电厂仪器仪表接线方式的优化.pdf

0引言热力发电厂中的热工参数多数不能直接测量，一般总是借助于物质的物理、化学特性的关联性把测量参数转变为其他便于测量的相关量，从而间接得出被测参数的数值。热工仪表测量的物理量一般有温度、压力、流量、液位等，通常这些信号都要转换为标准的420 mA直流电信号，经过通信电缆传送到DCS或PLC中进行计算、监视、报警等等。采用420 mA电流信号是因为不容易受干扰，导线电阻串联在回路中不影响精度。既然将物理量转换为420 mA电流输出，必然要有电源为其供电，回路也就分为供电回路及信号回路。两线制、三线制、四线制仪表除了接线数量不同，主要区别就在于供电回路与信号回路。20世纪70年代我国开始生产DDZ-型电动单元组合仪表，并采用国际电工委员会（IEC）的过程控制系统用模拟信号标准，即仪表信号采用DC420 mA，联络信号采用DC15 V，即采用电流传输、电压接收的信号系统1。所谓两线制、三线制和四线制指的是各种输出为模拟直流电流信号的变送器，其工作原理和结构上有一定的区别，换个角度讲，即针对不同结构或原理的设备，应按照不同的接线方式去接线2。现某电厂遇到如下几个问题：脱硫进浆密度数值显示晃动大、传输不正常；化学超滤出口母管浊度仪换型恢复后，画面显示坏点；燃机补给水池液位改造后无输出信号。上述问题直接影响到运行人员对现场工况的监视，对电厂的运行有一定的影响，如脱硫进浆密度不准确会影响经济性；母管浊度失去监视则运行人员对水质失去掌控；燃机补水池液位无信号问题更为严重，有可能会导致燃机余热锅炉循环水断水，从而有停机的风险。1问题描述以及原因分析1.1问题一：脱硫进浆密度数值晃动大、失常某燃煤电厂两台330MW燃煤机组配置了300 MW等级石灰石-石膏湿法脱硫（FGD）系统，整个FGD装置包括烟气系统、石灰石浆液制备系统、吸收塔系统、石膏脱水及储运系统、工艺水和回用水系统、废水处理系统等。石灰石浆液制备系统中浆液密度的测量是采用进口某品牌密度计，四线制接线方式，220 V交流电压供电，两根信号线传输420 mA信号，信号传输至控制系统AI卡件。测量系统是基于科氏力原理进行质量流量测量，其内部设计有两根测量管，测量管前后两端分别安装电磁式相位传感器，通过测量两根测量管的相位差来计算流体密度。两台密度计由于设备老化，在不同时间相继改造更换，其中一台密度计在更换后出现了数值晃动、信号丢失等现象，如图1所示。两台密度计虽然测量不同机组，但所测量的均为同一个浆液罐中的浆液，浆液密度应差别不大。经过两台密度计显示的数值历史趋势比对，可判断出其中一台密度计数值不准确。经分析，可能的原因包括：1）控制系统通道损坏，根据以往的现场经验来看，控制系统通道损坏时有发生，并且曾出现有坏点情况。经更换通道后观电厂仪器仪表接线方式的优化汤辰冬（江苏华电扬州发电有限公司，江苏 扬州 225000）摘要：热力发电厂中的热工参数通过通信回路传输至集散控制系统内，具有可靠性高、精度高等优点，但系统的优化改造、设备的迭代更新及通信线路的干扰会给其带来传输故障。鉴于此，针对某电厂发生的脱硫进浆密度数值晃动大、化学超滤出口母管浊度信号失常以及燃机补水池液位故障问题进行分析探究，进而通过制定、实施相应的优化及改造方案，最终解决了实际问题。关键词：电厂；热控仪表；接线方式；密度计；浊度仪；信号分配器中图分类号：TK38文献标志码：A文章编号：1671-0797（2023）18-0072-03DOI：10.19514/32-1628/tm.2023.18.018设备管理与改造Shebei Guanli yu Gaizao72察，晃动情况并无减弱，但未出现坏点情况，很显然问题并未解决。2）密度计中测量管结垢或老化，导致振动相位差测量不准确。在机组大小修期间，将该密度计送至计量部门校验，校验合格，存在结垢情况，计量部门对测量管的结垢已做清理。将密度计恢复后观察，仍没有明显改善。3）密度计中流体不满管，导致测量不准确。通过查看仪表中参数，得出结论设备满管。4）密度计220 V交流电源电缆与信号电缆同进同出，存在干扰。一般情况下四线制变送器供电大多为AC220 V，也有少部分供电为DC24 V的，这类表计在现场中使用较少，主要用于功耗比较大的仪表，如电磁流量计、部分化学仪表等，大部分输出信号为420 mA。由于电源为AC220 V，检修时需断电操作。由于420 mA模拟量信号易受电磁干扰，热工规程要求电源线与信号线需分开敷设，且电源、信号的接线箱不为同一个。若必须放置在一起，要求桥架中两种电缆用金属片隔开，信号线需采用屏蔽电缆线，否则易产生信号干扰。经调查发现#6机组密度计电源电缆屏蔽良好，分上下路电缆桥架敷设，具有一定的隔离作用。故最终确定原因：220 V交流电源电缆对420 mA电流信号电缆存在干扰。1.2问题二：化学超滤出口母管浊度仪换型恢复后，画面显示坏点某电厂化学系统水源取自大运河，水质相对较差，曾发生有吸收塔进水母管堵塞的现象。后期建有三台澄清池，水质有所改善，但仍需对水质加强监视。近期，超滤出口母管浊度仪因设备老化，经常出现设备故障，严重影响了运行人员的监视，最终决定换型改造。原设备接线方式为三线制，后期改造选用进口某品牌四线制浊度仪，电源选用220 V交流电。