Группа Т86
Государственная система обеспечения единства измерений
РЕКОМЕНДАЦИЯ
УРОВЕНЬ ВОДЫ В ВОДОХРАНИЛИЩАХ ГЭС И ГАЭС.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ИЗМЕРИТЕЛЕМ
УРОВНЯ ВОДОХРАНИЛИЩ ТИПА ИУВ
МИ 2435-97
Дата введения 01.01.1997
информационные данные
Разработана: Открытым акционерным обществом "ДиГЭС"
Утверждена: Государственным предприятием "ВНИИФТРИ" 20 июня 1996 г.
Исполнители: Зиновьев Р.К. (руководитель темы), Марков А.И., Коновалов И.К., Халтурина Н.М., Егорова Н.Н.
Зарегистрирована: ВНИИМС
Настоящая рекомендация по метрологии распространяется на уровень воды в водохранилищах ГЭС и ГАЭС и устанавливает методику выполнения измерений уровня воды измерителем уровня водохранилищ типа ИУВ (далее - ИУВ), состоящим из определенного числа преобразователей струнных измерительных типа ПУВС (далее - ПУВС), установленных в последовательной цепи по высоте с шагом 9,75 м, при контрольных наблюдениях и натуральных исследованиях уровня верхнего бьефа водохранилищ ГЭС и ГАЭС.
В ИУВ средством измерения уровня воды является один из ПУВС, при этом все нижерасположенные ПУВС, заблокированные своими предохранительными клапанами, показывают верхний предел уровня - 10 м, а вышерасположенные - атмосферное давление.
1. НОРМЫ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
1.1. Методика выполнения измерений обеспечивает выполнение измерений уровня воды в водохранилище при температуре воды вблизи измеряющего уровень ПУВС 293 ± 2 К с абсолютной погрешностью, не превышающей D = ± 0,1 м.
1.2. При температуре воды, значение которой выходит за пределы указанного в п. 1.1. диапазона, абсолютные погрешности определяют по формуле:
D = ± (0,1 + 0,01 |293 - Tj|), (1)
где: Tj - значение температуры воды вблизи измеряющего уровень ПУВС во время измерения, К.
2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
2.1. При выполнении измерений применяют измеритель ИУВ, состоящий в зависимости от диапазона измерений соответственно из 6, 11 и 21 преобразователя ПУВС, работающих через коммутатор поочередно и совместно с периодомером цифровым стационарного типа ПЦС по ТУ 28.11182-87 (далее - ПЦС).
2.2. Основные метрологические характеристики ИУВ, ПУВС и ПЦС приведены в приложении 1.
2.3. Градуировочная характеристика каждого ПУВС индивидуальна и аппроксимируется полиномом 2-й степени.
у = А/х2 + В/х + С (2)
где: у - значение измеряемого уровня, м;
х - период выходного сигнала, мкс;
А, В, С - постоянные коэффициенты, вычисляемые по результатам градуировки преобразователя, соответственно м × мкс-2, м × мкс, м.
2.4 Информативным параметром выходного сигнала ПУВС и ИУВ является период (частота) затухающих колебаний электродвижущей силы, который измеряют вторичным измерительным прибором - ПЦС.
2.5. Система регистрации информативного параметра выходного сигнала, в зависимости от уровня автоматизации может быть выполнена в двух вариантах исполнения:
- как дистанционная система (ДИС), включающая ПУВС, кабельные линии связи, ручной коммутатор типа КП-24 и ПЦС;
- как автоматизированная информационно - измерительная система со встроенным ПЦС, включающая наряду с ПУВС и кабельными линиями связи, устройства управления опросом ПУВС и ПЦС и вычислительный комплекс, выполняющий обработку данных в масштабе реального времени.
2.6. При выполнении измерений температуры воды вблизи измеряющего уровень ПУВС применяют соответственно 6, 11 и 21 измерительных преобразователей температуры струнных типа ПТС-60 по ТУ 34-28-10338-89, установленных в радиусе 0,1 м от ПУВС.
2.7. При выполнении измерений атмосферного давления применяют барометр - анероид метеорологический типа БАММ-1 по ТУ 25-11-1513-79.
