循泵熱電阻溫度信號異常波動(dòng)原因處理

摘要:針對秦一廠(chǎng)海水廠(chǎng)房循泵熱電阻溫度信號頻繁異常波動(dòng)的問(wèn)題，從元器件本身、熱電阻三線(xiàn)制接法、儀表測量回路構成、DCS接收側組態(tài)設置等方面分析對熱電阻溫度測量過(guò)程中產(chǎn)生波動(dòng)的原因，并介紹了幾種現場(chǎng)消除或降低干擾的一些實(shí)用措施，供同行參考。
     在電力生產(chǎn)熱工控制領(lǐng)域中，溫度測量是不可或缺的-環(huán)。這些溫度參數涉及聯(lián)鎖、保護或作為監視信號,在機組安全運行狀態(tài)中扮演著(zhù)重要角色。熱電阻是中低溫區常用的一種溫度監測器，它的主要特點(diǎn)是測量精度高、性能穩定。因此，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，在秦一廠(chǎng)有許多使用熱電阻溫度計測溫的實(shí)例。溫度產(chǎn)生波動(dòng)會(huì )影響運行人員對機組運行情況的監視，對機組安全運行造成影響。針對秦一廠(chǎng)30萬(wàn)機組海水廠(chǎng)房DCS改造后，循泵溫度測.量出現異常波動(dòng)為背景，詳細介紹了查找方法和查找過(guò)程,以及最后采取的處理措施，供同行應對類(lèi)似故障時(shí)參考。
1故障背景與檢查
     2018年7月9日，秦一廠(chǎng)30萬(wàn)機組運行人員報缺陷.1#循環(huán)水泵電機TE260115、TE260116(1#循環(huán)水泵定子線(xiàn)圈溫度)波動(dòng)大，波動(dòng)幅度在68℃~120℃之間。經(jīng)儀控人員查詢(xún)DCS內溫度趨勢圖發(fā)現，溫度波動(dòng)持續了較長(cháng)的時(shí)間，TE260115和TE260116的波動(dòng)時(shí)間基本相同，波形也類(lèi)似，而1#循泵其他溫度測點(diǎn)在同一時(shí)間都無(wú)波動(dòng)，趨勢平緩。由于溫度波動(dòng)最高值已經(jīng)觸發(fā)主控循泵溫度光字牌報警，影響運行人員監視，所以?xún)x控人員立即對熱電阻元件、DCS機柜卡件、就地接線(xiàn)端子箱、DCS機柜接地、電纜分布等進(jìn)行了全面地檢查。

1.1熱電阻元件檢查
     在工業(yè)溫度測量上,經(jīng)常使用熱電阻。熱電阻的本體安裝在廠(chǎng)房現場(chǎng)中，而信號處理常常在距離現場(chǎng)較遠的控制室內，這兩者之間的距離較遠，如果僅用兩根導線(xiàn)傳輸，導線(xiàn)本身的阻值與熱電阻的阻值串聯(lián)在一起會(huì )造成測量值的偏大，并且導線(xiàn)自身阻值產(chǎn)生的誤差很難修正，因為導線(xiàn)的阻值是隨著(zhù)導線(xiàn)沿途的環(huán)境溫度變化的，環(huán)境溫度會(huì )隨著(zhù)實(shí)際情況變化。因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，多使用三線(xiàn)制溫度熱電阻”。秦一廠(chǎng)海水廠(chǎng)房循泵測溫也使用的是三線(xiàn)制的熱電阻。

     三線(xiàn)制電路中，當電橋平衡時(shí)，(Rt+r)R2=(R3+r)R1,則Rt=[(R3+r)R1-rR2]R2=(R3R1/R2)
+(R1r/R2)-r如滿(mǎn)足R1=R2,則等號右邊含有r的兩項完全消去,就和r=0時(shí)電橋平衡公式完全-樣了。這種情況下，導線(xiàn)電阻r對熱電阻的測量毫無(wú)影響。