其测量原理为：浊度仪内部光源体射出光束，经过样水测量池射向光敏元件，样水中充满离散的悬浮颗粒，光束经过样水发生散射，光敏元件通过对光束的散射程度进行测量，最终转换为标准的420 mA电流信号送至控制系统。改造后出现就地设备表头数据显示正常而操作员画面上无显示的现象。问题分析：1）表头参数设置的问题，导致输出信号冻结。翻阅说明书，核查参数设定，输出信号均设定正常，且仪表显示无报警。2）420 mA输出信号线接错、接反或由于设备原因无电流输出。经检查，信号线所接仪表内端子正确，无反接等现象，并用万用表测量有电流输出。3）控制系统分有源接线方式与无源接线方式，如图2所示，由于设备换型，接线方式由三线制改为四线制，信号线由无源信号变为有源信号。经过对控制系统接线端子的检查，接线方式未作调整，最终确定该问题的原因为接线方式错误。1.3问题三：燃机补水池液位改造后无信号显示某电厂燃机补水池液位信号（两线制）接入远程PLC柜中，近几年断断续续出现通信故障，导致包含该信号在内的大量信号坏点。在通信故障问题解决后，信号显示正常。由于该信号较为重要，最终决定对其进行一分二改造，该信号接入一个信号分配器中，由分配器引出两路信号，一路信号接入原机柜，另一路接入新机柜，同时在控制系统逻辑、画面中加点，供运行人员监视，以确保液位的正常监视。改造结束后，两路信号在画面中均不能正常显示。经分析，原因可能有：1）分配器的供电电压亏电，达不到直流24 V。经测量，分配器供电电压符合最低要求。2）信号分配器不适用，更换不同型号分配器，画面仍然无显示。3）信号分配器输入、输出无正常电流，经万用表测量，均正常。4）原液位计为两线制变送器，由控制系统侧供24 V电压，而变送器经过图1某机组密度计信号丢失历史趋势图2有源与无源接线方式原理图Shebei Guanli yu Gaizao设备管理与改造73信号分配器一分二，该两路信号转变为有源信号，信号电源由分配器直接提供，无须控制系统侧供电。换个角度讲，此时的信号分配器即一个可输出两路信号的“液位变送器”，该“变送器”结构、原理与就地实际变送器结构、原理大相径庭，接线方式肯定不同。最终确定问题三原因与问题二类似，同为接线方式上的错误。2改造及调整1）针对问题一中220 V交流电源电缆对420 mA电流信号电缆造成干扰的原因，初步决定两个改造方案：方案一，更改电源电缆敷设线路，并重做电缆屏蔽以保证其可靠接地；方案二，采购其他型号密度计，该密度计必须满足电源由220 V交流电压供电变为48 V直流电源供电。经讨论分析，方案一中电源电缆从脱硫电子间到吸收塔供浆平台跨度较大，更改线路有一定难度，并且工作量很大。而方案二，原220 V交流电压供电密度计可作备品；电缆无须更改线路，节约了人力、物力；能彻底消除强电压的干扰。所以决定采用方案二。方案实施过程如下：步骤一，联系机务安装新型号密度计；步骤二，将220 V交流电改造为48 V直流电，即加装一个微型变压器；步骤三，接线调试。2）关于问题二浊度仪接线方式错误的调整，仅需将原仪表电源正极拆除并用自粘胶带包裹，信号I+、I-接入仪表的输出+、-；PLC侧将原仪表电源正极拆除并用自粘胶带包裹，将信号I+、I-接入端子的正端、负端，同时将正端的电源短接片拆除，解除PLC侧供24 V。3）问题三的处理方法如下：安装一只一进两出信号分配器，并提供一路24 V电源给其供电，然后分两路，一路引入原机柜原端子，另一路引入旁边机柜的设计通道。需要注意的是，原液位计是两线制有源，而经过转换后，从分配器引出的两路信号变为无源信号，接线方式应相应改变。一路信号回原机柜I+接端子24 V+、I-接端子负端，改为I+接端子正端、I-接端子负端，原机柜有源改无源只需更改接线方式；另一路信号进旁边机柜，I+、I-接端子的正端、负端，同时需将正端的短接线或短接片拆除，作用与问题二中相同。3效果分析针对上述三个问题的探讨、分析及改造，均取得良好效果。改造后的密度计信号数值与另一台密度偏差不大，并且无大幅晃动，如图3所示。仅发生一次堵塞情况，原因为机组停运后未排空管道，石灰石浆液在密度计中逐渐沉淀，最终导致密度计管道堵塞。化学超滤出口母管浊度仪与燃机补水池液位在接线方式调整后，据运行人员反映显示正常。4结束语热工中的信号时有不准确、晃动大等问题，原因五花八门，但也不可忽略外部强电磁场的干扰，如电焊对温度、TSI信号的干扰等等，尤其是化学仪表，其信号微弱，受影响较为严重。电厂热控仪器仪表种类繁多，不同表计的工作原理千差万别，甚至测量同一物理量（如液位、流量等）的表计测量原理都不尽相同，熟悉掌握接线方式对于以后仪表的选型、安装、改造都大有好处。本文就某电厂现场发生的缺陷及其处理方法做了一些分析探讨，希望对于解决同类问题有一定的借鉴作用。参考文献1 潘汪杰，文群英.热工测量及仪表M.2版.北京：中国电力出版社，1998.2 杨庆柏.热工控制仪表M.北京：中国电力出版社，2015.收稿日期：2023-05-29作者简介：汤辰冬（1988），男，江苏泰州人，助理工程师，研究方向：电厂热控。图3改造后两台密度计趋势对比图设备管理与改造Shebei Guanli yu Gaizao74