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        電廠儀器儀表接線方式的優(yōu)化

        2023-12-31 00:00:00湯辰冬
        機(jī)電信息 2023年18期

        摘 要:熱力發(fā)電廠中的熱工參數(shù)通過通信回路傳輸至集散控制系統(tǒng)內(nèi),具有可靠性高、精度高等優(yōu)點(diǎn),但系統(tǒng)的優(yōu)化改造、設(shè)備的迭代更新及通信線路的干擾會給其帶來傳輸故障。鑒于此,針對某電廠發(fā)生的脫硫進(jìn)漿密度數(shù)值晃動(dòng)大、化學(xué)超濾出口母管濁度信號失常以及燃機(jī)補(bǔ)水池液位故障問題進(jìn)行分析探究,進(jìn)而通過制定、實(shí)施相應(yīng)的優(yōu)化及改造方案,最終解決了實(shí)際問題。

        關(guān)鍵詞:電廠;熱控儀表;接線方式;密度計(jì);濁度儀;信號分配器

        中圖分類號:TK38" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A" " 文章編號:1671-0797(2023)18-0072-03

        DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.18.018

        0" " 引言

        熱力發(fā)電廠中的熱工參數(shù)多數(shù)不能直接測量,一般總是借助于物質(zhì)的物理、化學(xué)特性的關(guān)聯(lián)性把測量參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌阌跍y量的相關(guān)量,從而間接得出被測參數(shù)的數(shù)值。熱工儀表測量的物理量一般有溫度、壓力、流量、液位等,通常這些信號都要轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4~20 mA直流電信號,經(jīng)過通信電纜傳送到DCS或PLC中進(jìn)行計(jì)算、監(jiān)視、報(bào)警等等。采用4~20 mA電流信號是因?yàn)椴蝗菀资芨蓴_,導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度。既然將物理量轉(zhuǎn)換為4~20 mA電流輸出,必然要有電源為其供電,回路也就分為供電回路及信號回路。兩線制、三線制、四線制儀表除了接線數(shù)量不同,主要區(qū)別就在于供電回路與信號回路。

        20世紀(jì)70年代我國開始生產(chǎn)DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元組合儀表,并采用國際電工委員會(IEC)的過程控制系統(tǒng)用模擬信號標(biāo)準(zhǔn),即儀表信號采用DC4~20 mA,聯(lián)絡(luò)信號采用DC1~5 V,即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)[1]。所謂兩線制、三線制和四線制指的是各種輸出為模擬直流電流信號的變送器,其工作原理和結(jié)構(gòu)上有一定的區(qū)別,換個(gè)角度講,即針對不同結(jié)構(gòu)或原理的設(shè)備,應(yīng)按照不同的接線方式去接線[2]?,F(xiàn)某電廠遇到如下幾個(gè)問題:脫硫進(jìn)漿密度數(shù)值顯示晃動(dòng)大、傳輸不正常;化學(xué)超濾出口母管濁度儀換型恢復(fù)后,畫面顯示壞點(diǎn);燃機(jī)補(bǔ)給水池液位改造后無輸出信號。上述問題直接影響到運(yùn)行人員對現(xiàn)場工況的監(jiān)視,對電廠的運(yùn)行有一定的影響,如脫硫進(jìn)漿密度不準(zhǔn)確會影響經(jīng)濟(jì)性;母管濁度失去監(jiān)視則運(yùn)行人員對水質(zhì)失去掌控;燃機(jī)補(bǔ)水池液位無信號問題更為嚴(yán)重,有可能會導(dǎo)致燃機(jī)余熱鍋爐循環(huán)水?dāng)嗨?,從而有停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

