秦一廠循泵熱電阻溫度信號(hào)異常波動(dòng)原因分析及處理

陳奕然

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 維修一處，浙江 海鹽 314300）

在電力生產(chǎn)熱工控制領(lǐng)域中，溫度測(cè)量是不可或缺的一環(huán)。這些溫度參數(shù)涉及聯(lián)鎖、保護(hù)或作為監(jiān)視信號(hào)，在機(jī)組安全運(yùn)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(cè)器，它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定。因此，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，在秦一廠有許多使用熱電阻溫度計(jì)測(cè)溫的實(shí)例。溫度產(chǎn)生波動(dòng)會(huì)影響運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組運(yùn)行情況的監(jiān)視，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成影響。針對(duì)秦一廠30 萬(wàn)機(jī)組海水廠房DCS 改造后，循泵溫度測(cè)量出現(xiàn)異常波動(dòng)為背景，詳細(xì)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(yīng)對(duì)類(lèi)似故障時(shí)參考。

1 故障背景與檢查

圖1 1#循泵定子線圈溫度TE260115溫度波動(dòng)曲線Fig.1 Temperature fluctuation curve of no.1 stator coil temperature TE260115

2018 年7 月9 日，秦一廠30 萬(wàn)機(jī)組運(yùn)行人員報(bào)缺陷1#循環(huán)水泵電機(jī) TE260115、TE260116（1#循環(huán)水泵定子線圈溫度）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(nèi)溫度趨勢(shì)圖發(fā)現(xiàn)，溫度波動(dòng)持續(xù)了較長(zhǎng)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(cè)點(diǎn)在同一時(shí)間都無(wú)波動(dòng)，趨勢(shì)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(bào)警，影響運(yùn)行人員監(jiān)視，所以?xún)x控人員立即對(duì)熱電阻元件、DCS 機(jī)柜卡件、就地接線端子箱、DCS 機(jī)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(cè)量上，經(jīng)常使用熱電阻。熱電阻的本體安裝在廠房現(xiàn)場(chǎng)中，而信號(hào)處理常常在距離現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)的控制室內(nèi)，這兩者之間的距離較遠(yuǎn)，如果僅用兩根導(dǎo)線傳輸，導(dǎo)線本身的阻值與熱電阻的阻值串聯(lián)在一起會(huì)造成測(cè)量值的偏大，并且導(dǎo)線自身阻值產(chǎn)生的誤差很難修正，因?yàn)閷?dǎo)線的阻值是隨著導(dǎo)線沿途的環(huán)境溫度變化的，環(huán)境溫度會(huì)隨著實(shí)際情況變化。因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，多使用三線制溫度熱電阻[1]。秦一廠海水廠房循泵測(cè)溫也使用的是三線制的熱電阻。

三線制電路中，當(dāng)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(hào)右邊含有r 的兩項(xiàng)完全消去，就和r=0 時(shí)電橋平衡公式完全一樣了。這種情況下，導(dǎo)線電阻r 對(duì)熱電阻的測(cè)量毫無(wú)影響。

循泵溫度現(xiàn)場(chǎng)接線如圖3 所示。鉑電阻溫度計(jì)從測(cè)量側(cè)接出3 根導(dǎo)線，其中兩根從同一接點(diǎn)接出，第3 根從另一接點(diǎn)單獨(dú)接出。在實(shí)際的運(yùn)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?yàn)闊犭娮鐲 的焊接絲在振動(dòng)或老化的影響下，出現(xiàn)了焊點(diǎn)松動(dòng)甚至脫落的情況，這會(huì)導(dǎo)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(cè)量產(chǎn)生波動(dòng)[2]。

儀控人員在循泵側(cè)面的接線盒內(nèi)端子排上測(cè)量就地元件的電阻值，發(fā)現(xiàn)阻值穩(wěn)定未見(jiàn)波動(dòng)。

1.2 DCS機(jī)柜卡件的檢查

圖2 三線制熱電阻原理圖Fig.2 Three-wire thermistor schematic diagram

圖3 三線制熱電阻的常規(guī)接法Fig.3 Conventional connection of three wire heating resistance