2.8. В качестве вспомогательных средств измерений применяют:
- мегаомметры типа М4100/3 по ТУ 25-04-2137-72;
- омметр типа М41070/1, класс точности 1,5 по ГОСТ 23706-79.
2.9. В процессе установки ПУВС на объекте эксплуатации в качестве вспомогательного оборудования применяют вулканизатор типа ВП-36.
3. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ
3.1. Измерения уровня водохранилища ИУВ выполняют методом, основанным на преобразовании уровня воды в давление соответствующего водяного столба. Это давление воспринимается теми составными частыми ИУВ - ПУВС, установленными в последовательной цепи с шагом 9,75 м (приложение 2), которые находятся своими воспринимающими давление элементами ниже поверхности воды в водохранилище (расположенные выше этой поверхности ПУВС в это время подвергаются воздействию только атмосферного давления и температуры окружающего воздуха и, следовательно, их показания близки к нулю). Из воспринимающих давление воды ПУВС только ближайший к поверхности воды выполняет функцию средства измерений, т.к. остальные преобразователи, расположенные ниже него, заблокированы своими предохранительными клапанами и показывают уровень воды, равный их верхним пределам измерений, т.е. 10 м. Так как диапазон измерений ПУВС составляет 0...10 м, а шаг их установки по высоте равен 9,75 м, то в полосе 0,25 м, несколько превышающий размер ПУВС по высоте рабочими оказываются два ПУВС. Показания одного из них - ближайшего к поверхности воды, отягощены неопределенной дополнительной температурной погрешностью, обусловленной тем, что корпус ПУВС частично находится в воде, а частично в воздухе, температуры которых, как правило, различны. Поэтому в этой полосе функцию средства измерений выполняет нижерасположенный ПУВС.
3.2. Давление водяного столба воздействует на чувствительный элемент преобразователя давления измерительного струнного в составе ПУВС, выполняющего функцию средства измерения (см. п. 3.1) и преобразуется в нем в информативный параметр - период выходного сигнала.
3.3. результат измерений уровня воды ИУВ представляет сумму показаний ПУВС, у которых чувствительные элементы расположены ниже уровня водохранилища, причем показания каждого из них, кроме ближайшего к поверхности воды, округляются до 9,75 м.
4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ
К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ
4.1 ИУВ по степени защиты человека от поражения электрическим током должны соответствовать классу точности О по ГОСТ 12.2.007.0-75.
4.2. В процессе монтажа, ИУВ на объекте эксплуатации должны быть соблюдены «Правила устройства электроустановок», а в процессе эксплуатации - «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей».
4.3. К работе с ИУВ допускаются лица, изучившие его техническое описание и инструкцию по эксплуатации, знающие правила техники безопасности при работе с напряжением до 1000 В, а также местный инструктаж по безопасности труда.
5. УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
При выполнении измерений соблюдают следующие условия:
- температура воды вблизи преобразователей ПУВС: 273...313 К;
- температура воздуха вблизи преобразователей ПУВС: 243...311 К;
- показатель рН воды: не более 11;
- внешнее давление: до 2,0 МПа.
6. ПОРЯДОК УСТАНОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ ИУВ
6.1. Перед установкой ИУВ в рабочее положение на объекте эксплуатации:
а) проводят распаковку составных частей ИУВ с проверкой комплектности поставки;
б) с каждым ПУВС проводят:
- внешний осмотр с целью выявления видимых повреждений, коррозии и т.д.;
- проверку омметром типа М41070/1 целостности токоведущих частей;
- проверку электрического сопротивления изоляции между выводами и корпусом ПУВС с помощью мегаомметра типа М4100/3, которое должно быть не менее 1,0 Мом (при этом изоляция электрических цепей относительно корпуса должна выдерживать в течение 1 минуты действие испытательного напряжения 500 В практически синусоидальной формы частотой 45...65 Гц.
6.2. ИУВ устанавливают на объекте эксплуатации в процессе строительства в местах, предусмотренных рабочим проектом размещения контрольно-измерительной аппаратуры, на напорной грани плотины водохранилища или в специально предусмотренном для этой цели колодце в теле плотины, гидравлически соединенном с водохранилищем по принципу сообщающихся сосудов.