        1" " 問題描述以及原因分析

        1.1" " 問題一:脫硫進(jìn)漿密度數(shù)值晃動(dòng)大、失常

        某燃煤電廠兩臺330 MW燃煤機(jī)組配置了300 MW等級石灰石-石膏濕法脫硫(FGD)系統(tǒng),整個(gè)FGD裝置包括煙氣系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水及儲運(yùn)系統(tǒng)、工藝水和回用水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等。石灰石漿液制備系統(tǒng)中漿液密度的測量是采用進(jìn)口某品牌密度計(jì),四線制接線方式,220 V交流電壓供電,兩根信號線傳輸4~20 mA信號,信號傳輸至控制系統(tǒng)AI卡件。測量系統(tǒng)是基于科氏力原理進(jìn)行質(zhì)量流量測量,其內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩根測量管,測量管前后兩端分別安裝電磁式相位傳感器,通過測量兩根測量管的相位差來計(jì)算流體密度。

        兩臺密度計(jì)由于設(shè)備老化,在不同時(shí)間相繼改造更換,其中一臺密度計(jì)在更換后出現(xiàn)了數(shù)值晃動(dòng)、信號丟失等現(xiàn)象,如圖1所示。

        兩臺密度計(jì)雖然測量不同機(jī)組,但所測量的均為同一個(gè)漿液罐中的漿液,漿液密度應(yīng)差別不大。經(jīng)過兩臺密度計(jì)顯示的數(shù)值歷史趨勢比對,可判斷出其中一臺密度計(jì)數(shù)值不準(zhǔn)確。

        經(jīng)分析,可能的原因包括:1)控制系統(tǒng)通道損壞,根據(jù)以往的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)來看,控制系統(tǒng)通道損壞時(shí)有發(fā)生,并且曾出現(xiàn)有壞點(diǎn)情況。經(jīng)更換通道后觀察,晃動(dòng)情況并無減弱,但未出現(xiàn)壞點(diǎn)情況,很顯然問題并未解決。2)密度計(jì)中測量管結(jié)垢或老化,導(dǎo)致振動(dòng)相位差測量不準(zhǔn)確。在機(jī)組大小修期間,將該密度計(jì)送至計(jì)量部門校驗(yàn),校驗(yàn)合格,存在結(jié)垢情況,計(jì)量部門對測量管的結(jié)垢已做清理。將密度計(jì)恢復(fù)后觀察,仍沒有明顯改善。3)密度計(jì)中流體不滿管,導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。通過查看儀表中參數(shù),得出結(jié)論設(shè)備滿管。4)密度計(jì)220 V交流電源電纜與信號電纜同進(jìn)同出,存在干擾。一般情況下四線制變送器供電大多為AC220 V,也有少部分供電為DC24 V的,這類表計(jì)在現(xiàn)場中使用較少,主要用于功耗比較大的儀表,如電磁流量計(jì)、部分化學(xué)儀表等,大部分輸出信號為4~20 mA。由于電源為AC220 V,檢修時(shí)需斷電操作。由于4~20 mA模擬量信號易受電磁干擾,熱工規(guī)程要求電源線與信號線需分開敷設(shè),且電源、信號的接線箱不為同一個(gè)。若必須放置在一起,要求橋架中兩種電纜用金屬片隔開,信號線需采用屏蔽電纜線,否則易產(chǎn)生信號干擾。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)#6機(jī)組密度計(jì)電源電纜屏蔽良好,分上下路電纜橋架敷設(shè),具有一定的隔離作用。故最終確定原因:220 V交流電源電纜對4~20 mA電流信號電纜存在干擾。

        1.2" " 問題二:化學(xué)超濾出口母管濁度儀換型恢復(fù)后,畫面顯示壞點(diǎn)

