泵站機組測溫系統(tǒng)原理及常見故障分析

于振山，范順芳，王 浩

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 江都 225200）

泵站作為現(xiàn)代水利工程的主要設施，其自動化與信息化建設是水利工程現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)之一，機組溫度監(jiān)測是大中型泵站自動化監(jiān)控中的一項重要內容。機組監(jiān)測溫度點主要有電機定子、水泵軸承、電機軸承等，通常使用測溫熱電阻完成測量。溫度測量的準確性、實時性直接影響泵站機組的正常安全運轉和設備的使用壽命，因此，泵站中溫度監(jiān)測的可靠性是保證泵站機組正常工作的重要條件之一。

1 機組測溫系統(tǒng)組成及原理

隨著計算機、電子技術的發(fā)展，目前大中型泵站機組測溫都實現(xiàn)了自動化采集。機組測溫系統(tǒng)一般由熱電阻（RTD）、連接導線、溫度采集處理單元、中央處理顯示單元組成。

測量時，測溫熱電阻隨測點溫度變化而變化，溫度采集處理單元輸出恒定的電流與測溫熱電阻作用，根據(jù)反饋電壓的大小，測量出熱電阻阻值，從而計算出測點溫度，并通過通信網(wǎng)絡將溫度集中上傳到中央處理顯示單元。

1.1 熱電阻

測溫熱電阻是泵站機組測溫最重要的傳感器，其運行情況直接影響機組溫度監(jiān)測的可靠性。

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，應用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。目前在泵站上，一般用 Pt100 型熱電阻作為機組測溫元件，其阻值跟溫度的變化在一定溫度區(qū)域內可近似成正比關系[1]。

式中：Rt為溫度 t 時的熱電阻阻值；Rt0為溫度 t0（通常 t0= 0℃）時對應的熱電阻阻值；α為溫度系數(shù)。

當熱電阻采用 Pt100 時，式中 Rt0＝100 Ω，α≈0.00385/℃，Rt可通過測溫裝置電路檢測，從而計算出被測物體溫度。

1.2 熱電阻線制

線制就是測溫熱電阻的引出線方式，一般有二線制、三線制和四線制 3 種引出線方式，線制決定了傳感器導線的電阻對測量結果的影響[2]。

1）二線制。在熱電阻的兩端各連接 1 根導線引出電阻信號的方式叫二線制，這種引線方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻，引線電阻大小與導線的材質和長度等因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低，或儀表在現(xiàn)場測量，線纜較短，線阻對測量影響較小的場合。

2）三線制。在熱電阻根部的一端連接 1 根引線，另一端連接 2 根引線的方式稱為三線制。這種方式可以較好地消除引線電阻的影響，是泵站機組溫度監(jiān)測中最常用的引線方式。三線制引線方式要求連接的 3 根導線線徑、材質相同，即要保證引線電阻大小一致，否則測量會存在較大誤差。

3）四線制。在熱電阻根部兩端各連接 2 根導線的方式稱為四線制，其中 2 根引線為熱電阻提供恒定電流，把熱電阻電阻信號轉換成電壓信號，再通過另外 2 根引線把熱電阻兩端電壓引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，是熱電阻測溫理想的接線方式，用于高精度、高可靠性的溫度檢測。

目前，泵站機組測溫熱電阻引出線大多采用三線制方式，這種引線方式雖可以較好地消除引線電阻的影響，滿足測溫要求，但在精度、可靠性上不如四線制，尤其在有機組溫度保護（超溫跳閘）要求的情況下，測溫的可靠性要求更高，因此新安裝機組測溫熱電阻也可以采用四線制引線方式。

1.3 溫度采集處理單元

目前泵站機組測溫系統(tǒng)的采集處理單元采用以下方式：

1）溫度顯示儀表。溫度顯示儀表是集溫度信號采集、變送輸出、溫度顯示為一體的設備儀器，一般裝在電機表面，用于現(xiàn)場溫度顯示，也可通過模擬信號或通訊方式輸出到后臺。由于測量線路短，可采用二線制或三線制接線方式。

2）溫度巡檢儀[3]。溫度巡檢儀適用于多點溫度測量、顯示及控制，一般可巡檢顯示 1～32 路溫度測量信號，具有自動巡檢、手動定檢功能，所有通道溫度數(shù)據(jù)可通過通訊方式輸出。有些溫度巡檢儀部分通道可分別獨立設置溫度上下限報警控制、變送輸出，以及所測溫度數(shù)據(jù)打印。一般溫度巡檢儀安裝在機組現(xiàn)地控制單元內（LCU），采用三線制接線方式。