6.3. ИУВ, в зависимости от варианта исполнения, определяемого диапазоном измерения 0...50, 0...100 и 0...200 м, содержит соответственно 6, 11 и 21 ПУВС, которые устанавливают в последовательной цепи по высоте с шагом 9,75 ± 0,01 м.
6.4. ПУВС устанавливают на бетонных конструкциях вертикально (с отклонением от вертикали не более ±5°), кабельным выводом вверх с помощью анкерных болтов согласно монтажному чертежу по ГСИБ 2.834.009М4. Анкерные болты в комплект поставки не входят и изготавливаются на месте.
6.5. Рядом с каждым ПУВС (расстояние между осями ПУВС и ПТС-60 0,2...0,3 м) на бетонных конструкциях вертикально кабельным выводом вверх устанавливают измерительные преобразователи температуры струнные типа ПТС-60 по ТУ 34-28-10338-89 (при этом кабельный вывод преобразователя ПТС-60 должен быть расположен на уровне предохранительного клапана ПУВС). При установке преобразователя ПТС-60 и измерениях температуры воды руководствуются требованиями нормативного документа МИ 2370-96.
6.6. После установки ПУВС их проверяют на функционирование - с помощью ПЦС проводят измерение периодов колебаний их выходных сигналов (при этом измеренные значения должны в пределах допускаемой погрешности и введенной поправки на атмосферное давление соответствовать «нулевым» показаниям, приведенным в протоколах поверки).
6.7. Связь между ПУВС и ПТС-60 и коммутирующим устройствам осуществляются кабелем марки КРГД 2´1,5 по ТУ 16-505-065-70 (соединение жил кабеля преобразователя с линией связи проводят пайкой оловянно-свинцовым припоем с применением безкислотного флюса, а герметизацию места соединения - горячей вулканизацией при помощи полевого вулканизатора ВП-36).
6.8. После вулканизации мест соединения кабеля ПУВС с кабельной линией связи проверяют целостность токоведущих частей и сопротивление изоляции аналогично п. 6.1а.
7. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ
7.1. При подготовке к выполнению измерений средства измерений - ПУВС и ПЦС подготавливают к работе согласно технической документации на них, утвержденной в установленном порядке.
7.2. В случае подключения ИУВ к автоматизированной информационно-измерительной системе (п. 2.5) в долговременную память вычислительного комплекса вводят индивидуальные градуировочные характеристики преобразователей ПУВС и ПТС-60.
7.3. В случае, когда возникает необходимость наблюдать изменение уровня воды относительно определенного значения, условно принятого за «нулевое» - у0 (м), в журнале наблюдений фиксируют это значение.
7.4. Операторов, выполняющих измерения, аттестуют в порядке, установленном администрацией предприятия.
8. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
8.1. При выполнении измерений уровня водохранилища ИУВ выполняют следующие операции:
а) поочередно к ПЦС подключают (вручную или автоматически) все ПУВС и проводят измерения периодов их выходных сигналов хв с регистрацией в журнале наблюдений или на машинном носителе;
б) по соответствующим градуировочным характеристикам (п. 2.3) на основании данных измерений (п. 8.1а) определяют наблюдаемые с помощью каждого ПУВС значения уровня водохранилища Yi. В зависимости от конкретных наблюдаемых значений Yi определяют:
- ПУВСj, выполняющий во время проведения измерений функцию средства измерений (п. 3.1);
- количество N ПУВС, расположенных ниже ПУВС, выполняющего функцию средства измерений;
в) проводят регистрацию в журнале наблюдений или на магнитном носителе наблюдаемого значения уровня воды j-ым ПУВС и определенного в п. 8.1б числа N.
8.2. После выполнения измерений с помощью ПУВС подключают ПТС-60, расположенный рядом c j-ым ПУВС, измеряют период его выходного сигнала и по соответствующей градуировочной характеристике определяют наблюдаемое значение температуры воды Тj, которое затем заносят в журнал наблюдений или в машинную память.