        某電廠化學(xué)系統(tǒng)水源取自大運(yùn)河,水質(zhì)相對較差,曾發(fā)生有吸收塔進(jìn)水母管堵塞的現(xiàn)象。后期建有三臺澄清池,水質(zhì)有所改善,但仍需對水質(zhì)加強(qiáng)監(jiān)視。近期,超濾出口母管濁度儀因設(shè)備老化,經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備故障,嚴(yán)重影響了運(yùn)行人員的監(jiān)視,最終決定換型改造。原設(shè)備接線方式為三線制,后期改造選用進(jìn)口某品牌四線制濁度儀,電源選用220 V交流電。其測量原理為:濁度儀內(nèi)部光源體射出光束,經(jīng)過樣水測量池射向光敏元件,樣水中充滿離散的懸浮顆粒,光束經(jīng)過樣水發(fā)生散射,光敏元件通過對光束的散射程度進(jìn)行測量,最終轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4~20 mA電流信號送至控制系統(tǒng)。改造后出現(xiàn)就地設(shè)備表頭數(shù)據(jù)顯示正常而操作員畫面上無顯示的現(xiàn)象。

        問題分析:1)表頭參數(shù)設(shè)置的問題,導(dǎo)致輸出信號凍結(jié)。翻閱說明書,核查參數(shù)設(shè)定,輸出信號均設(shè)定正常,且儀表顯示無報(bào)警。2)4~20 mA輸出信號線接錯(cuò)、接反或由于設(shè)備原因無電流輸出。經(jīng)檢查,信號線所接儀表內(nèi)端子正確,無反接等現(xiàn)象,并用萬用表測量有電流輸出。3)控制系統(tǒng)分有源接線方式與無源接線方式,如圖2所示,由于設(shè)備換型,接線方式由三線制改為四線制,信號線由無源信號變?yōu)橛性葱盘?。?jīng)過對控制系統(tǒng)接線端子的檢查,接線方式未作調(diào)整,最終確定該問題的原因?yàn)榻泳€方式錯(cuò)誤。

        1.3" " 問題三:燃機(jī)補(bǔ)水池液位改造后無信號顯示

        某電廠燃機(jī)補(bǔ)水池液位信號(兩線制)接入遠(yuǎn)程PLC柜中,近幾年斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)通信故障,導(dǎo)致包含該信號在內(nèi)的大量信號壞點(diǎn)。在通信故障問題解決后,信號顯示正常。由于該信號較為重要,最終決定對其進(jìn)行一分二改造,該信號接入一個(gè)信號分配器中,由分配器引出兩路信號,一路信號接入原機(jī)柜,另一路接入新機(jī)柜,同時(shí)在控制系統(tǒng)邏輯、畫面中加點(diǎn),供運(yùn)行人員監(jiān)視,以確保液位的正常監(jiān)視。改造結(jié)束后,兩路信號在畫面中均不能正常顯示。

        經(jīng)分析,原因可能有:1)分配器的供電電壓虧電,達(dá)不到直流24 V。經(jīng)測量,分配器供電電壓符合最低要求。2)信號分配器不適用,更換不同型號分配器,畫面仍然無顯示。3)信號分配器輸入、輸出無正常電流,經(jīng)萬用表測量,均正常。4)原液位計(jì)為兩線制變送器,由控制系統(tǒng)側(cè)供24 V電壓,而變送器經(jīng)過信號分配器一分二,該兩路信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛性葱盘?,信號電源由分配器直接提供,無須控制系統(tǒng)側(cè)供電。換個(gè)角度講,此時(shí)的信號分配器即一個(gè)可輸出兩路信號的“液位變送器”,該“變送器”結(jié)構(gòu)、原理與就地實(shí)際變送器結(jié)構(gòu)、原理大相徑庭,接線方式肯定不同。最終確定問題三原因與問題二類似,同為接線方式上的錯(cuò)誤。