目前，海水廠房采用浙江中控的DCS 系統(tǒng)。在R18 大修中進(jìn)行數(shù)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(xiàn)故障的可能性較小，同時(shí)卡件上的其他溫度信號(hào)趨勢(shì)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，則加入固定電阻，DCS 趨勢(shì)圖中也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，但經(jīng)觀察DCS 畫(huà)面也未見(jiàn)波動(dòng)。

1.3 就地接線端子箱

循泵溫度信號(hào)從電機(jī)側(cè)面的接線盒引出后進(jìn)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(hào)波動(dòng)。接線端子上如果有氧化現(xiàn)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(fù)跳躍。儀控人員為了排除故障可能性，對(duì)端子箱內(nèi)所有端子進(jìn)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(dòng)的情況。

1.4 接地檢查

接地分為保護(hù)接地和儀表接地。保護(hù)接地是將系統(tǒng)中平時(shí)不帶電的金屬部分（比如機(jī)柜等）與地用導(dǎo)線進(jìn)行連接。一般情況下，這些金屬外殼是不帶電的，但在設(shè)備故障時(shí)，設(shè)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(shì)差，對(duì)人身以及設(shè)備會(huì)造成傷害。而儀表接地是為了使信號(hào)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(hào)對(duì)設(shè)備內(nèi)部電路信號(hào)產(chǎn)生影響。

接地不良有可能會(huì)造成信號(hào)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(xiàn)一個(gè)以上的地點(diǎn)就會(huì)形成回路，使儀表引入干擾，所以同一信號(hào)回路，同一屏蔽層或排擾線只能有一個(gè)接地點(diǎn)，除了既定接地以外，其他部位應(yīng)與一切金屬構(gòu)成絕緣。根據(jù)以上原則，儀控人員對(duì)溫度回路進(jìn)行接地檢查，發(fā)現(xiàn)DCS 側(cè)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(jié)果。儀控人員將DCS 的趨勢(shì)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(dòng)的時(shí)間不規(guī)律。經(jīng)與其他幾臺(tái)循泵對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其他循泵在定子溫度線圈的15、16 溫度測(cè)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(shè)備的啟停相關(guān)。儀控人員經(jīng)啟停大功率設(shè)備后觀察到行車(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(xiàn)在電纜間內(nèi)，有一段行車(chē)動(dòng)力電纜與循泵溫度測(cè)量電纜未分開(kāi)，懷疑是因?yàn)殡娎|路徑問(wèn)題導(dǎo)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(yàn)證，在地面拉一段臨時(shí)電纜從就地轉(zhuǎn)接箱到DCS 機(jī)柜，再啟動(dòng)行車(chē)，發(fā)現(xiàn)溫度信號(hào)穩(wěn)定。

綜上所述，確認(rèn)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(tǒng)無(wú)法完全濾除干擾信號(hào)，導(dǎo)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(jī)產(chǎn)生，往往在檢查故障的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)都沒(méi)有問(wèn)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(hào)波動(dòng)問(wèn)題處理

2.1 對(duì)動(dòng)力電纜外加裝屏蔽層

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，行車(chē)動(dòng)力電纜與循泵溫度信號(hào)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(dòng)力電纜和信號(hào)電纜分開(kāi)，而且涉及到波動(dòng)的電纜數(shù)較多，拆除接線重新布線的風(fēng)險(xiǎn)也較高，很難創(chuàng)造條件重新鋪設(shè)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(xiàng)工作完成后，發(fā)現(xiàn)循泵的定子線圈溫度15、16點(diǎn)仍然會(huì)隨著行車(chē)的啟動(dòng)而波動(dòng)。因?yàn)檠脺囟刃盘?hào)線的一段電纜橋架經(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(nèi)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

