導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在應(yīng)用中的故障分析及對(duì)策

齊艷彬

（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066003）

0 引言

公司1 號(hào)～4 號(hào)機(jī)組汽機(jī)主保護(hù)系統(tǒng)主油箱油位低跳機(jī)保護(hù)，通過檢測(cè)實(shí)際主油箱油位信號(hào)實(shí)現(xiàn)跳機(jī)保護(hù)[1]。在裝的液位計(jì)為美國(guó)Magnetrol 公司Enhanced Model 705 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，共計(jì)12 臺(tái)。自2015年6月首次安裝，到目前4 臺(tái)機(jī)組全部安裝完畢，頻繁發(fā)生油位跳變故障，故障現(xiàn)象均為故障輸出22mA，液位到達(dá)最大值。雖然缺陷發(fā)生時(shí)，采取了重新固定變送器與測(cè)量連桿連接處，更換變送器0，清理測(cè)量桿，更改介電常數(shù)等相應(yīng)措施，但均未查明真正的故障原因，也未能徹底解決油位頻繁跳變的設(shè)備隱患。

在裝的液位計(jì)為美國(guó)Magnetrol 公司進(jìn)口Enhanced Model 705 型液位計(jì)[2]，技術(shù)服務(wù)人員并不提供免費(fèi)技術(shù)服務(wù)，且技術(shù)保密。此種液位計(jì)為本公司首次使用，廠家提供的說明書以及液位計(jì)內(nèi)部參數(shù)設(shè)置菜單均為全英文。在不斷頻發(fā)故障缺陷，機(jī)組主保護(hù)系統(tǒng)主油箱油位低跳機(jī)保護(hù)不能正常投入的嚴(yán)重狀況下，通過購(gòu)買HART 通訊線，使用筆記本電腦與現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)連接從而采集導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)組態(tài)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)波形圖并進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)了故障頻發(fā)的原因，并采取了有效的措施，消除了故障現(xiàn)象。本文將以3 號(hào)機(jī)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)為例，對(duì)液位計(jì)的故障現(xiàn)象和采取的對(duì)策進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)功能及故障分析

1.1 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的自診斷功能

Eclipse 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在測(cè)量中應(yīng)用的問題是由眾多原因產(chǎn)生的，它的優(yōu)勢(shì)在于自身具備自診斷功能，并顯示報(bào)錯(cuò)信息即故障代碼，提示根據(jù)相應(yīng)的故障代碼采取相應(yīng)的故障排除措施。

儀表持續(xù)的尋找一些典型信號(hào)：①首先它尋找基準(zhǔn)信號(hào)；②然后它會(huì)搜尋液位脈沖信號(hào)（必須位于探桿上并取決于探桿長(zhǎng)度、探桿安裝方式、探桿種類）；③如果沒有發(fā)現(xiàn)液位脈沖信號(hào)，儀表會(huì)搜尋探桿尾部的信號(hào)并檢驗(yàn)與表頭輸入的探桿長(zhǎng)度是否一致；④如果在自診斷過程中出現(xiàn)問題，儀表會(huì)顯示相應(yīng)的出錯(cuò)信息。

1.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的故障代碼

Eclipse 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)本身的設(shè)計(jì)是在大多數(shù)情況下無故障的，常見的問題癥狀按照廠家提供的說明書和推薦的方法基本可以解決，見表1。但是油位跳變的故障在參考推薦的方法后，并未得到有效徹底地消除。

表1 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)典型故障代碼Table 1 Typical fault codes of guided wave radar level gauge

1.3 不同介電常數(shù)范圍對(duì)液位的影響

根據(jù)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)不同的技術(shù)規(guī)格、測(cè)量應(yīng)用介質(zhì)的不同，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器內(nèi)部參數(shù)組態(tài)值dielectric（介電常數(shù)）需要設(shè)置不同的區(qū)域范圍[3]。

圖1～圖4是設(shè)置不同介電常數(shù)范圍現(xiàn)場(chǎng)采集的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)反射回波波形圖。圖1～圖4所示波形圖中，藍(lán)色閾值線為Neg Threshold Ampl，是用來檢測(cè)液位值的；綠色閾值線為Pos Threshold Ampl，是用來檢測(cè)液位計(jì)探桿末端值的。

圖1 介電常數(shù)10～100Fig.1 Dielectric constant 10～100

圖4 介電常數(shù)1.4～1.7Fig.4 Dielectric constant 1.4～1.7

由圖示不難發(fā)現(xiàn)，隨著介電常數(shù)范圍的縮小，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)反射回波的波形圖振幅加強(qiáng)，信號(hào)強(qiáng)度加大。信號(hào)強(qiáng)度加大后，明顯看出信號(hào)與藍(lán)色閾值線的相交范圍擴(kuò)大，而藍(lán)色閾值線是用來檢測(cè)實(shí)際液位信號(hào)的，相交范圍擴(kuò)大后，測(cè)量更趨于穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

