控制系統(tǒng)信號跳變實例分析與處理

胡文勝

(秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司,河北秦皇島 066003)

控制系統(tǒng)信號跳變實例分析與處理

胡文勝

(秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司,河北秦皇島 066003)

控制系統(tǒng)中由于信號測量回路或外部干擾信號引起的測點跳變是控制系統(tǒng)信號檢測中較為常見又較難判斷處理的一類問題,本文針對控制系統(tǒng)管理維護中遇到的信號跳變幾個典型實例,說明引起信號跳變的常見原因和處理方法。

控制系統(tǒng) 干擾 信號跳變

1 產(chǎn)生信號跳變的主要原因

控制系統(tǒng)信號跳變的原因主要有測點安裝問題、測量元件問題、信號回路電纜問題、不同頻率電磁諧波引起的各種串共模干擾、以及控制系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)問題等。要徹底消除問題就必須全面仔細(xì)的排查、分析定位故障原因,對癥確定解決辦法。對于傳感器及信號回路故障的處理主要是定位故障點,消除故障原因;對于干擾造成的跳變主要是采用避開、隔離等措施屏蔽掉干擾源以及使用濾波手段消除干擾信號等措施進(jìn)行處理。

以下是生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)信號跳變處理的一些具體事例。

2 信號跳變分析處理實例

2.1 數(shù)據(jù)采集站熱電阻測點指示跳變

故障現(xiàn)象：#1機組檢修后一個采集站(分散數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))的幾乎所有熱電阻測點數(shù)據(jù)指示跳變或錯誤。原因分析：全面檢查后發(fā)現(xiàn)熱電阻測量橋路供電電源(由可調(diào)整的24V直流穩(wěn)壓電源供電)僅有4.5V,橋路電源設(shè)計規(guī)定不得低于12V,可能是停電檢修時誤動穩(wěn)壓電源調(diào)壓旋鈕造成。故障處理：調(diào)整橋路穩(wěn)壓電源電壓調(diào)整旋鈕,使電壓升壓到12V以上,該采集站熱電阻測點指示恢復(fù)正常。

2.2 汽機軸瓦溫度測點跳變

故障現(xiàn)象：#1機組小修后期發(fā)現(xiàn)汽機#3、4、5、6瓦瓦溫和回油溫度測點系統(tǒng)顯示頻繁波動。原因分析：用萬用表就地測量溫度元件參數(shù)正常,在端子柜檢查測量回路電阻有明顯波動,說明元件到端子柜電纜可能存在問題。沿電纜走向仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn),信號電纜從汽輪機缸體下方穿過時,信號電纜所在線槽從蒸汽管道旁邊經(jīng)過,由于蒸汽管道保溫在上次檢修時被踩踏損壞未及時修復(fù),機組運行期間蒸汽管道的高溫導(dǎo)致信號電纜碳化,檢修時臨近的汽機檢修工作對電纜槽架的踩踏使碳化的電纜絕緣進(jìn)一步損壞,周圍檢修工作對電纜的觸碰直接引起絕緣電阻發(fā)生變化影響回路電阻,發(fā)生溫度顯示波動。故障處理：重新接線并處理好絕緣,恢復(fù)并保溫措施,利用二次檢修機會選擇安全走向重新敷設(shè)信號電纜。

2.3 鍋爐主汽溫度測點跳變

故障現(xiàn)象：#2機組DCS系統(tǒng)鍋爐主汽溫度測點跳變。原因分析：檢查測量元件和補償導(dǎo)線、DC S通道均未發(fā)現(xiàn)問題。用示波器長時間觀察也未發(fā)現(xiàn)明顯跳變。經(jīng)仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)跳變主要發(fā)生在陰雨天,檢查就地元件,發(fā)現(xiàn)溫度元件的補償導(dǎo)線蛇皮管破損,導(dǎo)線進(jìn)入測量元件接線盒部位未密封,下雨時雨水順導(dǎo)線流入接線盒進(jìn)入測量套管內(nèi)部導(dǎo)致熱電偶測量端溫度大幅下降。故障處理：將原件接線盒式改為固定卡套式安裝,并對接線部分進(jìn)行密封處理。