圖4 加裝屏蔽的動(dòng)力電纜Fig.4 Add shielded power cable

濾波電容的電路原理較簡(jiǎn)單，當(dāng)輸入脈動(dòng)電壓高于濾波電容兩端電壓時(shí)就對(duì)電容充電，而當(dāng)輸入脈動(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(dān)對(duì)負(fù)載提供電量的責(zé)任，補(bǔ)償了輸入脈動(dòng)電壓的下降趨勢(shì)，從而達(dá)到降低脈動(dòng)電壓的脈動(dòng)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(jìn)行試驗(yàn)后，最終選用容量63uF、耐壓250V 的電容， 經(jīng)一段時(shí)間的觀察發(fā)現(xiàn)，溫度趨勢(shì)穩(wěn)定。但這種方法并未從根本上解決問(wèn)題，并且會(huì)導(dǎo)致溫度波動(dòng)反應(yīng)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(yùn)，維修人員對(duì)6 臺(tái)循泵的溫度電纜進(jìn)行梳理。從DCS 柜側(cè)拆除，拆除過(guò)程中發(fā)現(xiàn)受電磁干擾的信號(hào)有一個(gè)共同點(diǎn)。施工期間信號(hào)電纜使用的是規(guī)格為10×1.0 的電纜，每一個(gè)溫度信號(hào)需要三芯線，受干擾的溫度信號(hào)的3 根芯線并沒(méi)有使用同一根電纜內(nèi)的內(nèi)芯。當(dāng)使用同一根電纜內(nèi)的三芯線時(shí)，減少了磁通面積，線芯的間距越小，磁通面積也越??；另外，兩根芯線內(nèi)的磁通方向相反，有效抑制磁通對(duì)信號(hào)的干擾。但是若同一信號(hào)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(wú)法互相抵消，因此雖然與其他信號(hào)線的敷設(shè)路徑一致，但卻無(wú)法抑制大功率電氣信號(hào)的干擾。儀控人員將這些信號(hào)重新敷設(shè)電纜，并進(jìn)行試驗(yàn)，啟動(dòng)行車(chē)并使吊臂多方向移動(dòng)，觀察溫度信號(hào)的趨勢(shì)。

3 提高熱控系統(tǒng)抗干擾能力的措施

圖5 整治后溫度信號(hào)平穩(wěn)Fig.5 Stable temperature signal after renovating

在核電廠，由于廠房布置較緊密，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)又很多，除了儀控的小功率信號(hào)以外還有電氣等很多大功率的信號(hào)。這些電纜路徑有重合的部分，就導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)存在嚴(yán)重的電磁干擾環(huán)境。儀控信號(hào)，如溫度、流量、壓力等模擬信號(hào)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(hào)，導(dǎo)致這些信號(hào)波動(dòng)，并誤發(fā)報(bào)警信號(hào)，影響主控人員對(duì)電廠參數(shù)的監(jiān)視，降低了設(shè)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(jié)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(duì)于有單點(diǎn)接地要求的系統(tǒng)，要仔細(xì)檢查信號(hào)電纜的屏蔽層。拆除電纜屏蔽與接地之間的連接后，測(cè)量電纜屏蔽線和接地之間的絕緣電阻，測(cè)量值需大于電纜絕緣電阻允許值，恢復(fù)接線后，測(cè)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(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(hào)與電氣信號(hào)應(yīng)分開(kāi)兩個(gè)橋架，并加裝蓋板。對(duì)于穿墻間隔較近的情況，可以將導(dǎo)線穿在鐵管或其他金屬屏蔽物內(nèi)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。

使用雙絞線傳輸，磁通方向相反，有效地抑制了磁通對(duì)信號(hào)的干擾，所以雙絞線對(duì)電磁干擾有一定的抑制作用。在干擾嚴(yán)重區(qū)域，可采用總屏加分屏雙絞線。

3.3 改變信號(hào)傳送方式

比起電阻信號(hào)，DC4mA ～20mA 抗干擾能力非常強(qiáng)，可以在現(xiàn)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(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。這種做法，直接增強(qiáng)了信號(hào)的抗干擾能力，在一些現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)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(shè)備，同時(shí)也要修改控制器的輸入。

3.4 加裝防浪涌保護(hù)器

為防止露天設(shè)備易受雷擊損壞，應(yīng)在露天安裝的變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備上加裝防浪涌保護(hù)器，或在輸入信號(hào)上加裝熱敏電阻等元件，給雷擊電流提供泄放通道[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度監(jiān)測(cè)器，它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。因此，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。在秦一廠有許多使用熱電阻溫度計(jì)測(cè)溫的實(shí)例，溫度產(chǎn)生波動(dòng)會(huì)影響運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組運(yùn)行情況的監(jiān)視，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成影響。因此，研究電廠中熱電阻溫度測(cè)量產(chǎn)生波動(dòng)的原因有極大的現(xiàn)實(shí)意義。本文是對(duì)干擾引起溫度信號(hào)波動(dòng)案例的分析查找并提出了抗干擾措施，希望可以對(duì)同行有一定的幫助。