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          秦一厂循泵热电阻温度信号异常波动原因分析及处理

          来源: 中核核电运行管理有限公司 维修一处 作者:陈奕然 发布日期:2020-05-21 17:40:26

           摘 要 :针对秦一厂海水厂房循泵热电阻温度信号频繁异常波动的问题,从元器件本身、热电阻三线制接法、仪表测量回路构成、DCS 接收侧组态设置等方面分析对热电阻温度测量过程中产生波动的原因,并介绍了几种现场消除或降低干扰的一些实用措施,供同行参考。

           
                 在电力生产热工控制领域中,温度测量是不可或缺的一环。这些温度参数涉及联锁、保护或作为监视信号,在机组安全运行状态中扮演着重要角色。热电阻是中低温区常用的一种温度监测器,它的主要特点是测量精度高、性能稳定。因此,广泛应用于工业生产中,在秦一厂有许多使用热电阻温度计测温的实例。温度产生波动会影响运行人员对机组运行情况的监视,对机组安全运行造成影响。针对秦一厂 30 万机组海水厂房 DCS 改造后,循泵温度测量出现异常波动为背景,详细介绍了查找方法和查找过程,以及非常后采取的处理措施,供同行应对类似故障时参考。
           
          1、故障背景与检查
                 2018 年 7 月 9 日,秦一厂 30 万机组运行人员报缺陷1# 循环水泵电机 TE260115、TE260116(1# 循环水泵定子线圈温度)波动大,波动幅度在 68℃~ 120℃之间。经仪控人员查询 DCS 内温度趋势图发现,温度波动持续了较长的时间,TE260115 和 TE260116 的波动时间基本相同,波形也类似,而 1# 循泵其他温度测点在同一时间都无波动,趋势平缓。由于温度波动非常高值已经触发主控循泵温度光字牌报警,影响运行人员监视,所以仪控人员立即对热电阻元件、DCS 机柜卡件、就地接线端子箱、DCS 机柜接地、电缆分布等进行了全面地检查。
          1#循泵定子线圈温度TE260115温度波动曲线
          1.1 热电阻元件检查
                 在工业温度测量上,经常使用热电阻。热电阻的本体安装在厂房现场中,而信号处理常常在距离现场较远的控制室内,这两者之间的距离较远,如果仅用两根导线传输,导线本身的阻值与热电阻的阻值串联在一起会造成测量值的偏大,并且导线自身阻值产生的误差很难修正,因为导线的阻值是随着导线沿途的环境温度变化的,环境温度会随着实际情况变化。因此,在实际工业生产中,多使用三线制温度热电阻 [1]。秦一厂海水厂房循泵测温也使用的是三线制的热电阻。
          三线制热电阻原理图
                 三线制电路中,当电桥平衡时,(Rt+r)R2=(R3+r)R1,则 Rt=[(R3+r)R1-rR2]/R2=(R3R1/R2)+(R1r/R2)-r如满足 R1=R2,则等号右边含有 r 的两项完全消去,就和 r=0 时电桥平衡公式完全一样了。这种情况下,导线电阻 r 对热电阻的测量毫无影响。
           
                 循泵温度现场接线如图 3 所示。铂电阻温度计从测量侧接出 3 根导线,其中两根从同一接点接出,第 3 根从另一接点单独接出。在实际的运行过程中,有时会发生从温度元件开始,电阻值就已经产生波动或者异常的情况,这是因为热电阻 C 的焊接丝在振动或老化的影响下,出现了焊点松动甚至脱落的情况,这会导致热电阻接线方式在三线制和两线制之间切换,造成电阻值的不断变化,从而使得温度测量产生波动 [2]。
          三线制热电阻的常规接法
                 仪控人员在循泵侧面的接线盒内端子排上测量就地元件的电阻值,发现阻值稳定未见波动。
          1.2 DCS机柜卡件的检查
                 目前,海水厂房采用浙江中控的 DCS 系统。在 R18 大修中进行数字化改造,替代了原有 DCS。经分析,产生波动的 TE260115 和 TE260116 分布在两块卡件上,两块卡件同时出现故障的可能性较小,同时卡件上的其他温度信号趋势平缓未见波动。为排除卡件上通道故障的可能性,仪控人员在 DCS 前端加固定电阻。若卡件通道故障,则加入固定电阻,DCS 趋势图中也会产生波动,但经观察 DCS 画面也未见波动。
           