     循泵溫度現場(chǎng)接線(xiàn)如圖3所示。鉑電阻溫度計從測量側接出3根導線(xiàn)，其中兩根從同一接點(diǎn)接出，第3根從另-接點(diǎn)單獨接出。在實(shí)際的運行過(guò)程中，有時(shí)會(huì )發(fā)生從溫度元件開(kāi)始，電阻值就已經(jīng)產(chǎn)生波動(dòng)或者異常的情況，這是因為熱電阻C的焊接絲在振動(dòng)或老化的影響下，出現了焊點(diǎn)松動(dòng)甚至脫落的情況，這會(huì )導致熱電阻接線(xiàn)方式在三線(xiàn)制和兩線(xiàn)制之間切換，造成電阻值的不斷變化，從而使得溫度測量產(chǎn)生波動(dòng)。
      儀控人員在循泵側面的接線(xiàn)盒內端子排上測量就地元件的電阻值，發(fā)現阻值穩定未見(jiàn)波動(dòng)。
1.2DCS機柜卡件的檢查
      目前，海水廠(chǎng)房采用DCS系統。在R18大修中進(jìn)行數字化改造，替代了原有DCS。經(jīng)分析,產(chǎn)生波動(dòng)的TE260115和TE260116分布在兩塊卡件上，兩塊卡件同時(shí)出現故障的可能性較小，同時(shí)卡件上的其他溫度信號趨勢平緩未見(jiàn)波動(dòng)。為排除卡件上通道故障的可能性，儀控人員在DCS前端加固定電阻。若卡件通道故障，則加人固定電阻，DCS趨勢圖中也會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)，但經(jīng)觀(guān)察DCS畫(huà)面也未見(jiàn)波動(dòng)。
1.3就地接線(xiàn)端子箱
      循泵溫度信號從電機側面的接線(xiàn)盒引出后進(jìn)人溫度轉接箱，轉接箱內接線(xiàn)端子未緊固也有可能造成溫度信號波動(dòng)。接線(xiàn)端子上如果有氧化現象，會(huì )造成接觸電阻，使溫度顯示偏高，但這種情況一般不會(huì )造成溫度反復跳躍。儀控人員為了排除故障可能性，對端子箱內所有端子進(jìn)行檢查并緊固，在儀控人員工作期間，未出現溫度元件波動(dòng)的情況。
1.4接地檢查
      接地分為保護接地和儀表接地。保護接地是將系統中平時(shí)不帶電的金屬部分(比如機柜等)與地用導線(xiàn)進(jìn)行連接。一般情況下，這些金屬外殼是不帶電的，但在設備故障時(shí)，設備有可能會(huì )漏電，使得這些金屬外殼得電。如果沒(méi)有很好地接地，那么這些金屬就成為了帶電體，與地之間有很高的電勢差，對人身以及設備會(huì )造成傷害。而儀表接地是為了使信號在傳遞過(guò)程中有更好的屏蔽，降低其受干擾的程度，主要是防止高頻電磁干擾信號對設備內部電路信號產(chǎn)生影響。
      接地不良有可能會(huì )造成信號受干擾，工作接地的原則是單點(diǎn)接地。由于地電位差的存在，如果出現-一個(gè)以上的地點(diǎn)就會(huì )形成回路，使儀表引人干擾，所以同-信號回路，同一屏蔽層或排擾線(xiàn)只能有一個(gè)接地點(diǎn)，除了既定接地以外，其他部位應與一-切金屬構成絕緣。根據以上原則，儀控人員對溫度回路進(jìn)行接地檢查，發(fā)現DCS側接地可靠有效，且滿(mǎn)足單點(diǎn)接地。
1.5其他因素檢查