圖1 DCS信號并行監(jiān)視圖

2.4 內(nèi)冷水流量測點跳變

故障現(xiàn)象：2003年2月,#2機組發(fā)電機冷卻水流量信號在DCS系統(tǒng)趨勢圖中出現(xiàn)跳變,隨后的幾個月里又出現(xiàn)多次跳變現(xiàn)象,此測點流量低報警與內(nèi)冷水壓力低相與后延時30秒進(jìn)行發(fā)電機斷水保護。原因分析：對變送器測量內(nèi)外回路進(jìn)行了全面檢查,期間在機柜側(cè)安裝信號監(jiān)視錄波儀,并按下圖1使用備用通道對信號進(jìn)行并行監(jiān)視。同時先后采取了更換變送器、信號電纜,檢查沖洗取樣管路,更換DCS系統(tǒng)測量通道,均未解決問題。

排除變送器、取樣管路、信號電纜、系統(tǒng)軟硬件存在問題的可能。唯一沒有檢查更換的只有流量孔板。故障處理：訂購新的流量孔板,利用檢修機會進(jìn)行更換。檢查拆下的舊孔板發(fā)現(xiàn)取壓室已銹蝕嚴(yán)重。更換孔板后內(nèi)冷水流量測點跳變現(xiàn)象消失。

2.5 DCS系統(tǒng)AGC指令信號跳變

故障現(xiàn)象：遠(yuǎn)動至DCS系統(tǒng)AGC(自動發(fā)電控制)信號連續(xù)跳變,AGC無法投入運行。原因分析：網(wǎng)調(diào)遠(yuǎn)動AGC信號至DCS為4-20mA模擬信號,用萬用表測量4-20mA輸入信號,未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)對信號回路進(jìn)行分析,DCS系統(tǒng)4-20mA輸入通道的24V供電采用負(fù)端接地的方式,遠(yuǎn)動AGC輸出的4-20mA信號同樣使用負(fù)端接地方式,從而是測量回路在輸入輸出兩側(cè)形成地電勢差,導(dǎo)致測點跳變。故障處理：在DCS信號輸入端加裝4-20mA信號隔離器,消除信號回路兩點接地,AGC信號跳變消失。

2.6 汽機瓦振測點信號跳變

故障現(xiàn)象：#1機TSI系統(tǒng)#7瓦(發(fā)電機側(cè))經(jīng)常出現(xiàn)信號跳變現(xiàn)象。原因分析：使用示波器對就地傳感器輸出信號進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)存在較強的干擾信號?？紤]瓦振探頭采用螺紋連接直接安裝在發(fā)電機端蓋上,發(fā)電機內(nèi)部電磁干擾信號在端蓋上的感應(yīng)電勢通過探頭與汽機殼體的金屬連接影響了瓦振探頭內(nèi)部測量電路的正常工作。故障處理：在探頭和端蓋之間安裝絕緣樹脂底座將探頭和端蓋進(jìn)行絕緣隔離后,跳變現(xiàn)象消失。

2.7 閉式循環(huán)水溫度測點跳變

故障現(xiàn)象：#2機循環(huán)水母管溫度測點出現(xiàn)頻繁跳變。原因分析：循環(huán)水母管溫度測點信號回路電纜首先由就地溫度元件轉(zhuǎn)接到就地中間接線盒,再由中間接線盒通過多芯屏蔽電纜送到DCS接線柜。檢查接地溫度元件無問題,在中間接線盒處解線測量,發(fā)現(xiàn)元件側(cè)回路阻值跳變,信號線對地有交流電壓信號。檢查發(fā)現(xiàn)此段電纜為非屏蔽電纜,干擾原因應(yīng)該是受到槽架內(nèi)其它電纜的電磁干擾。故障處理：將熱電阻至中間接線盒的電纜更換為屏蔽電纜,并將其一端接地,處理后測點恢復(fù)正常。

2.8 凝結(jié)水泵線圈溫度測點信號跳變

故障現(xiàn)象：#3機組凝結(jié)水泵線圈溫度第7點在泵運行期間信號溫度顯示錯誤。原因分析：就地測量線圈溫度熱電阻阻值正常,用示波器檢查發(fā)現(xiàn)電阻測量信號耦合有交流干擾信號。故障處理：由于線圈測溫電阻預(yù)埋在凝結(jié)水泵電機線圈內(nèi)部,無法對元件引線進(jìn)行電磁屏蔽檢查處理。為消除干擾,選擇合適的電容對干擾信號進(jìn)行濾波后,用示波器觀察干擾信號基本消除,測點恢復(fù)正常。

