基于maxCHD的冷端溫度補償偏差分析與研究

徐龍魏 陳海文 許天驕 黃月麗 湯可人

（1.華電浙江龍游熱電有限公司，浙江衢州 324400；2.南京國電南自維美德自動化有限公司，江蘇南京 210032）

0 引言

華電浙江龍游熱電有限公司2號燃機采用Mark VIe系統(tǒng)，2021年控制系統(tǒng)進行國產(chǎn)化改造，將GE的Mark VIe系統(tǒng)改為南自維美德的maxCHDTCS系統(tǒng)。TCS系統(tǒng)采用的溫度卡件為全國產(chǎn)元器件八通道熱電偶信號測量卡件（iD S01-TC.E），卡件自身具有環(huán)境溫度補償功能，理論上模件自身的補償溫度應(yīng)與此卡上面的所有熱電偶元件的冷端溫度一致，才能保證熱電偶信號的正確冷端補償。然而，在國產(chǎn)化改造后，熱電偶卡件的溫度測量與原系統(tǒng)相比出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重影響對機組運行狀態(tài)的判斷。經(jīng)過對熱電偶元件及補償溫度的反復(fù)試驗與研究，發(fā)現(xiàn)了造成問題的主要原因，并結(jié)合實際提出了針對性解決措施。

1 現(xiàn)狀介紹

2號燃機國產(chǎn)化后，對2號燃機改造前后的參數(shù)進行統(tǒng)計及對比發(fā)現(xiàn)：

（1）TCS改造前，2號燃機前置模塊天然氣溫度比1號燃機前置模塊天然氣溫度平均高0.53 ℃；TCS改造后，2號燃機前置模塊天然氣溫度均值比1號燃機低3.78 ℃。

（2）TCS改造前，2號余爐進口左側(cè)煙溫比1號余爐進口左側(cè)煙溫高約2.22 ℃，2號余爐進口右側(cè)煙溫比1號余爐進口右側(cè)煙溫高約0.88 ℃；TCS改造后（燃料配比83），2號余爐進口左側(cè)煙溫比1號余爐進口左側(cè)煙溫低約3.83 ℃，2號余爐進口右側(cè)煙溫比1號余爐進口右側(cè)煙溫低約3.15 ℃。

由這兩個現(xiàn)象可以看出，2號燃機的溫度測量值在改造前后有明顯的變化，這個差異會直接影響機組的運行狀態(tài)及保護的溫度定值。

2 原因分析

根據(jù)熱電偶卡件補償溫度原理，每塊卡件的補償溫度與此卡上面的所有熱電偶元件的冷端溫度一致，然而，現(xiàn)場實際情況是每塊卡件的第五通道接出一支感溫元件作為補償溫度，如圖1所示，并無法體現(xiàn)整塊卡中每個測量通道的冷端溫度。

圖1 冷端溫度感溫元件

2.1 機柜內(nèi)部冷端溫度異常的試驗與分析

將元件直接插入冰水混合物，另一端直接接入卡件，測量卡件顯示溫度。冰水混合物的溫度在0～4 ℃，若測得溫度低于這個范圍則補償溫度偏低，若高于這個范圍則補償溫度偏高[1]。測量結(jié)果如表1所示。

表1 冰水混合物下2號燃機TC 溫度卡件補償溫度對比情況

由測量結(jié)果可知，TC 溫度卡件在冰水混合物下測量結(jié)果明顯偏低，比標(biāo)準(zhǔn)偏低1.28 ℃左右，可知卡件的補償溫度偏低。

2.2 冷端補償引起測點溫度偏低的原因

熱電偶溫度卡件的熱電勢與溫度計算方法[2-3]：

（1）在冷端溫度不為0時，產(chǎn)生的熱電勢為：

式中：E（t，t0）是冷端為t0、熱端為t時的熱電勢，也就是端子板上的實測值；E（t0，0）是冷端為0、熱端為t0時的熱電勢，也就是冷端補償值。

（2）因此TCS 最后顯示數(shù)值=補償溫度折算的E（t0，0）+端子上實測的E（t，t0），所得的mV值為熱電勢E（t，0）。

（3）正常情況下，當(dāng)冷端補償溫度升高時，端子上的熱電勢會降低，因此實際所測得的溫度數(shù)值不會產(chǎn)生波動。但是TCS系統(tǒng)的熱電偶并非如此，由于其冷端感溫元件裸露在接線端子附近的空氣中，補償溫度是卡件附近的空間溫度，受氣流影響較大，并不能反映每個端子的實際冷端補償溫度，所以采集的溫度與補償電纜所接的端子冷端溫度存在誤差，導(dǎo)致實際測量有誤差[4]。

