一种换流站水冷池液位监测装置的设计

刘 钊

（国网宁夏电力有限公司检修公司，宁夏 银川 750000）

0 引 言

换流站的水冷系统分为外水冷循环系统和内水冷循环系统。在外水冷循环系统运行中，外水冷池液位的监测十分重要。如果液位过低且没能及时补充冷却水，将会导致换流站的外水冷系统出现故障，使内水冷系统的降温效果降低，严重时会直接影响换流阀冷却系统产生故障并退出运行。以往在外水冷池液位监测中运行人员需每日按时巡检液位，依次打开重达50 g的水池盖板，然后人工判断液位高低。

通过上述人工方式对换流站外水冷循环系统的水冷池液位进行监测，存在几方面的不足：（1）运行人员每日人工目测巡视，使监测间隔时间长，数据不连续，不利于分析水冷池内液位动态状况；（2）增加液位巡视频率，会造成运行人员工作疲劳；（3）不能实时在线对换流站外水冷循环系统运行工况进行监测。为了解决上述问题，本文提出一种换流站外循环水冷循环系统水冷池液位监测报警装置，以期达到实时在线监测外水冷循环系统水冷池液位高度并对监测数据进行分析的技术效果。

1 硬件设计

在换流站外水冷循环系统水冷池的液位监测中，主要采用将水池盖板轻量化以便工人检查维修，并在水池盖板内侧统一加装超声波液位传感器，如图1所示。传感器与外界STM32单片机连接，数据传输至单片机处理。

图1 水冷池盖板

硬件模块分包含超声波液位传感器、AD8130差分放大模块、STM32单片机、ADC数模转换模块、声光报警模块、继电器模块、LCD显示模块和电源模块。具体硬件连接图如图2所示。

图2 液位监测装置连接图

2 超声波液位传感器工作原理

超声波液位传感器探头发出高频脉冲声波。当声波遇到被测液体时，液体表面发生反射将超声波反射回接收器，反射回波被换能器接收转换成电信号。超声波的此过程中的传播时间与盖板到液位表面的距离成正比[1]。

液位高度的表达式为：

式中：h为水冷池中液位高度，H为水冷池深度，v为环境声速，t为探头发出超声波与接收器收到超声波的时间间隔。

其中，声速的温度补偿为：

式中：v为环境声速，T为环境温度。

3 液位检测报警系统监测原理

电源模块给其他模块装置供电。STM32单片机收集超声波液位传感器传输的液位实时数据，并进行数据处理，打上时间标码。当收集到水冷池液位低于标准液位时，STM32单片机传发出高电平给相应的继电器模块来驱动声光报警模块，发出报警并自动启动补水泵增加水冷液。

超声波液位传感器的传出信号为模拟信号，为此在超声波液位传感器和STM32单片机之间加入差分放大器模块和数模转换器模块，以便信号的远距离传输和STM32单片机分析处理信号。差分放大器模块采用AD8130差分接收放大器模块，具有低噪声、低失真和高共模抑制比的特性。

STM32单片机信号输出端加入继电器模块来控制声光报警器的启停。继电器模块采用一路光耦隔离可以高低电平触发的继电器模块。本设计中采用高电平触发使声光报警器工作，低电平停止工作。

保存换流站外水冷循环系统水冷池液位高度于历史数据存储器中，便于以后查找和趋势分析；用数据接口模块与外界进行数据交换，将水冷池的液位监测系统的报警信号以电信号的方式传递给外部监控平台。

在计算机端，STM32信号从USB端口传入计算机，经过计算机CPU的分析处理计算，将数据存储在计算机硬盘中。同时，可以通过互联网在远端调用换流站外水冷循环系统水冷池液位高度在计算机硬盘中的数据，在现场LCD显示模块和远端计算机显示器上实时显示水冷池液位的变化情况，方便工作人员分析判断换流站外水冷循环系统水冷池液位是否超过阀值、是否需要启动补水泵增加水冷液，从而达到无人值守、远端操作、简化人力的目的。系统控制流程，如图3所示。

图3 系统控制流程图

按照控制流程的思想，系统的软件设计包括STM32单片机的初始化、超声波液位传感器采集设计、显示器循环显示水冷池液位实时高度、液位数据的分析及存储设计、局域网数据共享和远程监测等。分别对各个小模块功能编程，通过主程序将各个子程序模块串接起来成为一个能够对水冷池液位高度实时监测、分析并显示的一个整体。

软件采用定时中断的工作方式，每隔2 ms对各个传输到STM32单片机的测量值进行轮流采样，通过数字滤波技术消除干扰进行数据处理，计算出相应的水冷池内液位高度，并对照国家标准判断是否发出警报。

4 结 论

本装置根据换流站外水冷循环系统水冷池液位高度变化为研究基础，开发了换流站外水冷循环系统水冷池液位高度监测装置，实现了对外水冷循环系统水冷池液位高度的远端监控，减少了工人去现场巡视检查的频率，降低了水冷池因液位高度不够引起的事故，提高了换流站水冷系统的稳定性。