        2" " 改造及調(diào)整

        1)針對問題一中220 V交流電源電纜對4~20 mA電流信號電纜造成干擾的原因,初步?jīng)Q定兩個(gè)改造方案:方案一,更改電源電纜敷設(shè)線路,并重做電纜屏蔽以保證其可靠接地;方案二,采購其他型號密度計(jì),該密度計(jì)必須滿足電源由220 V交流電壓供電變?yōu)?8 V直流電源供電。經(jīng)討論分析,方案一中電源電纜從脫硫電子間到吸收塔供漿平臺跨度較大,更改線路有一定難度,并且工作量很大。而方案二,原220 V交流電壓供電密度計(jì)可作備品;電纜無須更改線路,節(jié)約了人力、物力;能徹底消除強(qiáng)電壓的干擾。所以決定采用方案二。方案實(shí)施過程如下:步驟一,聯(lián)系機(jī)務(wù)安裝新型號密度計(jì);步驟二,將220 V交流電改造為48 V直流電,即加裝一個(gè)微型變壓器;步驟三,接線調(diào)試。

        2)關(guān)于問題二濁度儀接線方式錯(cuò)誤的調(diào)整,僅需將原儀表電源正極拆除并用自粘膠帶包裹,信號I+、I-接入儀表的輸出+、-;PLC側(cè)將原儀表電源正極拆除并用自粘膠帶包裹,將信號I+、I-接入端子的正端、負(fù)端,同時(shí)將正端的電源短接片拆除,解除PLC側(cè)供24 V。

        3)問題三的處理方法如下:安裝一只一進(jìn)兩出信號分配器,并提供一路24 V電源給其供電,然后分兩路,一路引入原機(jī)柜原端子,另一路引入旁邊機(jī)柜的設(shè)計(jì)通道。需要注意的是,原液位計(jì)是兩線制有源,而經(jīng)過轉(zhuǎn)換后,從分配器引出的兩路信號變?yōu)闊o源信號,接線方式應(yīng)相應(yīng)改變。一路信號回原機(jī)柜I+接端子24 V+、I-接端子負(fù)端,改為I+接端子正端、I-接端子負(fù)端,原機(jī)柜有源改無源只需更改接線方式;另一路信號進(jìn)旁邊機(jī)柜,I+、I-接端子的正端、負(fù)端,同時(shí)需將正端的短接線或短接片拆除,作用與問題二中相同。

        3" " 效果分析

        針對上述三個(gè)問題的探討、分析及改造,均取得良好效果。改造后的密度計(jì)信號數(shù)值與另一臺密度偏差不大,并且無大幅晃動(dòng),如圖3所示。僅發(fā)生一次堵塞情況,原因?yàn)闄C(jī)組停運(yùn)后未排空管道,石灰石漿液在密度計(jì)中逐漸沉淀,最終導(dǎo)致密度計(jì)管道堵塞。

        化學(xué)超濾出口母管濁度儀與燃機(jī)補(bǔ)水池液位在接線方式調(diào)整后,據(jù)運(yùn)行人員反映顯示正常。

        4" " 結(jié)束語

        熱工中的信號時(shí)有不準(zhǔn)確、晃動(dòng)大等問題,原因五花八門,但也不可忽略外部強(qiáng)電磁場的干擾,如電焊對溫度、TSI信號的干擾等等,尤其是化學(xué)儀表,其信號微弱,受影響較為嚴(yán)重。

        電廠熱控儀器儀表種類繁多,不同表計(jì)的工作原理千差萬別,甚至測量同一物理量(如液位、流量等)的表計(jì)測量原理都不盡相同,熟悉掌握接線方式對于以后儀表的選型、安裝、改造都大有好處。本文就某電廠現(xiàn)場發(fā)生的缺陷及其處理方法做了一些分析探討,希望對于解決同類問題有一定的借鑒作用。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 潘汪杰,文群英.熱工測量及儀表[M].2版.北京:中國電力出版社,1998.

        [2] 楊慶柏.熱工控制儀表[M].北京:中國電力出版社,2015.

        收稿日期:2023-05-29

        作者簡介:湯辰冬(1988—),男,江蘇泰州人,助理工程師,研究方向:電廠熱控。

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