電廠儀器儀表接線方式的優(yōu)化

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]。現(xiàn)某電廠遇到如下幾個問題：脫硫進(jìn)漿密度數(shù)值顯示晃動大、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瑥亩型C(jī)的風(fēng)險。

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、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。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，且儀表顯示無報警。2）4～20 mA輸出信號線接錯、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)橛性葱盘枴＝?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)橛性葱盘枺盘栯娫从煞峙淦髦苯犹峁瑹o須控制系統(tǒng)側(cè)供電。換個角度講，此時的信號分配器即一個可輸出兩路信號的“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，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

熱工中的信號時有不準(zhǔn)確、晃動大等問題，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。