      一般熱電阻波動(dòng)都會(huì )檢查以上幾點(diǎn)，可是經(jīng)檢查還是未有結果。儀控人員將DCS的趨勢圖調出，觀(guān)察是否有規律可循，發(fā)現出現溫度波動(dòng)的時(shí)間不規律。經(jīng)與其他幾臺循泵對比發(fā)現，其他循泵在定子溫度線(xiàn)圈的15、16溫度測點(diǎn)也有這樣的波動(dòng)，雖然波動(dòng)大小不一致,但是波動(dòng)時(shí)間卻是一致的，此時(shí)懷疑與大功率設備的啟停相關(guān)。儀控人員經(jīng)啟停大功率設備后觀(guān)察到行車(chē)吊鉤動(dòng)作時(shí),循泵溫度會(huì )同步波動(dòng)。經(jīng)檢查行車(chē)電纜路徑,發(fā)現在電纜間內，有一段行車(chē)動(dòng)力電纜與循泵溫度測量電纜未分開(kāi),懷疑是因為電纜路徑問(wèn)題導致溫度在行車(chē)吊鉤動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生波動(dòng)。儀控人員為驗證，在地面拉一段臨時(shí)電纜從就地轉接箱到DCS機柜，再啟動(dòng)行車(chē)，發(fā)現溫度信號穩定。
      綜上所述，確認循泵溫度的干擾源來(lái)自于行車(chē)動(dòng)力電纜。由于DCS系統無(wú)法完全濾除干擾信號,導致溫度波動(dòng)。在查找缺陷的過(guò)程中，難點(diǎn)在于溫度波動(dòng)并不總是產(chǎn)生，而是隨機產(chǎn)生，往往在檢查故障的過(guò)程中，發(fā)現各環(huán).節都沒(méi)有問(wèn)題，很難發(fā)現故障產(chǎn)生的原因。因此，需要綜合考慮各方面的因素，做到逐-排查,最后鎖定缺陷。
2循泵溫度信號波動(dòng)問(wèn)題處理
2.1對動(dòng)力電纜外加裝屏蔽層
     經(jīng)現場(chǎng)勘察，行車(chē)動(dòng)力電纜與循泵溫度信號線(xiàn)路徑重合部分電纜情況較差，在不拆除DCS側接線(xiàn)的情況下很難把動(dòng)力電纜和信號電纜分開(kāi)，而且涉及到波動(dòng)的電纜數較多,拆除接線(xiàn)重新布線(xiàn)的風(fēng)險也較高，很難創(chuàng )造條件重新鋪設電纜。于是，先采用將行車(chē)的動(dòng)力電纜外包金屬屏蔽層并將其接地的方法，如圖4所示。

     但此項工作完成后，發(fā)現循泵的定子線(xiàn)圈溫度15、16點(diǎn)仍然會(huì )隨著(zhù)行車(chē)的啟動(dòng)而波動(dòng)。因為循泵溫度信號線(xiàn)的一段電纜橋架經(jīng)過(guò)循泵下的地坑，而行車(chē)動(dòng)力電纜也經(jīng)過(guò)地坑，但由于循泵已經(jīng)投用，不具備在地坑內搭腳手架進(jìn)行檢查維修的條件。因此，需尋求更可行的方案。
2.2在DCS前端加裝濾波電容
     濾波電容的電路原理較簡(jiǎn)單，當輸人脈動(dòng)電壓高于濾波電容兩端電壓時(shí)就對電容充電，而當輸人脈動(dòng)電壓低于濾波電容兩端電壓時(shí)，濾波電容開(kāi)始放電，承擔對負載提供電量的責任，補償了輸人脈動(dòng)電壓的下降趨勢，從而達到降低脈動(dòng)電壓的脈動(dòng)程度(紋波系數)。儀控人員在DCS前端加裝各種容量的電容進(jìn)行試驗后，最終選用容量63uF、耐壓250V的電容，經(jīng)一段時(shí)間的觀(guān)察發(fā)現，溫度趨勢穩定。但這種方法并未從根本.上解決問(wèn)題，并且會(huì )導致溫度波動(dòng)反應遲緩，因此需要更好的處理方法從根本上解決問(wèn)題。
2.3梳理受干擾電纜情況