3）PLC 測溫模塊[4]。一般泵站現(xiàn)場都使用可編程序控制器（PLC）作為自動化系統(tǒng)的控制核心，因而可采用中高檔 PLC 測溫模塊采集溫度信號。溫度變量經(jīng)溫度傳感器（Pt100 熱電阻）采集后，送入PLC 的 RTD 測溫模塊，RTD 測溫模塊將鉑電阻阻值變換成相應的模擬量電信號，通過模數(shù)轉換成實時溫度值，同時把所測的溫度值傳遞給 PLC，PLC 可通過編程，實現(xiàn)對溫度越限判斷后，發(fā)出報警和事故停機信號。通常 PLC 的 RTD 測溫模塊有三線或四線制接線方式。PLC 測溫模塊具有測溫精度高、可靠性高，溫度檢測及時等優(yōu)點。

1.4 中央處理顯示單元

機組溫度中央處理顯示單元一般作為泵站自動化系統(tǒng)的一個功能模塊，集成在泵站上位機系統(tǒng)中，用于收集泵站所有溫度采集處理單元中的數(shù)據(jù)，集中顯示全泵站機組溫度，并具有溫度越限報警、數(shù)據(jù)存儲、曲線顯示及集中打印等功能。

2 機組測溫系統(tǒng)常見問題

2.1 熱電阻短路和斷路

熱電阻的常見故障是熱電阻的短路和斷路。一般斷路更常見，這是由于熱電阻絲較細所致的。斷路和短路可用萬用表進行判斷，用萬用表的“×1 Ω”檔，如測得的阻值較?。ㄒ话闶覝厍闆r下鉑電阻值大于100 Ω），則可能有短路的地方；若萬用表指示為無窮大，則可斷定電阻體或線路已斷路。因熱電阻通常是在機組安裝時，預埋在機組各個測溫點的，如發(fā)生這種故障，一般要在機組維修時更換新的熱電阻。因此，機組熱電阻應采用濺射光刻工藝制作的高品質熱電阻，這類熱電阻的漂移很小，長期穩(wěn)定性高，而且抗沖擊和振動；熱電阻引腳采用鉑鎳合金，可以保證焊接后引線的機械性能，并在導線與測溫電阻的結合部位加保護管，避免導線在傳感器內斷開。

2.2 溫度采集值比實際值偏低或偏高

這類情況產生的原因可能有以下幾點：1）保護管內或接線端子間有金屬屑、灰塵、臟污等，或熱電阻絲之間有短路或接地；2）熱電阻引腳焊接不牢；3）采用三線制接線方式時，其中某根線的聯(lián)接端子可能松動、銹蝕，接觸電阻增大，三根線阻值不一致，無法消除引線電阻的影響。

處理方法：檢查接線端子，擰緊端子，清除接線盒上的金屬屑或灰塵，保證線路連接正常。若線路正常，還無法消除故障，應在機組維修時，檢查熱電阻是否正常。

2.3 溫度采集值出現(xiàn)最大值或最小值

產生這類情況的原因可能有：1）熱電阻斷路或短路；2）導線連接端子開路或導線斷開。

處理方法：用萬用表檢查線路和熱電阻，若連接導線斷開，應予以修復或更換；若熱電阻本身斷路或短路，機組維修時，應更換。

2.4 顯示儀表或中央處理顯示單元顯示值不穩(wěn)

若多點溫度測點出現(xiàn)這類情況，有可能連接導線未采用屏蔽電纜，或雖采用屏蔽電纜，但屏蔽層沒有可靠地接。檢查電纜，采用屏蔽電纜，并將屏蔽層可靠接地。若個別點出現(xiàn)這類情況，請檢查連接線路，保證接線無松動。

3 結語

泵站機組測溫系統(tǒng)作為泵站自動化系統(tǒng)中的重要組成部分，實現(xiàn)了機組溫度的自動監(jiān)測。工程設計人員可以根據(jù)機組的具體技術參數(shù)和運行工況設計泵站機組的測溫方式，運行人員可以通過控制室的監(jiān)控軟件界面或現(xiàn)場的溫度巡檢、顯示設備掌握整個泵站機組溫升情況。這樣有助于對系統(tǒng)進行檢查和維護，在出現(xiàn)故障時能及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保機組正常運行，從而提高機組的安全穩(wěn)定運行水平。

[1]王芳. 熱電阻式溫度傳感器的測溫原理與應用[J]. 黑龍江冶金，2007 (1): 33-35.

[2]劉振全，王漢芝. 金屬熱電阻溫度傳感器在多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J]. 傳感器世界，2006 (12): 25-27.

[3]張根寶. 工業(yè)自動化儀表與過程控制[M]. 西安：西北工業(yè)大學出版社，2008: 28-46.

[4]唐新平，趙金，萬淑蕓. 溫度信號采集處理及控制系統(tǒng)設計[J]. 自動化與儀器儀表，2000 (5): 12-14.