劉 釗

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750000）

0 引 言

換流站的水冷系統(tǒng)分為外水冷循環(huán)系統(tǒng)和內水冷循環(huán)系統(tǒng)。在外水冷循環(huán)系統(tǒng)運行中，外水冷池液位的監(jiān)測十分重要。如果液位過低且沒能及時補充冷卻水，將會導致?lián)Q流站的外水冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障，使內水冷系統(tǒng)的降溫效果降低，嚴重時會直接影響換流閥冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生故障并退出運行。以往在外水冷池液位監(jiān)測中運行人員需每日按時巡檢液位，依次打開重達50 g的水池蓋板，然后人工判斷液位高低。

通過上述人工方式對換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)的水冷池液位進行監(jiān)測，存在幾方面的不足：（1）運行人員每日人工目測巡視，使監(jiān)測間隔時間長，數(shù)據(jù)不連續(xù)，不利于分析水冷池內液位動態(tài)狀況；（2）增加液位巡視頻率，會造成運行人員工作疲勞；（3）不能實時在線對換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)運行工況進行監(jiān)測。為了解決上述問題，本文提出一種換流站外循環(huán)水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位監(jiān)測報警裝置，以期達到實時在線監(jiān)測外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位高度并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析的技術效果。

1 硬件設計

在換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池的液位監(jiān)測中，主要采用將水池蓋板輕量化以便工人檢查維修，并在水池蓋板內側統(tǒng)一加裝超聲波液位傳感器，如圖1所示。傳感器與外界STM32單片機連接，數(shù)據(jù)傳輸至單片機處理。

圖1 水冷池蓋板

硬件模塊分包含超聲波液位傳感器、AD8130差分放大模塊、STM32單片機、ADC數(shù)模轉換模塊、聲光報警模塊、繼電器模塊、LCD顯示模塊和電源模塊。具體硬件連接圖如圖2所示。

圖2 液位監(jiān)測裝置連接圖

2 超聲波液位傳感器工作原理

超聲波液位傳感器探頭發(fā)出高頻脈沖聲波。當聲波遇到被測液體時，液體表面發(fā)生反射將超聲波反射回接收器，反射回波被換能器接收轉換成電信號。超聲波的此過程中的傳播時間與蓋板到液位表面的距離成正比[1]。

液位高度的表達式為：

式中：h為水冷池中液位高度，H為水冷池深度，v為環(huán)境聲速，t為探頭發(fā)出超聲波與接收器收到超聲波的時間間隔。

其中，聲速的溫度補償為：

式中：v為環(huán)境聲速，T為環(huán)境溫度。

3 液位檢測報警系統(tǒng)監(jiān)測原理

電源模塊給其他模塊裝置供電。STM32單片機收集超聲波液位傳感器傳輸?shù)囊何粚崟r數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理，打上時間標碼。當收集到水冷池液位低于標準液位時，STM32單片機傳發(fā)出高電平給相應的繼電器模塊來驅動聲光報警模塊，發(fā)出報警并自動啟動補水泵增加水冷液。

超聲波液位傳感器的傳出信號為模擬信號，為此在超聲波液位傳感器和STM32單片機之間加入差分放大器模塊和數(shù)模轉換器模塊，以便信號的遠距離傳輸和STM32單片機分析處理信號。差分放大器模塊采用AD8130差分接收放大器模塊，具有低噪聲、低失真和高共模抑制比的特性。

STM32單片機信號輸出端加入繼電器模塊來控制聲光報警器的啟停。繼電器模塊采用一路光耦隔離可以高低電平觸發(fā)的繼電器模塊。本設計中采用高電平觸發(fā)使聲光報警器工作，低電平停止工作。

保存換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位高度于歷史數(shù)據(jù)存儲器中，便于以后查找和趨勢分析；用數(shù)據(jù)接口模塊與外界進行數(shù)據(jù)交換，將水冷池的液位監(jiān)測系統(tǒng)的報警信號以電信號的方式傳遞給外部監(jiān)控平臺。

在計算機端，STM32信號從USB端口傳入計算機，經(jīng)過計算機CPU的分析處理計算，將數(shù)據(jù)存儲在計算機硬盤中。同時，可以通過互聯(lián)網(wǎng)在遠端調用換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位高度在計算機硬盤中的數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場LCD顯示模塊和遠端計算機顯示器上實時顯示水冷池液位的變化情況，方便工作人員分析判斷換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位是否超過閥值、是否需要啟動補水泵增加水冷液，從而達到無人值守、遠端操作、簡化人力的目的。系統(tǒng)控制流程，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制流程圖

按照控制流程的思想，系統(tǒng)的軟件設計包括STM32單片機的初始化、超聲波液位傳感器采集設計、顯示器循環(huán)顯示水冷池液位實時高度、液位數(shù)據(jù)的分析及存儲設計、局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享和遠程監(jiān)測等。分別對各個小模塊功能編程，通過主程序將各個子程序模塊串接起來成為一個能夠對水冷池液位高度實時監(jiān)測、分析并顯示的一個整體。

軟件采用定時中斷的工作方式，每隔2 ms對各個傳輸?shù)絊TM32單片機的測量值進行輪流采樣，通過數(shù)字濾波技術消除干擾進行數(shù)據(jù)處理，計算出相應的水冷池內液位高度，并對照國家標準判斷是否發(fā)出警報。

4 結 論

本裝置根據(jù)換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位高度變化為研究基礎，開發(fā)了換流站外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位高度監(jiān)測裝置，實現(xiàn)了對外水冷循環(huán)系統(tǒng)水冷池液位高度的遠端監(jiān)控，減少了工人去現(xiàn)場巡視檢查的頻率，降低了水冷池因液位高度不夠引起的事故，提高了換流站水冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。