油位低跳机保护。

　　差压式液位计具有精度高、漂移小、抗过载能力强等特点。但是如果介质密度受介质的温度、压力、组分的变化影响大时，差压式液位变送器就会产生虚假液位。某电厂地处北方，其汽轮机主油箱差压式液位变送器设置在汽机房零米，随着天气的变化，变送器取样管中的静态润滑油的密度会随温度的变化而变化，从而导致产生测量偏差。根据实际使用情况，如果存在较大偏差，可以考虑引入温度补偿的方法，即在汽轮机主油箱上加装1支专门测量油温的温度元件，在DCS逻辑中增加含有温度密度函数（(t)）的温度补偿系数k来提高差压式液位变送器的测量精度。由于负压端从主油箱上部引出，正负压侧的大气压力相等而相互抵消，因此主油箱油位h的计算公式如下：

　　在未考虑温度对密度的影响时，一般润滑油密度取=820 kg/m3，P+、P-分别为差压变送器正负压测的压力，P为差压变送器的差压，g为重力加速度。若要考虑温度对密度的影响时，润滑油密度为(t)，其他参数不变，真实主油箱油位h'的计算公式如下：

　　此外，在投运汽轮机主油箱差压式液位变送器时，还需要考虑到取样管路中的空气及润滑油中可能存在泡沫，所以一定要将取样管内的空气泡彻底排除。具体办法就是将取样管中的润滑油通过排污门排放一段时间，直至排出的润滑油中看不到气泡为止。

　　4　结束语

　　随着自动化仪表技术的发展，国内外研制开发出一些新的液位测量方法，出现了很多低功耗、微型化、高精度的智能型仪表，如导波雷达液位计、磁致伸缩液位计等，且在某些领域表现出了优越的性能，如精度高，稳定性好，环境适应强，应用范围广等，相对于这些新的液位测量方法，差压变送器是比较传统的测量方式，已有很多年的成功经验且应用广泛,差压变送器对液位进行测量的关键是液位与差压之间的转换，所以测量精度很高，但在介质密度变化明显的环境中不能采用。通过本文的改造实践可知，没有哪一种液位测量方法能够适应所有的介质或环境，只有在充分了解各类仪表的工作原理、使用环境、介质特性，可能存在的问题及日后维护保养等因素的基础上，根据环境和测量需求，结合各种测量方法的特点，选择实用的、稳定的、精确的液位测量仪表。