          1.3 就地接线端子箱
                 循泵温度信号从电机侧面的接线盒引出后进入温度转接箱,转接箱内接线端子未紧固也有可能造成温度信号波动。接线端子上如果有氧化现象,会造成接触电阻,使温度显示偏高,但这种情况一般不会造成温度反复跳跃。仪控人员为了排除故障可能性,对端子箱内所有端子进行检查并紧固,在仪控人员工作期间,未出现温度元件波动的情况。
          1.4 接地检查
                 接地分为保护接地和仪表接地。保护接地是将系统中平时不带电的金属部分(比如机柜等)与地用导线进行连接。一般情况下,这些金属外壳是不带电的,但在设备故障时,设备有可能会漏电,使得这些金属外壳得电。如果没有很好地接地,那么这些金属就成为了带电体,与地之间有很高的电势差,对人身以及设备会造成伤害。而仪表接地是为了使信号在传递过程中有更好的屏蔽,降低其受干扰的程度,主要是防止高频电磁干扰信号对设备内部电路信号产生影响。
                 接地不良有可能会造成信号受干扰,工作接地的原则是单点接地。由于地电位差的存在,如果出现一个以上的地点就会形成回路,使仪表引入干扰,所以同一信号回路,同一屏蔽层或排扰线只能有一个接地点,除了既定接地以外,其他部位应与一切金属构成绝缘。根据以上原则,仪控人员对温度回路进行接地检查,发现 DCS 侧接地可靠有效,且满足单点接地。
          1.5 其他因素检查
                 一般热电阻波动都会检查以上几点,可是经检查还是未有结果。仪控人员将 DCS 的趋势图调出,观察是否有规律可循,发现出现温度波动的时间不规律。经与其他几台循泵对比发现,其他循泵在定子温度线圈的 15、16 温度测点也有这样的波动,虽然波动大小不一致,但是波动时间却是一致的,此时怀疑与大功率设备的启停相关。仪控人员经启停大功率设备后观察到行车吊钩动作时,循泵温度会同步波动。经检查行车电缆路径,发现在电缆间内,有一段行车动力电缆与循泵温度测量电缆未分开,怀疑是因为电缆路径问题导致温度在行车吊钩动作时产生波动。仪控人员为验证,在地面拉一段临时电缆从就地转接箱到DCS 机柜,再启动行车,发现温度信号稳定。
                 综上所述,确认循泵温度的干扰源来自于行车动力电缆。由于 DCS 系统无法完全滤除干扰信号,导致温度波动。在查找缺陷的过程中,难点在于温度波动并不总是产生,而是随机产生,往往在检查故障的过程中,发现各环节都没有问题,很难发现故障产生的原因。因此,需要综合考虑各方面的因素,做到逐一排查,非常后锁定缺陷。
          2 循泵温度信号波动问题处理
          2.1 对动力电缆外加装屏蔽层
                 经现场勘察,行车动力电缆与循泵温度信号线路径重合部分电缆情况较差,在不拆除 DCS 侧接线的情况下很难把动力电缆和信号电缆分开,而且涉及到波动的电缆数较多,拆除接线重新布线的风险也较高,很难创造条件重新铺设电缆。于是,先采用将行车的动力电缆外包金属屏蔽层并将其接地的方法,如图 4 所示。
          加装屏蔽的动力电缆
                 但此项工作完成后,发现循泵的定子线圈温度 15、16点仍然会随着行车的启动而波动。因为循泵温度信号线的一段电缆桥架经过循泵下的地坑,而行车动力电缆也经过地坑,但由于循泵已经投用,不具备在地坑内搭脚手架进行检查维修的条件。因此,需寻求更可行的方案。
          2.2 在DCS前端加装滤波电容
                 滤波电容的电路原理较简单,当输入脉动电压高于滤波电容两端电压时就对电容充电,而当输入脉动电压低于滤波电容两端电压时,滤波电容开始放电,承担对负载提供电量的责任,补偿了输入脉动电压的下降趋势,从而达到降低脉动电压的脉动程度(纹波系数)。仪控人员在DCS 前端加装各种容量的电容进行试验后,非常终选用容量63uF、耐压 250V 的电容, 经一段时间的观察发现,温度趋势稳定。但这种方法并未从根本上解决问题,并且会导致温度波动反应迟缓,因此需要更好的处理方法从根本上解决问题。
