本文摘要：摘要：針對秦一廠海水廠房循泵熱電阻溫度信號頻繁異常波動的問題，從元器件本身、熱電阻三線制接法、儀表測量回路構成、DCS接收側(cè)組態(tài)設置等方面分析對熱電阻溫度測量過程中產(chǎn)生波動的原因，并介紹了幾種現(xiàn)場消除或降低干擾的一些實用措施，供同行參考。 關
摘要：針對秦一廠海水廠房循泵熱電阻溫度信號頻繁異常波動的問題，從元器件本身、熱電阻三線制接法、儀表測量回路構成、DCS接收側(cè)組態(tài)設置等方面分析對熱電阻溫度測量過程中產(chǎn)生波動的原因，并介紹了幾種現(xiàn)場消除或降低干擾的一些實用措施，供同行參考。
關鍵詞：熱電阻;波動;濾波;抗干擾
在電力生產(chǎn)熱工控制領域中，溫度測量是不可或缺的一環(huán)。這些溫度參數(shù)涉及聯(lián)鎖、保護或作為監(jiān)視信號，在機組安全運行狀態(tài)中扮演著重要角色。熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度監(jiān)測器，它的主要特點是測量精度高、性能穩(wěn)定。因此，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，在秦一廠有許多使用熱電阻溫度計測溫的實例。溫度產(chǎn)生波動會影響運行人員對機組運行情況的監(jiān)視，對機組安全運行造成影響。針對秦一廠30萬機組海水廠房DCS改造后，循泵溫度測量出現(xiàn)異常波動為背景，詳細介紹了查找方法和查找過程，以及最后采取的處理措施，供同行應對類似故障時參考。
1故障背景與檢查
2018年7月9日，秦一廠30萬機組運行人員報缺陷1#循環(huán)水泵電機TE260115、TE260116(1#循環(huán)水泵定子線圈溫度)波動大，波動幅度在68℃～120℃之間。經(jīng)儀控人員查詢DCS內(nèi)溫度趨勢圖發(fā)現(xiàn)，溫度波動持續(xù)了較長的時間，TE260115和TE260116的波動時間基本相同，波形也類似，而1#循泵其他溫度測點在同一時間都無波動，趨勢平緩。由于溫度波動最高值已經(jīng)觸發(fā)主控循泵溫度光字牌報警，影響運行人員監(jiān)視，所以儀控人員立即對熱電阻元件、DCS機柜卡件、就地接線端子箱、DCS機柜接地、電纜分布等進行了全面地檢查。
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房現(xiàn)場中，而信號處理常常在距離現(xiàn)場較遠的控制室內(nèi)，這兩者之間的距離較遠，如果僅用兩根導線傳輸，導線本身的阻值與熱電阻的阻值串聯(lián)在一起會造成測量值的偏大，并且導線自身阻值產(chǎn)生的誤差很難修正，因為導線的阻值是隨著導線沿途的環(huán)境溫度變化的，環(huán)境溫度會隨著實際情況變化。因此，在實際工業(yè)生產(chǎn)中，多使用三線制溫度熱電阻[1]。秦一廠海水廠房循泵測溫也使用的是三線制的熱電阻。三線制電路中，當電橋平衡時，(Rt+r)R2=(R3+r)R1，則Rt=[(R3+r)R1-rR2]/R2=(R3R1/R2)+(R1r/R2)-r如滿足R1=R2，則等號右邊含有r的兩項完全消去，就和r=0時電橋平衡公式完全一樣了。
這種情況下，導線電阻r對熱電阻的測量毫無影響。循泵溫度現(xiàn)場接線如圖3所示。鉑電阻溫度計從測量側(cè)接出3根導線，其中兩根從同一接點接出，第3根從另一接點單獨接出。在實際的運行過程中，有時會發(fā)生從溫度元件開始，電阻值就已經(jīng)產(chǎn)生波動或者異常的情況，這是因為熱電阻C的焊接絲在振動或老化的影響下，出現(xiàn)了焊點松動甚至脫落的情況，這會導致熱電阻接線方式在三線制和兩線制之間切換，造成電阻值的不斷變化，從而使得溫度測量產(chǎn)生波動[2]。儀控人員在循泵側(cè)面的接線盒內(nèi)端子排上測量就地元件的電阻值，發(fā)現(xiàn)阻值穩(wěn)定未見波動。
1.2DCS機柜卡件的檢查
目前，海水廠房采用浙江中控的DCS系統(tǒng)。在R18大修中進行數(shù)字化改造，替代了原有DCS。經(jīng)分析，產(chǎn)生波動的TE260115和TE260116分布在兩塊卡件上，兩塊卡件同時出現(xiàn)故障的可能性較小，同時卡件上的其他溫度信號趨勢平緩未見波動。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，則加入固定電阻，DCS趨勢圖中也會產(chǎn)生波動，但經(jīng)觀察DCS畫面也未見波動。
