防腐磁翻板液位計摘要：低頻磁場的干擾是引起某水電站水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)軸承油槽油位防腐磁翻板液位計磁開關(guān)誤動作的重要因素。本文介紹了防腐磁翻板液位計的工作原理，分析磁開關(guān)誤動作的原因，提出屏蔽外部磁場的具體處理措施，總結(jié)處理經(jīng)驗，在今后處理和防范磁場干擾問題時，具有重要的指導(dǎo)意義。

1.引言

某水電站為地下式廠房，裝有6臺單機(jī)容量為700MW的水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)為立軸半傘式，發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承油盆油位安裝一套防腐磁翻板液位計，液位計配置有模擬量和開關(guān)量信號送至監(jiān)控系統(tǒng)，磁開關(guān)是防腐磁翻板液位計判斷油位是否正常的重要開關(guān)量信號，外部磁場引起防腐磁翻板液位計磁開關(guān)誤動作，不但影響運行人員對油位是否正常的判斷，還影響水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。因此，如何有效地消除外部磁場對磁開關(guān)的干擾值得研宄。

文中主要針對外部磁場引起防腐磁翻板液位計磁開關(guān)誤動作情況，對不同類型的磁場干擾源及不同種類的磁場屏蔽材料進(jìn)行分析研究，總結(jié)不同的磁場干擾源與磁場屏蔽材料的關(guān)系。結(jié)果表明，對低頻磁場，可用高導(dǎo)磁材料做屏蔽體來實現(xiàn)磁場屏蔽；對高頻磁場，由于同時存在電場分量和磁場分量，因此要求電場屏蔽和磁場屏蔽同時進(jìn)行。通過分析研究，*終找到了解決外部磁場引起防腐磁翻板液位計磁開關(guān)的處理措施。

2.防腐磁翻板液位計原理介紹

防腐磁翻板液位計根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨甘酒鞯募t白交界處為容器內(nèi)部液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位清晰的指示?？刂菩鸵何挥嬙诜栏欧逡何挥嫷幕A(chǔ)上增加了磁開關(guān)，在監(jiān)測液位的同時磁開關(guān)信號可用于對液位進(jìn)行控制或報警；遠(yuǎn)傳型是在防腐磁翻板液位計的基礎(chǔ)上增加了4-20mA變送傳感器，在現(xiàn)場監(jiān)測液位的同時將液位的變化通過變送傳感器、線纜及儀表傳到控制室，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。磁開關(guān)是一種有觸點的無源電子開關(guān)元件，裝有兩個鐵質(zhì)的彈性黃片電板，還灌有惰性氣體。平時，兩個簧片是分開的，當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近時，兩個簧片被磁化而互相吸引接觸，簧片就會吸合在一起，使接點所接的電路連通。外部磁力消失后，兩個黃片由于本身的彈性而分開，電路就斷開了。因此，磁開關(guān)是一種利用磁場信號來控制的開關(guān)器件。

3.磁開關(guān)誤動作原因分析

分析某水電站監(jiān)控故障信息一覽表，發(fā)現(xiàn)磁開關(guān)誤動時間與勵磁系統(tǒng)起勵時間一致，而磁開關(guān)安裝位置正好處在勵磁電纜下方，初步斷定磁開關(guān)誤動作由勵磁電流產(chǎn)生的磁場干擾引起。發(fā)現(xiàn)該問題后，將磁開關(guān)靠近運行中的發(fā)電機(jī)滑環(huán)室，由于此處磁場較強(qiáng)，磁開關(guān)受磁場力的作用又再一次動作。因此，可以斷定磁開關(guān)的誤動作由外部磁場干擾引起。進(jìn)一步分析可知，勵磁電流屬于直流電流，所感應(yīng)出的磁場屬于低頻磁場。

磁開關(guān)內(nèi)部裝有鐵質(zhì)的彈性簧片，在低頻磁場中，鐵質(zhì)簧片被磁化，從而使彈性簧片吸合導(dǎo)通，而油位計內(nèi)部磁翻板未達(dá)到磁開關(guān)動作值的位置，所以監(jiān)控誤報油位異常信號。當(dāng)機(jī)組停機(jī)時，勵磁電纜中電流消失，但此時磁開關(guān)誤動作信號并未復(fù)歸，下面將通過磁滯回線的概念來解釋此現(xiàn)象。

