基于工程實例的電接點液位計故障分析

［關鍵詞］電接點液位計；Aquarian；故障診斷

電接點水位探頭是工業(yè)上常用的一種液位開關，其基本工作原理是基于水、空氣或水蒸氣導電率的巨大差異，對電極之間的等效電阻進行測量并與預設閾值進行比較來判斷電極是否被水淹沒。電接點液位計以其簡單可靠、顯示直觀、維護量小等特點，作為遠傳表計或聯(lián)鎖保護信號發(fā)信器廣泛應用于各種容器的水位測量。

1 國內某電廠電接點液位計使用現(xiàn)狀

某電廠使用的是Aquarian1000Plus電接點液位計，使用對象為4個高壓加熱器、3個低壓加熱器、除氧器，每個對象都在液位測量筒安裝了3個電接點液位計，分別測量液位低低、液位高高、液位高高高的情況，兩臺機組共計48個。電接點液位計作為開關量數(shù)據(jù)與變送器測量的模擬量數(shù)據(jù)組合構成DCS系統(tǒng)判斷是否因為高加液位高進行高加解列操作的控制邏輯，數(shù)據(jù)傳輸方式為硬接線。

2 液位計設備介紹

一套完整的Aquarian1000Plus系統(tǒng)配有控制輸出和內部系統(tǒng)故障監(jiān)測、指示和故障輸出，共兩個組成部分：①測量筒和電極，②檢測和運算電子單元。檢測和運算電子單元的電子系統(tǒng)連接到1～4個電極，電極可直接安裝到壓力容器或測量筒上。檢測和運算電子單元在水電導率低于0.5mΩ的情況下也能區(qū)分水和水蒸汽。

在Aquarian1000Plus系統(tǒng)中，所產生的是一個對稱方形波，周期為1s。這個信號輸入到每個檢測線路中，通過一個電阻，再到電極現(xiàn)場接線頭。當電極頂部浸在水中時，就完成了電流流向地線的一個通路，電流通過這個回路在電子模塊的參考電阻中產生了一個電壓差。電壓用放大器的“＋VE”輸來測量，并與同一放大器的“－VE”輸入固定值比較。當差值超過固定設定值時，放大器輸出一個表示有水的信號[3]。

3 液位計故障判斷與處理

在機組運行維護過程中發(fā)現(xiàn)，電接點液位計重復多次出現(xiàn)信號誤報或不報等異常現(xiàn)象，無法為運行人員提供準確的設備狀態(tài)判據(jù)。嚴重情況下，若電接點液位計信號誤報與模擬量信號故障同時觸發(fā)將導致高加誤解列，若液位計信號不報將導致邏輯拒動損壞現(xiàn)場設備。因此，如何在信號故障初期，高效判斷電接點液位計故障點位及原因并提出解決方案，對設備正常運行具有重要意義。

3.1 電極絕緣陶瓷破裂

電接點液位計為圓柱形，平行插入至測量筒內部，使用液位計自帶的金屬梯面進行自密封，再利用液位計自帶螺母進行鎖緊固定。兩處陶瓷將液位計分為3部分，位于測量筒內部的電極頂部絕緣陶瓷用于隔斷電流通路，當電極浸泡在水中時，回路導通，輸出有水信號。位于測量筒外部的絕緣陶瓷用于隔斷內外金屬本體，形成電流流通路徑。

當外部陶瓷因安裝不慎或運行過程中受到外部撞擊導致破碎時，絕緣失效，金屬本體導通，直接形成電流回路，表現(xiàn)在測點歷史趨勢為水位未到電接點液位計時信號觸發(fā)且一直不消失。當內部陶瓷因維護不當，如寒冷地區(qū)機組停機檢修后未及時放掉測量筒內部積水發(fā)生凍彎或凍裂時，同樣會導致回路接通，信號誤報。此類故障為液位計本體損壞，無法繼續(xù)實現(xiàn)監(jiān)測功能，解決方案為尋找合格施工人員嚴格按照廠家說明書進行安裝，加裝電極保護罩，設置警告標識，梳理現(xiàn)場設備數(shù)量提前采購備件。若受場地限制不得不將測量筒安裝至低溫處時，需使用加熱的保護罩保護測量筒，機組停運時應及時排水，安裝伴熱帶。