1.3就地接線端子箱
循泵溫度信號從電機側(cè)面的接線盒引出后進入溫度轉(zhuǎn)接箱，轉(zhuǎn)接箱內(nèi)接線端子未緊固也有可能造成溫度信號波動。接線端子上如果有氧化現(xiàn)象，會造成接觸電阻，使溫度顯示偏高，但這種情況一般不會造成溫度反復跳躍。儀控人員為了排除故障可能性，對端子箱內(nèi)所有端子進行檢查并緊固，在儀控人員工作期間，未出現(xiàn)溫度元件波動的情況。
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(tǒng)中平時不帶電的金屬部分(比如機柜等)與地用導線進行連接。一般情況下，這些金屬外殼是不帶電的，但在設備故障時，設備有可能會漏電，使得這些金屬外殼得電。如果沒有很好地接地，那么這些金屬就成為了帶電體，與地之間有很高的電勢差，對人身以及設備會造成傷害。而儀表接地是為了使信號在傳遞過程中有更好的屏蔽，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(nèi)部電路信號產(chǎn)生影響。
接地不良有可能會造成信號受干擾，工作接地的原則是單點接地。由于地電位差的存在，如果出現(xiàn)一個以上的地點就會形成回路，使儀表引入干擾，所以同一信號回路，同一屏蔽層或排擾線只能有一個接地點，除了既定接地以外，其他部位應與一切金屬構成絕緣。根據(jù)以上原則，儀控人員對溫度回路進行接地檢查，發(fā)現(xiàn)DCS側(cè)接地可靠有效，且滿足單點接地。
1.5其他因素檢查
一般熱電阻波動都會檢查以上幾點，可是經(jīng)檢查還是未有結果。儀控人員將DCS的趨勢圖調(diào)出，觀察是否有規(guī)律可循，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)溫度波動的時間不規(guī)律。經(jīng)與其他幾臺循泵對比發(fā)現(xiàn)，其他循泵在定子溫度線圈的15、16溫度測點也有這樣的波動，雖然波動大小不一致，但是波動時間卻是一致的，此時懷疑與大功率設備的啟停相關。
儀控人員經(jīng)啟停大功率設備后觀察到行車吊鉤動作時，循泵溫度會同步波動。經(jīng)檢查行車電纜路徑，發(fā)現(xiàn)在電纜間內(nèi)，有一段行車動力電纜與循泵溫度測量電纜未分開，懷疑是因為電纜路徑問題導致溫度在行車吊鉤動作時產(chǎn)生波動。儀控人員為驗證，在地面拉一段臨時電纜從就地轉(zhuǎn)接箱到DCS機柜，再啟動行車，發(fā)現(xiàn)溫度信號穩(wěn)定。
綜上所述，確認循泵溫度的干擾源來自于行車動力電纜。由于DCS系統(tǒng)無法完全濾除干擾信號，導致溫度波動。在查找缺陷的過程中，難點在于溫度波動并不總是產(chǎn)生，而是隨機產(chǎn)生，往往在檢查故障的過程中，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)都沒有問題，很難發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生的原因。因此，需要綜合考慮各方面的因素，做到逐一排查，最后鎖定缺陷。
2循泵溫度信號波動問題處理
2.1對動力電纜外加裝屏蔽層
經(jīng)現(xiàn)場勘察，行車動力電纜與循泵溫度信號線路徑重合部分電纜情況較差，在不拆除DCS側(cè)接線的情況下很難把動力電纜和信號電纜分開，而且涉及到波動的電纜數(shù)較多，拆除接線重新布線的風險也較高，很難創(chuàng)造條件重新鋪設電纜。于是，先采用將行車的動力電纜外包金屬屏蔽層并將其接地的方法。但此項工作完成后，發(fā)現(xiàn)循泵的定子線圈溫度15、16點仍然會隨著行車的啟動而波動。因為循泵溫度信號線的一段電纜橋架經(jīng)過循泵下的地坑，而行車動力電纜也經(jīng)過地坑，但由于循泵已經(jīng)投用，不具備在地坑內(nèi)搭腳手架進行檢查維修的條件。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單，當輸入脈動電壓高于濾波電容兩端電壓時就對電容充電，而當輸入脈動電壓低于濾波電容兩端電壓時，濾波電容開始放電，承擔對負載提供電量的責任，補償了輸入脈動電壓的下降趨勢，從而達到降低脈動電壓的脈動程度(紋波系數(shù))。儀控人員在DCS前端加裝各種容量的電容進行試驗后，最終選用容量63uF、耐壓250V的電容，經(jīng)一段時間的觀察發(fā)現(xiàn)，溫度趨勢穩(wěn)定。但這種方法并未從根本上解決問題，并且會導致溫度波動反應遲緩，因此需要更好的處理方法從根本上解決問題。