2.9 DCS系統(tǒng)單回路自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁退出自動現(xiàn)象

故障現(xiàn)象：#2機組檢修結(jié)束投入運行后,發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)中多個單回路自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)在自動調(diào)節(jié)過程中經(jīng)常出現(xiàn)沒有自動跳閘條件和手動退出指令的情況下跳到手動狀態(tài)。原因分析：首先在歷史站做相關(guān)自動跳閘條件的趨勢分析,未發(fā)現(xiàn)異常;所有自動退出的跳變都集中在同一個控制器中,本控制器小修進(jìn)行了控制邏輯修改和編譯下裝,懷疑控制器編譯下裝中存在問題,因此對控制器進(jìn)行重新進(jìn)行編譯下裝發(fā)現(xiàn)重新編譯下裝后不但沒有解決問題,跳變點又有增加,切換到備用控制器工作,故障依舊;更換控制器并聘請DCS廠家技術(shù)人員幫助檢查控制器設(shè)置和組態(tài)均未發(fā)現(xiàn)問題;此型DCS系統(tǒng)自動投切條件及信號保持是由操作員站按1秒周期連續(xù)發(fā)送到DPU的信號來維持的,一旦信號傳輸出現(xiàn)一次錯誤就可能會造成誤動,但考慮信號跳變主要出現(xiàn)在固定的幾個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)上,且都在同一控制器上,可能還是由于控制器內(nèi)部通信管理存在問題。故障處理：此故障比較特殊,廠家技術(shù)人員也未能查出具體原因,機組運行期間很難進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究測試,考慮到此型DCS系統(tǒng)已列入升級改造計劃,因此決定采用在跳自動邏輯輸出端增加延時的辦法來避開瞬間的信號變化,增加2秒延時后故障消失。

2.10 給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)執(zhí)行器指令信號跳變

故障現(xiàn)象：給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)執(zhí)行器運行中頻繁出現(xiàn)自開現(xiàn)象。原因分析：#3機組給水泵執(zhí)行器為美國利米托克UE3執(zhí)行器,運行中頻繁出現(xiàn)自開和擺動,初始認(rèn)為是閥門板卡存在問題,先后多次更換控制板、電源板,更換后一般能恢復(fù)正常,但很快故障重現(xiàn),后用示波器監(jiān)視閥門4-20mA直流指令信號中疊加有明顯的隨機交流干擾信號,造成閥門指令波動。故障處理：在就地接線盒指令信號端子上加裝阻容濾波消除干擾信號后,故障消除。

2.11 給水流量測點跳變

故障現(xiàn)象：#5機組啟動時發(fā)現(xiàn)給水流量測點顯示反復(fù)波動。原因分析處理：查看近期趨勢變化,發(fā)現(xiàn)測量數(shù)值是幾天前逐漸下降的,端子柜測量信號數(shù)值與顯示相符。就地檢查發(fā)現(xiàn)變送器內(nèi)部端蓋內(nèi)存在積水,分析原因是由于檢修期間汽機6米平臺排放的積水沿電纜槽流入0米變送器線槽,又沿變送器信號線蛇皮管流入變送器內(nèi)部,造成內(nèi)部接線端子間短路,引起信號輸出波動。故障處理：將變送器內(nèi)部積水排放后,故障消除。為防止此類故障再次發(fā)生,將變送器蛇皮管入口進(jìn)行密封,線槽下部開孔以避免線槽內(nèi)積水。

3 結(jié)語

DCS測點跳變原因較多,既可能是設(shè)備原因也可能是干擾問題,根據(jù)以上實例可以看出,有多個信號跳變時,應(yīng)重點核查與之相關(guān)的系統(tǒng)故障因素,當(dāng)單一信號跳變時重點檢查此信號回路的元器件、工作環(huán)境、安裝方式、線纜屏蔽、接地、以及是否存在干擾源等。在平時的檢修維護時注意檢查設(shè)備是否存在以上提到的可能引起信號跳變的各種隱患。只要我們清楚的了解跳變產(chǎn)生的各種原理和故障特點,充分利用好示波器、波形記錄儀等記錄分析儀器,就能較為快速的進(jìn)行問題定位并有針對性的提出解決辦法。希望本文的實例能為解決DCS測點跳變問題的處理提供一點有益的思路。

胡文勝(1969,5,17),男,工程師,主要從事電廠熱控和信息化工作。