          2.3 梳理受干扰电缆情况
                 大修期间循泵停运,维修人员对 6 台循泵的温度电缆进行梳理。从 DCS 柜侧拆除,拆除过程中发现受电磁干扰的信号有一个共同点。施工期间信号电缆使用的是规格为10×1.0 的电缆,每一个温度信号需要三芯线,受干扰的温度信号的 3 根芯线并没有使用同一根电缆内的内芯。当使用同一根电缆内的三芯线时,减少了磁通面积,线芯的间距越小,磁通面积也越小;另外,两根芯线内的磁通方向相反,有效抑制磁通对信号的干扰。但是若同一信号的两根芯线分布在不同的电缆内,增大了磁通面积,磁通方向也无法互相抵消,因此虽然与其他信号线的敷设路径一致,但却无法抑制大功率电气信号的干扰。仪控人员将这些信号重新敷设电缆,并进行试验,启动行车并使吊臂多方向移动,观察温度信号的趋势。
          整治后温度信号平稳
          3 提高热控系统抗干扰能力的措施
                 在核电厂,由于厂房布置较紧密,同时现场的信号又很多,除了仪控的小功率信号以外还有电气等很多大功率的信号。这些电缆路径有重合的部分,就导致了现场存在严重的电磁干扰环境。仪控信号,如温度、流量、压力等模拟信号容易受到电磁耦合、接地线电位、控制回路自身等原因的影响,干扰这些信号,导致这些信号波动,并误发报警信号,影响主控人员对电厂参数的监视,降低了设备的可靠性。因此,在处理此次循泵热电阻温度波动缺陷的过程中,也总结了几种提高热控系统抗干扰能力的措施。
          3.1 确保接地可靠
                 对于有单点接地要求的系统,要仔细检查信号电缆的屏蔽层。拆除电缆屏蔽与接地之间的连接后,测量电缆屏蔽线和接地之间的绝缘电阻,测量值需大于电缆绝缘电阻允许值,恢复接线后,测量电缆屏蔽与接地之间的电阻不大于 2Ω,并且全路径要保证电缆屏蔽单点接地。
          3.2 屏蔽法
                 在电缆路径周围有大功率电气的情况下,要注意分桥架隔离。仪控信号与电气信号应分开两个桥架,并加装盖板。对于穿墙间隔较近的情况,可以将导线穿在铁管或其他金属屏蔽物内进行屏蔽,注意使用该方法时,电缆桥架和金属屏蔽物也需要良好接地。
                 使用双绞线传输,磁通方向相反,有效地抑制了磁通对信号的干扰,所以双绞线对电磁干扰有一定的抑制作用。在干扰严重区域,可采用总屏加分屏双绞线。
          3.3 改变信号传送方式
                 比起电阻信号,DC4mA ~ 20mA 抗干扰能力非常强,可以在现场离原器件较近的地方加装铂电阻温度变化器,将电阻信号转换为标准电流信号。这种做法,直接增强了信号的抗干扰能力,在一些现场干扰信号较大,自身屏蔽已经无法满足要求的时候使用。但需要另外增加设备,同时也要修改控制器的输入。
          3.4 加装防浪涌保护器
                 为防止露天设备易受雷击损坏,应在露天安装的变送器、执行机构等设备上加装防浪涌保护器,或在输入信号上加装热敏电阻等元件,给雷击电流提供泄放通道 [3]。
          4、结束语
                 热电阻是中低温区常用的一种温度监测器,它的主要特点是测量精度高,性能稳定。因此,广泛应用于工业生产中。在秦一厂有许多使用热电阻温度计测温的实例,温度产生波动会影响运行人员对机组运行情况的监视,对机组安全运行造成影响。因此,研究电厂中热电阻温度测量产生波动的原因有极大的现实意义。本文是对干扰引起温度信号波动案例的分析查找并提出了抗干扰措施,希望可以对同行有一定的帮助。

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