2.3 TCS 系統(tǒng)與Mark VIe系統(tǒng)測量誤差

使用我廠Mark VIe系統(tǒng)的測溫卡件，采用冰水混合物法進行測量，結(jié)果如表2所示；同時，對比某廠使用的Mark VIe系統(tǒng)的測溫卡件，運用3種不同的測量方法，測量結(jié)果如表3所示。

表2 我廠Mark VIe系統(tǒng)測溫卡件冰水混合物測量比對記錄

表3 某廠測溫卡件結(jié)果

由此測量結(jié)果可知，Mark VIe系統(tǒng)的TC 溫度卡件補償溫度普遍偏高，偏差約+1.48 ℃；而由前面TC 溫度卡件測量結(jié)果可知，TC 溫度卡件的測量結(jié)果比實際溫度偏低，兩者之間的差值需要進行優(yōu)化及修正。

3 優(yōu)化方案

從原因分析的結(jié)果來看，TC 溫度卡件測量的偏差主要是由于端子排與冷端溫度感溫元件不在同一個溫場下，才會產(chǎn)生測量偏差。和DCS廠家溝通后，有以下兩種解決方案可以優(yōu)化：

方案1：在現(xiàn)有情況下，可以將冷端感溫元件放到接線端子內(nèi)，并用螺絲緊固，使得感溫元件與端子排直接接觸，如圖2所示，此方法更能直接反映端子處的冷端補償溫度，減少因補償溫度造成的測量偏差。

圖2 冷端感溫元件調(diào)整后位置

方案2：DCS廠家將冷端感溫元件焊接到PCB 上，然后通過塑料套管進行塑封，如圖3所示，此方法不僅可以防止溫度元件管腳損壞，而且可以規(guī)避風(fēng)速流動等因素的影響，減少補償溫度造成的測量偏差。

圖3 塑封后的冷端感溫元件

4 優(yōu)化后結(jié)果

基于方案1的優(yōu)化試驗，統(tǒng)計了補償溫度元件調(diào)整前后的溫度對比，如表4所示。

表4 補償元件位置調(diào)整前后測量溫度對比

通過比較結(jié)果可知，冷端感溫元件調(diào)整后，補償溫度均值升高1.36 ℃，查閱燃?xì)馊肟跍囟?、2、3，調(diào)整后溫度均值提高約1.5 ℃，三點間溫差更小，調(diào)整后的溫度穩(wěn)定性更好。

針對方案2，為保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，試驗采用兩個塑封后的溫度元件分別與方案1作對比，試驗結(jié)果如圖4所示。U 205D 12是采取方案1優(yōu)化后的溫度趨勢曲線，U 205D 21和U 205D 22是采用塑封后冷端感溫元件的溫度趨勢曲線，U 205D 12在中間，U 205D 21在U 205D 12下側(cè)，U 205D 22在U 205D 12上側(cè)。

圖4 兩種方案的趨勢對比

通過比較結(jié)果可知，三種趨勢曲線基本一致，平均誤差在0.3 ℃（安裝位置不一樣引起的），塑封后的感溫元件測量結(jié)果近似等于方案1，后續(xù)廠家將采用改進后的冷端感溫元件進行溫度補償。

5 結(jié)語

熱電偶的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性對于熱電廠來說至關(guān)重要，沒有一個準(zhǔn)確的溫度測量就無法判斷機組的運行狀態(tài)，而冷端溫度的補償也決定著熱電偶的準(zhǔn)確度。本文的冷端溫度分析方法及優(yōu)化方案可以作為其他廠的借鑒，也可以通過調(diào)研其他廠的冷端補償溫度設(shè)計方案，來從根本上解決測量偏差的問題。