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 Г АЭС.

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 Δ = ± 0,1 м.

1.2. При температуре воды, значение которой выходит за пределы указанного в п. 1.1. диапазона, абсолютные погрешности определяют по формуле:

где: T_i - 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.

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 pH 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. 6.1 а.

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. 8.1 а) определяют наблюдаемые с помощью каждого ПУВС значения уровня водохранилища Y_j. В зависимости от конкретных наблюдаемых значений Y_j определяют:

- ПУВС_j, 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. 8.1 б числа N.

8.2. После выполнения измерений с помощью ПУВС подключают ПТС-60, расположенный рядом с j-ым ПУВС, измеряют период его выходного сигнала и по соответствующей градуировочной характеристике определяют наблюдаемое значение температуры воды T_j, 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 Р_н с предельной абсолютной погрешностью Δ = 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-ого преобразователя ПУВС (Y_j) (п. 8.1 в) корректируют введением поправки, равной разности значений атмосферного давления, измеренного при градуировке Р_гр (кПа) и во время выполнения измерений Р_и (кПа) (п. 8.3) и переведенной в высоту водяного столба по формуле:

б) наблюдаемое значение уровня водохранилища по наблюдаемым показаниям ИУВ (Y, м) вычисляют по формуле:

где: N - количество ПУВС, расположенных ниже j-oro преобразователя, выполняющего функцию средства измерения.

 - наблюдаемое значение уровня воды (в м), по показаниям j-oro преобразователя ПУВС, скорректированное введением поправки на неодинаковое атмосферное давление при градуировке и во время измерения (п. 9.1 а);

в) предельную абсолютную погрешность измерения уровня водохранилища (Δ, 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):

где: γ - основная погрешность ПУВС, приведенная к диапазону измерений, γ = 0,01;

ΔН - диапазон измерений ПУВС, м, (ΔН = 10 м);

γ_доп - дополнительная погрешность ПУВС, приведенная к диапазону измерений, вызванная изменением температуры воды, в свою очередь, определяемая по формуле:

где: Т₀ - температура, при которой проводилась градуировка j-ого ПУВС, К. (Т₀ = 293 К);

T_i - температура воды вблизи j- ого ПУВС во время измерений (п. 8.2), К;

К_T - коэффициент функции влияния температуры окружающей среды, К^-1, (К_T = 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. 9.1 б (с округлением до 0,1 м), и пределов допускаемых значений абсолютной погрешности измерений, определенных по п. 9.1 в.

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	0,1
восприятия с номинальной ценой единицы наименьшего разряда, мкс

Приложение 2

Схема установки ИУВ

СОДЕРЖАНИЕ