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行梳理。從DCS柜側(cè)拆除，拆除過程中發(fā)現(xiàn)受電磁干擾的信號有一個共同點。施工期間信號電纜使用的是規(guī)格為10×1.0的電纜，每一個溫度信號需要三芯線，受干擾的溫度信號的3根芯線并沒有使用同一根電纜內(nèi)的內(nèi)芯。當使用同一根電纜內(nèi)的三芯線時，減少了磁通面積，線芯的間距越小，磁通面積也越小;另外，兩根芯線內(nèi)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分布在不同的電纜內(nèi)，增大了磁通面積，磁通方向也無法互相抵消，因此雖然與其他信號線的敷設路徑一致，但卻無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，并進行試驗，啟動行車并使吊臂多方向移動，觀察溫度信號的趨勢。
3提高熱控系統(tǒng)抗干擾能力的措施
在核電廠，由于廠房布置較緊密，同時現(xiàn)場的信號又很多，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(xiàn)場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，并誤發(fā)報警信號，影響主控人員對電廠參數(shù)的監(jiān)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缺陷的過程中，也總結了幾種提高熱控系統(tǒng)抗干擾能力的措施。
3.1確保接地可靠
對于有單點接地要求的系統(tǒng)，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，恢復接線后，測量電纜屏蔽與接地之間的電阻不大于2Ω，并且全路徑要保證電纜屏蔽單點接地。
3.2屏蔽法
在電纜路徑周圍有大功率電氣的情況下，要注意分橋架隔離。儀控信號與電氣信號應分開兩個橋架，并加裝蓋板。對于穿墻間隔較近的情況，可以將導線穿在鐵管或其他金屬屏蔽物內(nèi)進行屏蔽，注意使用該方法時，電纜橋架和金屬屏蔽物也需要良好接地。使用雙絞線傳輸，磁通方向相反，有效地抑制了磁通對信號的干擾，所以雙絞線對電磁干擾有一定的抑制作用。在干擾嚴重區(qū)域，可采用總屏加分屏雙絞線。
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(xiàn)場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(zhuǎn)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(xiàn)場干擾信號較大，自身屏蔽已經(jīng)無法滿足要求的時候使用。但需要另外增加設備，同時也要修改控制器的輸入。
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(zhí)行機構等設備上加裝防浪涌保護器，或在輸入信號上加裝熱敏電阻等元件，給雷擊電流提供泄放通道[3]。
4結束語
熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度監(jiān)測器，它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。因此，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。在秦一廠有許多使用熱電阻溫度計測溫的實例，溫度產(chǎn)生波動會影響運行人員對機組運行情況的監(jiān)視，對機組安全運行造成影響。因此，研究電廠中熱電阻溫度測量產(chǎn)生波動的原因有極大的現(xiàn)實意義。本文是對干擾引起溫度信號波動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。
參考文獻：
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石瑋.淺談接觸電阻對熱電阻溫度測量的影響及對策[J].石油化工自動化,2010(4).
屠士鳳,章衛(wèi)軍,林晨,等.熱電阻溫度信號異常波動的檢查與處理[J].儀器儀表用戶,2013,21(2).
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