某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)模擬量信號(hào)測(cè)量故障分析

魏昌淼，戴日輝，胡旭偉

(1. 中國(guó)船舶集團(tuán)公司第七〇三研究所無(wú)錫分部，江蘇 無(wú)錫 214151；2. 海裝駐哈爾濱地區(qū)第三軍事代表室，哈爾濱 150078)

燃?xì)廨啓C(jī)具有良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、較高的熱效率、緊湊的結(jié)構(gòu)布局、良好的可靠度與長(zhǎng)久的使用壽命等優(yōu)勢(shì)，目前廣泛應(yīng)用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、機(jī)車(chē)動(dòng)力、冶金等領(lǐng)域[1-3]。隨著燃?xì)廨啓C(jī)的廣泛應(yīng)用，控制方式也經(jīng)歷了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中模擬量邏輯控制廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)控制領(lǐng)域[4]。本文針對(duì)的某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)采用模擬量及開(kāi)關(guān)量?jī)煞矫娴目刂啤Ｆ渲心M量控制主要涉及燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速、燃?xì)廨啓C(jī)各壓力信號(hào)、電流及液位信號(hào)、燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度信號(hào)、燃?xì)廨啓C(jī)燃油滑油及空氣溫度，各測(cè)量的模擬量直接參與燃?xì)廨啓C(jī)控制邏輯，模擬量測(cè)量的異常會(huì)直接導(dǎo)致控制系統(tǒng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)判斷出現(xiàn)誤差，從而造成燃?xì)廨啓C(jī)降工況甚至停機(jī)。如滑油進(jìn)口溫度高觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)降工況，嚴(yán)重影響燃?xì)廨啓C(jī)的安全運(yùn)行。本文從某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)各模擬量信號(hào)測(cè)量原理出發(fā)，結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行發(fā)生的典型故障，總結(jié)出模擬量信號(hào)故障的排查措施。

1 某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)模擬量信號(hào)測(cè)量組成及工作原理

燃?xì)廨啓C(jī)作為一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，工作時(shí)需要大量滑油潤(rùn)滑，在運(yùn)行過(guò)程中，需要密切關(guān)注進(jìn)口滑油溫度及各軸承點(diǎn)滑油回油溫度。當(dāng)滑油溫度反饋超限時(shí)，會(huì)觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)降空載工況保護(hù)邏輯；當(dāng)滑油壓力較低時(shí)，將會(huì)觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)降空載保護(hù)及停機(jī)控制邏輯。渦輪后燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度作為判斷燃燒溫度場(chǎng)狀況的主要指標(biāo)，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度偏差較大時(shí)，會(huì)觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)降空載工況保護(hù)邏輯。轉(zhuǎn)速是燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過(guò)程中需密切關(guān)注的核心參數(shù)之一，參與燃?xì)廨啓C(jī)多個(gè)降工況保護(hù)及故障停機(jī)保護(hù)控制邏輯。

燃?xì)廨啓C(jī)各溫度、壓力、轉(zhuǎn)速測(cè)量故障都可能引起測(cè)量反饋信號(hào)的不準(zhǔn)確，進(jìn)而導(dǎo)致控制系統(tǒng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)判斷出現(xiàn)偏差，進(jìn)而嚴(yán)重影響燃?xì)廨啓C(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的主要模擬量信號(hào)測(cè)量組成如表1所示。燃?xì)廨啓C(jī)控制信號(hào)較多，如果將這些大量、分散、排列雜亂的信號(hào)和電源直接接入空間狹小的控制柜中，難以安裝、接線、檢查和維修，并且容易發(fā)生故障。在控制系統(tǒng)中設(shè)置中間轉(zhuǎn)接箱，可以把所有接線統(tǒng)一進(jìn)行合理的組織、排序和分配，然后分別接至控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及各個(gè)控制設(shè)備中。中間轉(zhuǎn)接箱將分散的信號(hào)電纜集中后分類(lèi)整理、統(tǒng)一排序、統(tǒng)一轉(zhuǎn)接，為信號(hào)器集中供電，為線路調(diào)試和信號(hào)校驗(yàn)提供便利條件。燃?xì)廨啓C(jī)模擬量測(cè)量原理如圖1所示。

表1 模擬量信號(hào)測(cè)量

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)模擬量測(cè)量原理

2 某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)模擬量信號(hào)測(cè)量故障案例

本文針對(duì)的某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，模擬量信號(hào)測(cè)量出現(xiàn)多次故障，例如燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度測(cè)量異常故障、轉(zhuǎn)速測(cè)量波動(dòng)故障、壓力測(cè)量異常故障、滑油進(jìn)出口溫度測(cè)量故障。本文總結(jié)典型的模擬量信號(hào)測(cè)量故障案例如下文所述。