8.3. Одновременно с определением температуры воды барометром - анероидом типа БАММ-1 измеряют атмосферное давление Рн с предельной абсолютной погрешностью D = 0,2 кПа.
9. ОБРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
9.1. Обработку результатов измерений выполняют следующим способом:
а) наблюдаемое значение уровня воды по показателям j-oгo преобразователя ПУВС (Yj) (п. 8.1в) корректируют введением поправки, равной разности значений атмосферного давления, измеренного при градуировке Ргр (кПа) и во время выполнения измерений Ри (кПа) (п. 8.3) и переведенной в высоту водяного столба по формуле:
(3)
б) наблюдаемое значение уровня водохранилища по наблюдаемым показаниям ИУВ (Y, м) вычисляют по формуле:
Y = N (9,75 м) + 
;
(4)
где: N - количество ПУВС, расположенных ниже j-oгo преобразователя, выполняющего функцию средства измерения.
- наблюдаемое значение уровня воды (в
м), по показаниям j-oгo преобразователя ПУВС, скорректированное введением поправки на
неодинаковое атмосферное давление при градуировке и во время измерения (п.
9.1а);
в) предельную абсолютную погрешность измерения уровня водохранилища (D, м) с учетом дополнительной погрешности за счет отклонения температуры воды от нормальных значений (п. 1.1) определяют по формуле (с округлением результата вычисления до 0,1 м):
D = (g + gдоп) DH, (5)
где: g - основная погрешность ПУВС, приведенная к диапазону измерений, g = 0,01;
DН - диапазон измерений ПУВС, м, (DН = 10 м);
gдоп - дополнительная погрешность ПУВС, приведенная к диапазону измерений, вызванная изменением температуры воды, в свою очередь, определяемая по формуле:
gдоп = /Тj - Т0/ Кt (6)
где: Т0 - температура, при которой проводилась градуировка j-oгo ПУВС, К. (Т0 = 293 К );
Тj - температура воды вблизи j-oгo ПУВС во время измерений (п. 8.2), К;
Кт - коэффициент функции влияния температуры окружающей среды, К-1, (Кт = 0,001 К-1).
Примечание: подстановка в формулы (5) и (6) вышеуказанных значений приводит к формуле (1).
9.2. Результат измерений представляют в виде именованного (в м) результата сложения наблюдаемого значения уровня водохранилища, определенного по п. 9.1б (с округлением до 0,1 м), и пределов допускаемых значений абсолютной погрешности измерений, определенных по п. 9.1в.
9.3. Результат измерения должен быть записан в журнале наблюдений или в машинной памяти.
Приложение 1
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИУВ
|
Диапазон измерений, м |
0...50; 0...100; 0...200 |
|
Предел допускаемого значения погрешности, приведенной к диапазону измерений, не более, % |
0,2 0,1 0,05 |
|
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПУВС
|
|
|
Диапазон измерений, м |
0...10 |
|
Рабочий диапазон выходного сигнала, мкс |
450...1250 |
|
Предел допускаемой основной погрешности, приведенной к диапазону измерений, % |
± 1,0 |
|
Предел допускаемой вариации показаний, приведенной к диапазону измерений, % |
1,0 |
|
Пределы допускаемой дополнительной погрешности, приведенной к диапазону измерений, вызванной изменением температуры окружающей среды на каждые 10 К, % |
± 1,0 |
|
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЦС
|
|
|
Диапазон измерений периодов, мкс |
300...2000 |
|
Параметры импульса запроса на нагрузке 200 Ом ±10% |
|
|
амплитуда импульса возбуждения, В |
150 ± 15 |
|
длительность на уровне 0,1 амплитудного значения, мс |
0,5 ± 0,2 |
|
Характеристики относительной основной погрешности: |
|
|
пределы допускаемой систематической составляющей, % |
±0,03 |
|
предел допускаемого среднеквадратичного отклонения случайной составляющей, % |
0,03 |
|
Результаты измерений: |
|
|
на пятиразрядном цифровом табло для непосредственного восприятия с номинальной ценой единицы наименьшего разряда, мкс |
0,1 |
Приложение 2
Схема установки ИУВ