3.2 電極探頭污染

電接點液位計通過電極頂部陶瓷隔斷電流回路，當液位上漲淹沒電極探頭時，介質電導率變化形成通路，觸發(fā)報警。而基建安裝完成后、大修改造重新安裝后等系統(tǒng)水質臟，以及設備長期運行導致臟污沉積，電極頂部絕緣陶瓷部分被粘性臟物覆蓋導致絕緣失效，回路導通觸發(fā)信號。解決方案為使用清潔劑清理電極本體及絕緣部分，清理后使用干燥清潔的布擦拭干凈，并制訂定期檢查方案，關注系統(tǒng)運行水質情況。

3.3 電極接線氧化銅綠

電極探頭安裝位置為高溫換熱器測量筒，正常運行情況下溫度可達200～400℃。當長期暴露在高溫工作環(huán)境下時，銅電纜會發(fā)生氧化反應，在電纜表面生成一層氧化銅層，過高的溫度更會加速銅的氧化，使氧化層密度增加，阻礙電流在回路中的流動，極大地減弱了導電性能。即使液位已經超過液位計安裝位置，但回路因電纜處斷路無法形成通路，信號不發(fā)。解決方案為更換耐熱電纜，選用鍍錫或鍍銀的銅導線，拒絕使用非鎧裝銅導線，給電纜套裝隔熱保護套，制訂定期檢查計劃，開展巡檢并及時更換故障器件。

3.4 電極保護罩接地線松動

縱觀電流回路，兩處陶瓷將液位計分為3個金屬部分，中間金屬塊需通過鎖緊螺母與電極保護罩相接，現(xiàn)場端子盒通過電極接地線與電極蓋內的接地螺絲連接形成完整回路?；ò惭b階段粗糙或設備長期正常運行中的振動均可能導致螺絲松動或脫落，導致接觸不良，表現(xiàn)在測點歷史趨勢上為測點偶發(fā)性誤發(fā)或不發(fā)，動作時間無規(guī)律可言。解決方案為基建期間嚴格把控施工質量，一一落實現(xiàn)場設備接線檢查，制訂定期檢查方案。

3.5 電極電纜破皮接地

電極電纜長期處于高溫工作環(huán)境下，當電纜表面溫度過高時會引起碳化現(xiàn)象降低絕緣性能，嚴重情況下線纜絕緣層老化導致開裂，內部銅芯接地，回路短路導致信號誤發(fā)。正常運行時，電纜與保護罩接觸摩擦、接線處預留余線不足導致線纜彎折厲害均會加大電纜破損的概率，在實際工作中大部分電纜破皮接地位置均在電極保護罩與電纜連接處。現(xiàn)場檢查時可在確保相關控制邏輯保護已退出的前提下，通過搖晃線纜，觀察信號燈是否閃爍，快速定位線纜問題，缺陷處理完成后亦可使用相同方法驗證處理效果。解決方案為更換高溫電纜，在金屬外殼與線纜接觸處纏繞膠布減少磨損概率，保護罩與現(xiàn)場端子盒之間的電纜重新選型，選用耐高溫隔熱的保護套管，制訂定期檢查計劃，并在發(fā)現(xiàn)輕微碳化等現(xiàn)象時進行及時更換，避免情況進一步惡化。

3.6 電極探頭失效

電極探頭安裝在高溫換熱器測量筒內部，正常運行情況下溫度可達200～400℃。高溫環(huán)境下，金屬表面與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應，生成黑色氧化皮，黑色物質附著在金屬表面難以清除，可能造成電極探頭失效。解決方案為使用萬用表分別檢查探頭未浸泡在水里時的絕緣完好性及浸泡在水里時的導通良好性，若檢測數(shù)值滿足要求則判斷探頭仍可繼續(xù)使用。