2.1 熱電偶信號(hào)測(cè)量故障案例

某臺(tái)該型燃?xì)廨啓C(jī)連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月左右，在滿工況時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)面板突發(fā)“燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度偏差故障”報(bào)警，當(dāng)某一支燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度熱電偶與所有熱電偶平均燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度測(cè)量偏差大于150 ℃時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出排氣溫度偏差故障報(bào)警。

根據(jù)運(yùn)行規(guī)范,燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度出現(xiàn)測(cè)量故障時(shí)，應(yīng)排除故障后再繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行人員按下燃?xì)廨啓C(jī)降空載按鈕，隨后正常停機(jī)，調(diào)取歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度熱電偶5測(cè)量溫度出現(xiàn)波動(dòng)如圖2所示，這是一起燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度測(cè)量故障直接迫使該型燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)的故障。

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度熱電偶5測(cè)量故障

2.1.1 熱電偶信號(hào)測(cè)量故障處置

根據(jù)熱電偶工作原理及燃?xì)廨啓C(jī)模擬量測(cè)量原理(見(jiàn)圖1)，上述燃?xì)廨啓C(jī)降工況停機(jī)后，進(jìn)行以下檢查及分析：

(1) 在中間轉(zhuǎn)接箱熱電偶變送器處，斷開(kāi)熱電偶連接器與熱電偶變送器的接線，利用熱電偶標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器向熱電偶變送器輸入電勢(shì)信號(hào)，通過(guò)熱電偶模擬電勢(shì)信號(hào)的輸入，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)熱電偶5溫度顯示值與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是對(duì)應(yīng)的，且在整個(gè)溫度測(cè)量范圍均無(wú)波動(dòng)，此時(shí)排除中間轉(zhuǎn)接箱到燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故障。

(2) 通過(guò)對(duì)熱電偶電連接器與熱電偶變送器接線通斷檢查，檢查未見(jiàn)異常。

(3) 通過(guò)以上排查,運(yùn)行人員判斷該溫度測(cè)量故障可能為熱電偶自身故障引起。拆檢熱電偶5，檢查發(fā)現(xiàn)熱電偶一端的的感應(yīng)輸出線路接線端子斷裂，更換該熱電偶，后續(xù)運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī),排氣溫度測(cè)量正常，至此故障排除。

由此可歸納為這是一起熱電偶自身線路故障致使燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度測(cè)量異常，迫使燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)的故障。

2.2 轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量故障案例

該型某臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)按計(jì)劃起動(dòng)，燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)后順利進(jìn)入空載工況，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)面板顯示動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速Ⅰ正常，動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速Ⅱ出現(xiàn)異常，如圖3所示，隨后運(yùn)行人員停止燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行。

圖3 動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速測(cè)量故障

燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，通過(guò)感應(yīng)產(chǎn)生的交流電壓，轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號(hào)為正弦波信號(hào)。根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器工作原理及燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量原理(見(jiàn)圖1)，上述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)故障后，進(jìn)行以下檢查及分析：

(1) 在中間轉(zhuǎn)接箱轉(zhuǎn)速傳感器接線端子處，斷開(kāi)轉(zhuǎn)速傳感器電連接器與轉(zhuǎn)速傳感器接線端子的連線，利用發(fā)生器向轉(zhuǎn)速傳感器輸入頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速Ⅱ顯示值與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是對(duì)應(yīng)的，且在整個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍均無(wú)波動(dòng)，此時(shí)排除中間轉(zhuǎn)接箱到燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故障。

(2) 通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器電連接器與轉(zhuǎn)速傳感器接線端子接線通斷檢查，檢查未見(jiàn)異常。

(3) 通過(guò)以上排查，運(yùn)行人員判斷該轉(zhuǎn)速測(cè)量故障可能為轉(zhuǎn)速傳感器自身故障引起。打開(kāi)轉(zhuǎn)速傳感器頂部保護(hù)蓋，檢查傳感器內(nèi)部接線，通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速Ⅱ內(nèi)部接線電阻，顯示電阻無(wú)窮大，判斷動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速傳感器Ⅱ內(nèi)部接線斷路。更換動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速傳感器Ⅱ，后續(xù)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速測(cè)量正常，至此故障排除。

