正常运行与控制系统优化

监测室可以设置在水电站厂房内，也可以靠近气垫式调压室，后者的优点可以缩短测量线，图22示出Langsima水电站的测量记录室的布置方式。

图22　Langsima水电站测量记录室布置

气垫式调压室的运行控制是指给空气压缩机发出开机或停机的指令，用此控制调压室内的压力P和压缩空气的体积V，保证水电站的正常运行。控制的方式有三种： ①水位 Z；②PV值；③PV/T值。

7.1.1　水位Z控制法

用测量到的实际调压室内的水位Z来控制气垫式调压室的运行是最简单、最直观、也是最常用的方法。

在设计时，通常已对各种运行条件做了规定，将测量到的Z值与其比较，就很容易地控制气垫式调压室的运行，具体做法见表4。

表4　气垫室水位控制规则表

用这种方式控制调压室运行所采用的测量方法可用前面介绍的水电阻法。通常在测量杆的下部有一限位导体并连通到水轮机，当水位低于这个限位导体时，水轮机就会自动关闭。以免气体进入隧洞，此水位就是紧急停机水位。

监控系统故障可能造成带风险性的结果。

一个风险与调压室本身能量骤减有关，从Osa水电站为例，该调压室气体储存的总能量约为1.5万k W·h。一旦部分气体逃逸到引水洞中，大部分能量就会通过竖井或进口突然释放发生气爆（blow outs）。如果调压室附近断层、节理中保存的气体超过设计限制或者发生未能抑制的涌浪，这个风险就可能发生。

另一风险是如果气垫室以低于设计下限的水量运行，水轮机停机过程中产生的压差可能损害电站的水力设备。

故此，Osa水电站采取了特殊的保护措施，除了基于压力计的控制监视器，还有独立的电子控制设备。如果调压室内的水位超过高水位或低于低水位，电子系统会自动报警。对于极限高限和低限，电厂将会自动地采用平滑缓慢的停机方式。电子系统仅仅监测水位。为了消除短时间涌浪的影响，电子报警系统采用延迟功能 （30min delay），以确保仅仅在远离预设报警水位而又发生持久水位变化的情况下发出警报。

监控系统动作对应的各种水位见图23。

1982年6月灌浆处理完成以后，Osa水电站一直连续运行。在大多数时间里，空压机在主监测系统控制下自动完成补气过程。

主监测系统曾经生过一起故障。循环水产生的沉淀堵住了连接测量气体压力管道的储气罐出口，这个堵塞导致空压机长时间运行直至电子报警系统发出报警信号。从另一个侧面证明监测系统是非常可靠的。(www.xing528.com)

电子报警系统原理是基于在调压室内的竖直管中放置一个内置漂浮物的感应器。信号水位自动通过调压室内水位变化而变化。自从投产运行，该设备一直没有出现故障。

Osa水电站调压室漏气处于一个稳定的中等水平，通过自动控制设备是完全可以控制的。

关于主要监测系统，两套平行并且可以相互转换、重要元件均有备份的监测线路是必要的，这样就可以满足清理和修复任何元件而不干扰自动监测。强调指出：出于安全和相互校准的目的，调压室监测采用基于不同理论的两套不同监测系统是非常必要的。

7.1.2　PV值控制法

由波义耳气体定律可知：当调压室内压力P和气体体积V 变化时，它们的乘积PV值是不变的。由此可用上面介绍的压力传感器法测得的调压室内压力P，由率定好的压力气体体积关系曲线得到V，便可得到此时的PV值。控制PV值的方法通常是用2条曲线做为上极限和下极限运行条件，具体见表5。

图23　气垫调压室控制系统对应的动作水位

表5　气垫调压室的PV控制和运行

（PV）max和 （PV）min两条曲线可以根据下述计算原则求出：

由满足调压室水面波动稳定计算条件可以确定相应于Vmax和Vmin的调压室内水位Zmin和Zmax。图24中的点1和点2上是相应于静态下的最小和最大气体体积的调压室水位，曲线a是相应于静态条件下的（PV）值。点3是由计算得出的相应于调压室内最小气体体积Vmin的水位Zmax（这种计算条件同时要满足水击计算和水轮机调节稳定计算的要求），曲线b就是相应于此种条件下的 （PV）值。点4是相应于Vmax的调压室最低水位Zmin，即满足于水轮机突然增荷时调压室内发生最低涌浪的稳定计算要求，曲线c就是相应于此种计算条件下的（PV）值。从安全的角度出发，计算Zmin时，总是按在引水道部分产生最大的水头损失hfmax来考虑，而计算Zmax又是用hfmin值，这就是说按最不利条件考虑，由此得出两条曲线b和c可以作为控制调压室运行的极限边界条件。

7.1.3　PV/T控制法

所谓PV/T控制法，就是要考虑调压室温度变化，对PV值进行修正。若温度变化范围不大，可以不计其影响。在挪威的几个气垫式调压室中，一般都不考虑温度的影响。若将PV/T控制法和直接测量水位的方法结合起来，就可以知道温度的变化对PV值的影响。

由以上3种控制运行的方法的简单介绍可见：

水位Z控制法既简捷又直观，不过要事先分析出图23中所示的各种动态水位。

PV控制法直观性较差，不过其概念的表达性非常清楚。在制定图24中PV值的上，下限曲线时，要注意均属绝热过程，应用 （PV）×104=C （C为常数）来制作曲线。其次，调压室水位Z就是气室气体体积的代表，要制作出气体体积Vair和室内水床水位Z之间的关系。图25是Kvilldal水电站调压室的Vair—Z关系，计算Z时考虑了气垫压力作用下气体的密度。