電極不浸泡在水里時，用電筆分別測量探頭頂部（圖1的A處，以下用A代指）、陶瓷之間金屬塊（圖1的B處，以下用B代指）、電極接線柱（圖1的C處，以下用C代指）兩兩之間電阻。正常情況下，AB間電阻為5MΩ及以上，若設備在低靈敏度下運行為500kΩ及以上，BC間電阻為無窮大，AC間電阻為0Ω，處于導通狀態(tài)。若測量阻值明顯小于此數(shù)值，表明探頭不具備繼續(xù)使用條件。

電極浸泡在水里時，用電筆分別測量A、B、C三者兩兩之間的電阻。正常情況下，此時回路導通，AB及AC間電阻均為0Ω，BC間電阻仍為無窮大。若測量阻值明顯大于此數(shù)值，表明探頭不具備繼續(xù)使用條件。

4 故障判斷輔助電子模塊

Aquarian1000Plus系統(tǒng)中的檢測及運算電子單元可提供多維度故障監(jiān)測，有助于維護人員通過指示燈或者測量對應輸出電壓情況分析判斷故障原因。電子單元具備12個指示燈，其中2個用于指示電源喪失故障，1個用于指示時鐘故障，1個用于指示水位故障，4個用于指示連續(xù)性故障，4個用于指示水位監(jiān)測結果。

時鐘故障（ClockFault）不會影響電極監(jiān)測功能，但故障燈亮起則表明可能長期（3000h及以上）在電極上發(fā)生電鍍現(xiàn)象，指示維護人員及時檢查，正常情況下此故障燈不亮。

連續(xù)性故障（ContinuityFault）用于分別單獨監(jiān)測4個電極探頭是否存在信號收發(fā)不連續(xù)的問題，可用于監(jiān)測整個回路是否存在短路或開路問題。若此故障燈亮起，可考慮以下排查方向。

（1）電子模塊PROBE處接線斷開。當確定選用連續(xù)性檢測功能后，需用兩根信號線從電極接線柱上分別接到電子模塊電極接線端P口和C口，一根信號線從電極保護罩接地處接到G口，由此形成完整回路。其中C口為連續(xù)性檢測端，當C口連接線斷路時，對應電極測點輸出仍能顯示水位情況，當P口接線斷路時，對應電極測點輸出斷路，信號不報。

（2）電極至電子模塊中間線纜斷路或開路。此類故障產生原因可能是高溫損傷或晃動拉扯磨損導致電纜開裂接地。

（3）時鐘故障發(fā)生。當時鐘故障發(fā)生時，無論電纜自身及接線狀態(tài)優(yōu)劣，此故障指示功能將失去。

水位監(jiān)測（WaterDetection）則用于分別單獨監(jiān)視4個電極各自回路有無導通，即判斷水位是否已淹沒電接探頭。換熱器除了水位遠程監(jiān)測設備，現(xiàn)場同時設有就地磁翻板液位計輔助判斷真實水位?？墒褂檬殖謴娏Υ盆F平行于磁翻板液位計表面，自上而下緩慢移動，確定現(xiàn)場實際液位，判斷水位是否已達到電極位置。若液位超過電極安裝位置但信號不發(fā)，或者液位低于電極安裝位置但信號觸發(fā)，即可判斷電接某處短路，重復以上方法針對電極逐項檢查。

水位故障（LevelFault）正常情況下失電，但只要4個輸出測點中任意一個信號觸發(fā)即亮燈，可用于同時監(jiān)測4個輸出狀態(tài)。

5 結束語

結合Aquarian電接點液位計在現(xiàn)場實際生產維護中出現(xiàn)過的真實問題，分別從電極探頭檢查、電極線纜檢查、電子模塊檢查等方面對電接點液位計常見問題進行了總結分析，為現(xiàn)場一線工作人員處理相同問題提供了具體的分析思路及應對方案，便于高效定位故障位置及原因，提高現(xiàn)場檢修效率，從而提高了機組運行安全性。