1.4 不同靈敏度值對(duì)液位的影響

Eclipse 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器內(nèi)部參數(shù)組態(tài)值Sensitivity（靈敏度）依據(jù)表2設(shè)置。當(dāng)改變dielectric（介電常數(shù)）范圍值時(shí)，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器內(nèi)部參數(shù)組態(tài)將自動(dòng)復(fù)位為表2中相應(yīng)dielectric（介電常數(shù)）的Sensitivity（靈敏度）值。

2 3號(hào)機(jī)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)故障現(xiàn)象分析

2.1 故障現(xiàn)象

1）2016年1月17日8:46:45 分，主油箱油位測(cè)點(diǎn)2趨勢(shì)圖顯示直線上升至最大值1461mm；18日凌晨4:19:20分，測(cè)點(diǎn)2 開始跳變至1461mm，至4:20:00 分恢復(fù)正常。此次跳變運(yùn)行人員并沒有啟動(dòng)任何油泵，運(yùn)行工況沒有任何改變。

圖2 介電常數(shù)3～10Fig.2 Dielectric constant 3～10

圖3 介電常數(shù)1.7～3Fig.3 Dielectric constant 1.7～3

2）2016年10月8日12:26:06 分，主油箱油位測(cè)點(diǎn)2 趨勢(shì)圖顯示油位開始快速上升而非直線上升至最大值；12:26:25 分，測(cè)點(diǎn)2 油位為1461mm；12:27:09 分，測(cè)點(diǎn)2油位為1461mm，后逐漸恢復(fù)為正常油位-6mm，故障持續(xù)44s。

3）2016年10月23日12:20:22 分，主油箱油位測(cè)點(diǎn)2 油位為746mm；12:20:24 分，測(cè)點(diǎn)2 油位為1461mm；12:20:53 分，測(cè)點(diǎn)2 油位為731mm；12:20:58 分，測(cè)點(diǎn)2油位為-32mm，并逐漸恢復(fù)為正常油位-2mm，故障持續(xù)31s。

2.2 處理方法

1）2016年1月17日首發(fā)故障時(shí)，將油位測(cè)點(diǎn)1 和測(cè)點(diǎn)2 的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器部分調(diào)換，調(diào)換后油位測(cè)點(diǎn)1 變送器顯示故障（EOP High)。聯(lián)系廠家，建議將變送器菜單Dielctrc 原設(shè)置值“3～10”更改為“1.7～3”，更改后變送器測(cè)量恢復(fù)正常。

2）2016年10月8日再次發(fā)生故障，將測(cè)點(diǎn)2 和測(cè)點(diǎn)3 的變送器部分調(diào)換，調(diào)換后觀察。

3）2016年10月23日第3 次故障，將變送器菜單Dielctrc 設(shè)置值“3～10”更改為“1.7～3”，更改后觀察。

2.3 故障原因分析

雖然在故障發(fā)生時(shí)都相應(yīng)進(jìn)行了處理，但是作為首次使用美國(guó)Magnetrol 公司Enhanced Model 705 導(dǎo)播雷達(dá)液位計(jì)，并沒有故障處理的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)指導(dǎo)，基本將可以采取的措施逐一嘗試，可是故障現(xiàn)象仍然沒有徹底消除。經(jīng)過與上海美國(guó)Magnetrol 公司辦事處聯(lián)系，建議購(gòu)買型號(hào)為HART-USB-001 的產(chǎn)自馬來西亞的USB 數(shù)據(jù)接口線。通過數(shù)據(jù)接口線使用筆記本電腦與現(xiàn)場(chǎng)在裝的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器進(jìn)行通訊，采集變送器內(nèi)部超級(jí)用戶及工廠組態(tài)參數(shù)以及導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)反射波回波波形，對(duì)數(shù)據(jù)和波形圖進(jìn)行分析比對(duì)，從而找出故障原因，有針對(duì)性地采取消除故障的有效對(duì)策[4]。

表3為3 號(hào)機(jī)在裝導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器內(nèi)部參數(shù)組態(tài)值，為故障前數(shù)據(jù)。

表3 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器參數(shù)組態(tài)值①Table 3 Guided wave radar level gauge transmitter parameter configuration values①

由表3采集的Status History 數(shù)據(jù)可以看出，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)歷史報(bào)警記錄均為weak signal 即弱信號(hào)，且Diagnostics 自診斷數(shù)據(jù)Signal Strength 即信號(hào)強(qiáng)度僅僅為5，超級(jí)用戶數(shù)據(jù)Advanced Setup 的檢測(cè)液位的振幅值Neg Threshold Ampl 僅僅為62。

