支臂型静磁栅闸门开度传感器在董箐电站 溢洪道弧形门改造上的应用

原标题:支臂型静磁栅闸门开度传感器在董箐电站 溢洪道弧形门改造上的应用

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工程概述

董箐水电站是西电东送第二批重点电源建设项目之一,位于贵州北盘江下游贞丰县与镇宁县交界处,工程总投资约70亿元,总装机容量为88万千瓦,年平均发电量为31亿千瓦时。该电站以发电为主,兼有防洪、供水、养殖和改善生态环境等综合效益。

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改造原因和面临问题

董箐溢洪道控制段距大坝左坝肩约60m,分别由引水明渠段、控制段、泄槽段及消能工组成,其溢洪道工作闸门为弧形门,通过液压启闭机启闭闸门,其开度主要通过油缸上的副拉缸来反映。因其刻度磨损,放大比例高达20倍,已经不能如实反映弧门开度值,所以迫切需要进行改造。

在现场调研中发现,董箐电站溢洪道1号弧形门存在不少土建问题,门槽呈S形,底槛不平,两侧闸墙误差很大,且不与底面垂直。为适应门槽形状,弧门需要定制安装。不仅是土建上,启闭机控制油压的比例阀也出现故障,导致闸门上升过程中由于油压供应不足,经常出现闸门卡顿、左右摇晃、纠偏困难、闸门门槽密封不严等问题。

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改造方案

针对以上问题,我们选择采用支臂型静磁栅闸门开度传感器(以下简称静磁栅支臂传感器),并做了详细的技术方案:

开度:董箐电站溢洪道弧门开度23.5米

选型:采用CWY-DC1系列静磁栅支臂传感器

参数:全量程4.8米

开度比:4.5-4.9倍

精度:0.1mm

防护等级:IP68

工作电压:DC24V,

工作电流:≤100mA

输出信号:SSI

配套PLC:施耐德Premium

计数器模组:TSX CTY-2C

材料:采用304不锈钢,可长期水中浸泡、承受水中漂浮物的撞击

安装:采用垂直安装,最大摆角3.56度

此种安装方式,使得静磁栅支臂传感器在整个弧门开启过程几乎一直与地面处于垂直状态,有效地保证了测量的高线性度。

董菁电站静磁栅支臂传感器安装设计图

静磁栅支臂传感器主要由静磁栅尺和测量杆构成。带有导向套管的静磁栅尺安装于闸墙或闸墙上的检修平台,测量杆安装于弧形门支臂侧面,静磁栅尺和测量杆各自连接处均采用高强度的双不锈钢万向关节轴承。传感器工作时,随着闸门的运动,测量杆相对静磁栅尺作活塞运动,通过相关函数关系式计算出闸门开度值。

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运行监测

经过现场联机运行对比证明,静磁栅支臂传感器的输出开度显示与闸门实际开度数值几乎一致,误差极小,完全能准确反映当前闸门开度情况。

黄色方框为静磁栅支臂传感器测量值,左右缸测量数值为21.471m/21.476m,几乎一致。

红色圆框为原副拉缸测量值,左右缸测量数值为21.467m/21.508m,相差较大,且会随着弧形门开度增加越来越大。

董箐电站闸门开度与静磁栅支臂传感器数据仿真图

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静磁栅支臂传感器在闸门启闭中的重要作用

弧形门的启闭是通过两侧油缸的伸缩来实现的,在油缸运行过程中往往会出现闸门两侧不同步的情况。通过静磁栅支臂传感器配套闸门开度仪,不仅能实时反映闸门开度值,更能有效地对闸门行程进行同步纠偏。

以弧形门转轴中心为原点作为安装坐标,将静磁栅支臂传感器安装在闸门左右两侧,通过实时传输弧门两侧开度值给PLC系统,来指导油缸进行伸缩调节,从而达到同步。

经过改造后的董箐电站溢洪道弧形门起闭平稳,数据准确可靠,左右两侧同步性高,完全能准确地反映当前闸门的开度,保证了电站的安全运行。

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静磁栅支臂传感器的特点

在董菁电站溢洪道弧形门改造中,静磁栅支臂传感器表现出以下突出特点:绝对编码(断电不丢失数据)、直接测量、量程宽泛、刚性外置结构、悬浮运动无磨损、防水密封、抗恶劣环境、防雷击、防射频干扰、防静电等,配备闸门开度仪可满足多种信号输出要求,可灵活配套不同闸门门型进行安装,与其他传感器相比,是比较适合闸门改造的闸门开度传感器。

面向物联网发展趋势,静磁栅传感器后期还可利用物联网及云计算技术进行远程实时监测和数据联网,升级为智能闸门监控,为电站管理提供了广阔的空间。

【“静磁栅”原理】

其原理是:定制型稀土磁体通过空间被细分的栅片状的作用区,无接触地对位移测量装置产生作用。磁场的作用区能细分为10μm厚薄的有相当宽度的栅片状空间,“空间栅片”有非常固定的编号,在失电投电不断转换的过程中,或在稀土磁体离开又回到作用区时,均能正确地反映探测的位置或角度,真正做到了“绝对编码”。

此项“稀土条形码位移测量”专利技术ZL 03 2 35453.3被命名为“静磁栅”。

【功能用途】

“静磁栅”技术原理简单,构想奇特,使用不多的开关型霍尔磁敏元件(后扩展为线性磁敏元件),直接产生高于毫米数量级的位移量数字信号,其优点使得它在相当多的工业现场有可观的运用价值。

静磁栅位移传感器由“静磁栅源”和“静磁栅尺”两部分构成,“静磁栅源”使用不锈钢压封无源钕铁硼磁栅,“静磁栅尺”用内置嵌入式系统的特制高强度不锈钢管材封装。“静磁栅源”沿“静磁栅尺”轴线作无接触相对运动时,由“静磁栅尺”解析出数字化位移信息。它充分发掘了嵌入式微处理器的资源,将数据更新速度提高到毫秒数量级,以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。“静磁栅源”和“静磁栅尺”均有很高的防震、防水、抗污染等级,两者在结合使用时,又有很高的相对间隙宽容度和相对姿态宽容度,这在工业和军事运用中非常宝贵。

静磁栅位移传感器还取得了中南国家计量测试中心水下1000m运用的测试证书,证书编号:力 字第04411486 号。

武汉静磁栅机电制造有限公司

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