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(guò)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(huì)給其帶來(lái)傳輸故障。鑒于此，針對(duì)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(hào)失常以及燃機(jī)補(bǔ)水池液位故障問(wèn)題進(jìn)行分析探究，進(jìn)而通過(guò)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(wèn)題。

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

中圖分類號(hào)：TK38" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：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(cè)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(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌阌跍y(cè)量的相關(guān)量，從而間接得出被測(cè)參數(shù)的數(shù)值。熱工儀表測(cè)量的物理量一般有溫度、壓力、流量、液位等，通常這些信號(hào)都要轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA直流電信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(hào)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(hào)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(hào)回路。

20世紀(jì)70年代我國(guó)開始生產(chǎn)DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元組合儀表，并采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的過(guò)程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，即儀表信號(hào)采用DC4～20 mA，聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用DC1～5 V，即采用電流傳輸、電壓接收的信號(hào)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(hào)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(duì)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(wèn)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(wú)輸出信號(hào)。上述問(wèn)題直接影響到運(yùn)行人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況的監(jiān)視，對(duì)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(huì)影響經(jīng)濟(jì)性；母管濁度失去監(jiān)視則運(yùn)行人員對(duì)水質(zhì)失去掌控；燃機(jī)補(bǔ)水池液位無(wú)信號(hào)問(wèn)題更為嚴(yán)重，有可能會(huì)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(xiǎn)。

1" " 問(wèn)題描述以及原因分析

1.1" " 問(wèn)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(tái)330 MW燃煤機(jī)組配置了300 MW等級(jí)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(chǔ)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(cè)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(hào)線傳輸4～20 mA信號(hào)，信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)AI卡件。測(cè)量系統(tǒng)是基于科氏力原理進(jìn)行質(zhì)量流量測(cè)量，其內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩根測(cè)量管，測(cè)量管前后兩端分別安裝電磁式相位傳感器，通過(guò)測(cè)量?jī)筛鶞y(cè)量管的相位差來(lái)計(jì)算流體密度。

兩臺(tái)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(tái)密度計(jì)在更換后出現(xiàn)了數(shù)值晃動(dòng)、信號(hào)丟失等現(xiàn)象，如圖1所示。

兩臺(tái)密度計(jì)雖然測(cè)量不同機(jī)組，但所測(cè)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(guò)兩臺(tái)密度計(jì)顯示的數(shù)值歷史趨勢(shì)比對(duì)，可判斷出其中一臺(tái)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(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(wú)減弱，但未出現(xiàn)壞點(diǎn)情況，很顯然問(wèn)題并未解決。2）密度計(jì)中測(cè)量管結(jié)垢或老化，導(dǎo)致振動(dòng)相位差測(cè)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(duì)測(cè)量管的結(jié)垢已做清理。將密度計(jì)恢復(fù)后觀察，仍沒(méi)有明顯改善。3）密度計(jì)中流體不滿管，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。通過(guò)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(hào)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(chǎng)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(hào)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(hào)易受電磁干擾，熱工規(guī)程要求電源線與信號(hào)線需分開敷設(shè)，且電源、信號(hào)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(hào)線需采用屏蔽電纜線，否則易產(chǎn)生信號(hào)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(duì)4～20 mA電流信號(hào)電纜存在干擾。

1.2" " 問(wèn)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(duì)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(tái)澄清池，水質(zhì)有所改善，但仍需對(duì)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(cè)量原理為：濁度儀內(nèi)部光源體射出光束，經(jīng)過(guò)樣水測(cè)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(guò)樣水發(fā)生散射，光敏元件通過(guò)對(duì)光束的散射程度進(jìn)行測(cè)量，最終轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號(hào)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(wú)顯示的現(xiàn)象。

問(wèn)題分析：1）表頭參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題，導(dǎo)致輸出信號(hào)凍結(jié)。翻閱說(shuō)明書，核查參數(shù)設(shè)定，輸出信號(hào)均設(shè)定正常，且儀表顯示無(wú)報(bào)警。2）4～20 mA輸出信號(hào)線接錯(cuò)、接反或由于設(shè)備原因無(wú)電流輸出。經(jīng)檢查，信號(hào)線所接儀表內(nèi)端子正確，無(wú)反接等現(xiàn)象，并用萬(wàn)用表測(cè)量有電流輸出。3）控制系統(tǒng)分有源接線方式與無(wú)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(hào)線由無(wú)源信號(hào)變?yōu)橛性葱盘?hào)。經(jīng)過(guò)對(duì)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(wèn)題的原因?yàn)榻泳€方式錯(cuò)誤。

1.3" " 問(wèn)題三：燃機(jī)補(bǔ)水池液位改造后無(wú)信號(hào)顯示

某電廠燃機(jī)補(bǔ)水池液位信號(hào)（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(hào)在內(nèi)的大量信號(hào)壞點(diǎn)。在通信故障問(wèn)題解決后，信號(hào)顯示正常。由于該信號(hào)較為重要，最終決定對(duì)其進(jìn)行一分二改造，該信號(hào)接入一個(gè)信號(hào)分配器中，由分配器引出兩路信號(hào)，一路信號(hào)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(hào)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(cè)量，分配器供電電壓符合最低要求。2）信號(hào)分配器不適用，更換不同型號(hào)分配器，畫面仍然無(wú)顯示。3）信號(hào)分配器輸入、輸出無(wú)正常電流，經(jīng)萬(wàn)用表測(cè)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(guò)信號(hào)分配器一分二，該兩路信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛性葱盘?hào)，信號(hào)電源由分配器直接提供，無(wú)須控制系統(tǒng)側(cè)供電。換個(gè)角度講，此時(shí)的信號(hào)分配器即一個(gè)可輸出兩路信號(hào)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(wèn)題三原因與問(wèn)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(duì)問(wèn)題一中220 V交流電源電纜對(duì)4～20 mA電流信號(hào)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(gòu)其他型號(hào)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(tái)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(wú)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(guò)程如下：步驟一，聯(lián)系機(jī)務(wù)安裝新型號(hào)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(wèn)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(hào)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(hào)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(wèn)題三的處理方法如下：安裝一只一進(jìn)兩出信號(hào)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(guò)轉(zhuǎn)換后，從分配器引出的兩路信號(hào)變?yōu)闊o(wú)源信號(hào)，接線方式應(yīng)相應(yīng)改變。一路信號(hào)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(wú)源只需更改接線方式；另一路信號(hào)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(wèn)題二中相同。

3" " 效果分析

針對(duì)上述三個(gè)問(wèn)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(hào)數(shù)值與另一臺(tái)密度偏差不大，并且無(wú)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(yǔ)

熱工中的信號(hào)時(shí)有不準(zhǔn)確、晃動(dòng)大等問(wèn)題，原因五花八門，但也不可忽略外部強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，如電焊對(duì)溫度、TSI信號(hào)的干擾等等，尤其是化學(xué)儀表，其信號(hào)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(wàn)別，甚至測(cè)量同一物理量（如液位、流量等）的表計(jì)測(cè)量原理都不盡相同，熟悉掌握接線方式對(duì)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(chǎng)發(fā)生的缺陷及其處理方法做了一些分析探討，希望對(duì)于解決同類問(wèn)題有一定的借鑒作用。

[參考文獻(xiàn)]

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

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

收稿日期：2023-05-29

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