由此可歸納為這是一起動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速傳感器自身線路斷路致使動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速測(cè)量異常，迫使燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)的故障。

3 模擬量信號(hào)測(cè)量故障排查及分析方法

模擬量信號(hào)測(cè)量故障往往迫使燃?xì)廨啓C(jī)降工況甚至停機(jī)，如何快速排除定位故障成為關(guān)鍵，結(jié)合各模擬量信號(hào)測(cè)量原理及對(duì)某工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)的模擬量信號(hào)測(cè)量典型故障進(jìn)行分析，總結(jié)出如下的模擬量故障排查及分析方法。

(1) 在中間轉(zhuǎn)接箱處，斷開(kāi)箱裝體燃?xì)廨啓C(jī)本體端模擬量測(cè)量元器件與中間轉(zhuǎn)接箱的信號(hào)線路，在中間轉(zhuǎn)接箱處利用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器向燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)輸入對(duì)應(yīng)的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如：①熱電偶溫度測(cè)量，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)mv電壓信號(hào)按照K型熱電偶分度值輸入至熱電偶變送器，隨后熱電偶變送器將輸入電勢(shì)信號(hào)以4～20 mA電流形式，送給燃?xì)廨啓C(jī)控制柜模擬量采集板進(jìn)行測(cè)量；②各壓力、液位等測(cè)量，將壓力變送器對(duì)應(yīng)的電阻信號(hào)輸入至壓力測(cè)量配電器，配電器將測(cè)得的4～20 mA電流信號(hào)經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換后送給燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)模擬量采集板進(jìn)行測(cè)量；③燃、滑油及空氣溫度等測(cè)量，將過(guò)程校準(zhǔn)器或電阻箱對(duì)應(yīng)的PT1000熱電阻溫度分度表對(duì)應(yīng)電阻值輸入至中間轉(zhuǎn)接箱的熱電阻接線端子，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)溫度采集板進(jìn)行信號(hào)采集；④轉(zhuǎn)速的測(cè)量，將頻率信號(hào)發(fā)生器輸入至中間轉(zhuǎn)接箱的轉(zhuǎn)速傳感器接線端子，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速采集板進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)以上標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)的輸入，觀察燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)模擬量顯示值與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是否對(duì)應(yīng)且穩(wěn)定。

(2) 如果控制系統(tǒng)識(shí)別中間轉(zhuǎn)接箱輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)不準(zhǔn)確，則排查中間轉(zhuǎn)接箱到燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)線路、模擬量采集板是否發(fā)生故障，可通過(guò)更換模擬量采集板進(jìn)行驗(yàn)證排故。

(3) 如果控制系統(tǒng)識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)準(zhǔn)確，則排除中間轉(zhuǎn)接箱到燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故障，應(yīng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)本體端模擬量測(cè)量元器件及元器件到中間轉(zhuǎn)接箱的信號(hào)線路進(jìn)行排查。常見(jiàn)的燃?xì)廨啓C(jī)本體模擬量測(cè)量元器件故障有：①熱電偶電極接線接觸不良、熱電偶電極絕緣破損引起的斷續(xù)短路或搭殼接地；②壓力變送器量程不對(duì)應(yīng)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞；③PT1000熱電阻內(nèi)部線路斷路、線路接頭松動(dòng)、絕緣值阻值低；④轉(zhuǎn)速傳感器安裝間隙不符合規(guī)范、轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)線圈的電阻值大線路斷路、轉(zhuǎn)速傳感器磁感應(yīng)頭失磁、轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)線圈輸出接線端子松動(dòng)等。

4 總結(jié)

某工業(yè)型燃?xì)廨喣M量信號(hào)測(cè)量故障包括熱電阻溫度測(cè)量故障、熱電偶溫度測(cè)量故障、壓力測(cè)量故障、轉(zhuǎn)速測(cè)量故障等，基于該型燃?xì)廨啓C(jī)模擬量測(cè)量原理，結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際運(yùn)行模擬量測(cè)量故障的處置案例，總結(jié)出各模擬量信號(hào)測(cè)量故障排查及分析方法?？偨Y(jié)的模擬量故障及排查方法通過(guò)分段排查，具有操作性強(qiáng)、簡(jiǎn)單、邏輯清晰、工程實(shí)用價(jià)值等特點(diǎn)，已幫助燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行人員快速有效處置了多起該型燃?xì)廨啓C(jī)模擬量信號(hào)測(cè)量故障，具有工程實(shí)踐適用價(jià)值，對(duì)維護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。