由此推斷，故障原因均為弱信號(hào)導(dǎo)致，即弱信號(hào)頻繁發(fā)生，一旦弱信號(hào)很弱，變送器會(huì)發(fā)生故障。由采集的反射回波的波形圖可以看到，檢測(cè)液位值的藍(lán)色閾值線與信號(hào)相交范圍很小，很容易發(fā)生檢測(cè)不到信號(hào)的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致變送器故障輸出。

3 采取的對(duì)策和變化

3.1 采取的對(duì)策

根據(jù)故障原析的結(jié)果，參照表1廠家提供的故障代碼weak signal 的處理方法，建議選擇較小的dielectric（介電因分常數(shù)）范圍或者增加Sensitivity（靈敏度）。將在裝的其中一臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器組態(tài)參數(shù)Dielectric Range即介電常數(shù)范圍由1.7～3 更改為1.4～1.7，Sensitivity 即靈敏度由184 更改為234，重新采集導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器組態(tài)數(shù)據(jù)以及波形圖。

3.2 產(chǎn)生的效果

由表4采集的Status History 數(shù)據(jù)可以看出，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)歷史報(bào)警記錄為0 次，且Diagnostics 自診斷數(shù)據(jù)Signal Strength 即信號(hào)強(qiáng)度由故障發(fā)生時(shí)的5 提升為11，超級(jí)用戶數(shù)據(jù)Advanced Setup 的檢測(cè)液位的振幅值Neg Threshold Ampl 由故障發(fā)生時(shí)的62 提升為95。

表4 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器參數(shù)組態(tài)值②Table 4 Guided wave radar level gauge transmitter parameter configuration values②

由采集的反射回波的波形圖可以看到，在選擇較小的介電常數(shù)范圍以及增加靈敏度之后，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)液位的藍(lán)色閾值線值增大，信號(hào)強(qiáng)度增大，信號(hào)與藍(lán)色閾值線相交的范圍增大，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)信號(hào)更加靈敏，更加準(zhǔn)確，不再發(fā)生weak signal 即弱信號(hào)的故障報(bào)警[5]。

3.3 存在的問題

1）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在調(diào)高靈敏度后，會(huì)適當(dāng)?shù)匕岩何恍盘?hào)整體抬高。這個(gè)參數(shù)是一個(gè)固定值，可以通過變送器內(nèi)部組態(tài)Trim LvL 參數(shù)進(jìn)行修正。比如3 號(hào)機(jī)在修改靈敏度值后主油箱油位偏高了25mm，那么在變送器內(nèi)部組態(tài)參數(shù)Trim Lvl 由0cm 改為-2.5cm，主油箱油位恢復(fù)為正常值。

2）在選擇較小的介電常數(shù)范圍后，同時(shí)抬高靈敏度是一把雙刃劍，它把實(shí)際液位信號(hào)放大的同時(shí)，周圍的干擾信號(hào)也被放大。因此，并不是說現(xiàn)場(chǎng)所有的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)都無條件的也需要把靈敏度調(diào)高到234。靈敏度修改的依據(jù)是：根據(jù)前期記錄的波形、閾值與信號(hào)相交的程度進(jìn)行再次修改，然后重新記錄波形，再次分析是否還需要繼續(xù)調(diào)整靈敏度，使液位計(jì)達(dá)到最優(yōu)化工作。

3）介電常數(shù)范圍值和靈敏度值等導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器內(nèi)部參數(shù)組態(tài)數(shù)據(jù)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的介質(zhì)、安裝位置、箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，來進(jìn)行有效地設(shè)定，并通過采集數(shù)據(jù)以及波形圖進(jìn)行分析，使導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器內(nèi)部組態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，使導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)達(dá)到無故障運(yùn)行的最穩(wěn)定的狀態(tài)[6]。

4 結(jié)束語

公司1 號(hào)～4 號(hào)機(jī)組汽機(jī)主保護(hù)系統(tǒng)主油箱油位液位計(jì)，共計(jì)12 臺(tái)。自2015年6月首次改造安裝美國(guó)Magnetrol 公司Enhanced Model 705 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)以來，頻繁發(fā)生油位跳變故障，導(dǎo)致汽機(jī)主保護(hù)系統(tǒng)主油箱油位低跳機(jī)保護(hù)不能正常投入。通過這次深入徹底的故障現(xiàn)象分析、故障原因查找，并采取相應(yīng)的對(duì)策，從根本上解決了導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致頻發(fā)弱信號(hào)的故障現(xiàn)象，并通過約半年時(shí)間的長(zhǎng)周期觀察，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器內(nèi)部參數(shù)組態(tài)Status History 數(shù)據(jù)檢測(cè)的歷史報(bào)警記錄次數(shù)為零次，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)工作完全正常。