     大修期間循泵停運，維修人員對6臺循泵的溫度電纜進(jìn)行梳理。從DCS柜側拆除，拆除過(guò)程中發(fā)現受電磁干擾的信號有一個(gè)共同點(diǎn)。施工期間信號電纜使用的是規格為10×1.0的電纜，每-一個(gè)溫度信號需要三芯線(xiàn)，受干擾的溫度信號的3根芯線(xiàn)并沒(méi)有使用同-根電纜內的內芯。當使用同一根電纜內的三芯線(xiàn)時(shí)，減少了磁通面積，線(xiàn)芯的間距越小，磁通面積也越小;另外，兩根芯線(xiàn)內的磁通方向相反，有效抑制磁通對信號的干擾。但是若同一信號的兩根芯線(xiàn)分布在不同的電纜內，增大了磁通面積，磁通方向也無(wú)法互相抵消，因此雖然與其他信號線(xiàn)的敷設路徑一致,但卻無(wú)法抑制大功率電氣信號的干擾。儀控人員將這些信號重新敷設電纜，并進(jìn)行試驗，啟動(dòng)行車(chē)并使吊臂多方向移動(dòng)，觀(guān)察溫度信號的趨勢。
3提高熱控系統抗干擾能力的措施
     在核電廠(chǎng)，由于廠(chǎng)房布置較緊密，同時(shí)現場(chǎng)的信號又很多，除了儀控的小功率信號以外還有電氣等很多大功率的信號。這些電纜路徑有重合的部分，就導致了現場(chǎng)存在嚴重的電磁干擾環(huán)境。儀控信號，如溫度、流量、壓力等模擬信號容易受到電磁耦合、接地線(xiàn)電位、控制回路自身等原因的影響，干擾這些信號,導致這些信號波動(dòng),并誤發(fā)報警信號，影響主控人員對電廠(chǎng)參數的監視，降低了設備的可靠性。因此，在處理此次循泵熱電阻溫度波動(dòng)缺陷的過(guò)程中，也總結了幾種提高熱控系統抗干擾能力的措施。

3.1確保接地可靠
     對于有單點(diǎn)接地要求的系統，要仔細檢查信號電纜的屏蔽層。拆除電纜屏蔽與接地之間的連接后，測量電纜屏蔽線(xiàn)和接地之間的絕緣電阻，測量值需大于電纜絕緣電阻允許值，恢復接線(xiàn)后，測量電纜屏蔽與接地之間的電阻不大于20,并且全路徑要保證電纜屏蔽單點(diǎn)接地。
3.2屏蔽法
     在電纜路徑周?chē)写蠊β孰姎獾那闆r下，要注意分橋架隔離。儀控信號與電氣信號應分開(kāi)兩個(gè)橋架，并加裝蓋板。對于穿墻間隔較近的情況，可以將導線(xiàn)穿在鐵管或其他金屬屏蔽物內進(jìn)行屏蔽，注意使用該方法時(shí)，電纜橋架和金屬屏蔽物也需要良好接地。
     使用雙絞線(xiàn)傳輸，磁通方向相反，有效地抑制了磁通對信號的干擾，所以雙絞線(xiàn)對電磁干擾有-定的抑制作用。在干擾嚴重區域，可采用總屏加分屏雙絞線(xiàn)。
3.3改變信號傳送方式.
     比起電阻信號,DC4mA~20mA抗干擾能力非常強，可以在現場(chǎng)離原器件較近的地方加裝鉑電阻溫度變化器，將電阻信號轉換為標準電流信號。這種做法，直接增強了信號的抗干擾能力，在一些現場(chǎng)干擾信號較大，自身屏蔽已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足要求的時(shí)候使用。但需要另外增加設備,同時(shí)也要修改控制器的輸人。
3.4加裝防浪涌保護器
     為防止露天設備易受雷擊損壞，應在露天安裝的變送器、執行機構等設備上加裝防浪涌保護器，或在輸人信號上加裝熱敏電阻等元件，給雷擊電流提供泄放通道凹。
4結束語(yǔ)
      熱電阻是中低溫區常用的一種溫度監測器，它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩定。因此，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。在秦一廠(chǎng)有許多使用熱電阻溫度計測溫的實(shí)例，溫度產(chǎn)生波動(dòng)會(huì )影響運行人員對機組運行情況的監視，對機組安全運行造成影響。因此，研究電廠(chǎng)中熱電阻溫度測量產(chǎn)生波動(dòng)的原因有極大的現實(shí)意義。本文是對干擾引起溫度信號波動(dòng)案例的分析查找并提出了抗干擾措施，希望可以對同行有一定的幫助。