從圖2（強(qiáng)磁物質(zhì)磁滯回線）分析得出，當(dāng)勵磁電纜中通過電流時，在周圍感應(yīng)出磁場，磁開關(guān)中的鐵質(zhì)簧片被磁化，一定時間后達(dá)到飽和狀態(tài)。機(jī)組停機(jī)后，勵磁電纜中電流消失，周圍磁場開始減弱，磁開關(guān)中的鐵質(zhì)簧片也開始退磁，如圖2可看出，當(dāng)周圍磁場減小到0時，磁滯回線中因為矯頑力的存在，鐵質(zhì)簧片的磁性并沒有完全消失，所以磁開關(guān)誤動作的信號不會復(fù)歸。此時需要在磁開關(guān)附近用永久磁鐵產(chǎn)生一個與原磁場方向相反的磁場，使矯頑力相互抵消，鐵質(zhì)簧片中的磁性消失，磁開關(guān)誤動作信號復(fù)歸。

4.屏蔽外部磁場的處理措施

4.1磁場屏蔽原理介紹

磁場由磁體產(chǎn)生，由磁體的N*指向S*，在磁體的外部形成閉合的形式，距離轄射源越近，磁場強(qiáng)度越強(qiáng)。磁場的屏蔽的原理是利用磁性屏蔽材料，改變磁場的方向，由于磁場通過低磁阻的通路被旁路掉，因此可保證被屏蔽的物體不受磁場的干擾影響。磁場屏蔽分為靜磁屏蔽和電磁屏蔽。靜磁場是穩(wěn)恒電流或永久磁體產(chǎn)生的磁場，靜磁屏蔽是利用高磁導(dǎo)率M的鐵磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁場，靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來說明，如將鐵磁材料做成截面如圖2的回路，則在外磁場中，絕大部分磁場集中在鐵磁回路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為并聯(lián)磁路來分析。因為鐵磁材料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率要大幾千倍，所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多，外磁場的磁感應(yīng)線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內(nèi)通過，而進(jìn)入空腔的磁通量*少。這樣，被鐵磁材料屏蔽的空腔就基本上沒有外磁場，從而達(dá)到靜磁屏蔽的目的。

電磁場在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時，其場量（E和H）的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減。從能量的觀點看，電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時有能量損耗，因此，表現(xiàn)為場量振幅的減小。導(dǎo)體表面的場量*大，愈深入導(dǎo)體內(nèi)部，場量愈小。這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)可以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體而做成電磁屏蔽裝置。電磁屏蔽是抑制干擾，增強(qiáng)設(shè)備的可靠性及提髙產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽，可以抑制外來高頻電磁波的干擾， 也可以避免作為干擾源去影響其他設(shè)備。

4.2磁場屏蔽材料選取

磁性屏蔽材料的磁導(dǎo)率與外界的磁場強(qiáng)度有關(guān)，外界磁場強(qiáng)度不同，磁性材料的磁導(dǎo)率也不同，飽和通量密度也不同，因此，在磁場的屏蔽設(shè)計中的作用也不同。當(dāng)屏蔽低頻磁場時，選擇磁鋼、坡莫合金、鐵等導(dǎo)磁率高的材料，而屏蔽高頻磁場則應(yīng)選擇銅鋁等導(dǎo)電率高的材料。

4.3處理措施

從以上分析可知，水輪發(fā)電機(jī)組各軸承油盆磁翻板油位計所受的干擾屬于低頻磁場干擾，屏蔽應(yīng)選用高磁導(dǎo)率材料，由于條件限制，我們選用了厚度為5mm鐵板作為屏蔽材料，且在設(shè)計時，盡可能的少留孔洞及縫隙，避免增加磁屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果，開機(jī)起勵后進(jìn)行驗證，上導(dǎo)軸承油槽油位異常信號未再報出。

5.結(jié)論

低頻磁場的干擾是引起某水電站水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)軸承油槽防腐磁翻板液位計磁開關(guān)誤動作的重要因素，經(jīng)過多次實驗分析，得到以下結(jié)論：

1）屏蔽低頻磁場的材料應(yīng)選用高磁導(dǎo)率材料；

2）磁場強(qiáng)度較大時，應(yīng)增加磁屏蔽材料的厚度；

3）盡可能的減少屏蔽體的接縫和孔洞，避免增加磁屏蔽體的磁阻，降低屏蔽效果。縫隙、孔洞盡量沿磁場方向分布。