同时为了保证整个测量系统的可靠性,在控制逻辑中对每个主、重要温度测量参数现场安装了多个测点,例如过热器出口温度,双测点输入即冗余测点输入或三测点输入,相应的控制逻辑则采用二选一或三取中。
根据传热学定律可知热量的传递快慢取决于传热体的热阻,因此任何一种温度测量装置对于温场测量的反映都要比流量、液位、压力信号慢得多,再说热电偶的元件外通常还有一层保护套管。所以它对温度变化的响应不是阶跃特性而接近于惯性特性,对此现场对温度控制的主控PID中要加入一些导前分量,以防被控对象的温度过调。
2.4常见故障与分析
热电偶的常见故障主要表现有:
a. 热电偶的补偿导线接反。这主要是基建时出现的问题,负责接线的人员一时的粗心造成,属人为因数。当出现热电偶的补偿导线接反情况时,操作员控制站上的显示通常比实际值偏大或偏小(根据通道测量回路而定)。
b. 热电偶的补偿导线绝缘层被磨破,造成信号回路接地。这主要是因为补偿导线较硬,而且在接线盒内又未被安放平整,处理故障时多次旋拧接线盒盖碰到补偿导线而将其磨破。此类故障反映在操作员控制站上其温度示值一般偏小。
c. 接线盒内接线端子接触不良。因补偿导线和热电偶的导线都比较硬,所以现场检修时紧固接线比较困难,有时候开始把导线拧紧了但过段时间随着导线的变形又松了。此类故障反映在操作员控制站上的温度示值为无显示或显示值超量程。
d. 补偿电阻故障。此类故障表现为热电偶接上后温度显示值缓慢上升或下降。
e. 锅炉尾部烟道测量热电偶故障率较高。停机检修时将热电偶拆下发现热电偶的头部包括护套管被烟气冲刷后严重磨损,将护套管改由耐磨钢材料制成后,才消除了此类故障隐患。
f. 信号屏蔽系统DCS柜内接地不良。此类故障极容易造成电荷在信号线上积累,引起信号漂移或晃动。由于该问题故障点较难查明,通常的处理方法是解开信号线,对其进行对地放电处理。
g. 温度输入信号经隔离器后故障,反映在操作员控制站上的温度值信号异常。更换隔离器后正常。
以上是检修时经常碰到的问题,但在查找这些故障时,建议先用万用表在 DCS 的I/O端子柜上测量输入的电压值,这样可以迅速判断出是就地测量端问题还是DCS部分的问题,对于多点输入还可同另外几支热电偶信号进行比较。如判断不出再行解线测量其电阻值,通常热电偶的电阻值为100Ω左右。
3.热电阻测量装置
以热电阻为测温元件的温度测量装置在火电厂里的使用率仅次于热电偶。普通型国产热电阻约千元一支,价格较热电偶贵,但低温时特性较好,测量精度要高于热电偶,主要用于检测温度低于200℃的测点。目前在测量发电机线圈温度及风机、磨煤机等大型辅机马达线圈温度上我厂大量采用了热电阻元件,一台600MW的机组热电阻测点约有二、三百个。
3.1热电阻元件
热电阻作为测温装置的传感部件,分为金属热电阻和半导体热电阻,我厂应用的是Pt100金属热电阻,因为它具有如下特性:
(1) 电阻温度系数大,即灵敏度高;
(2) 物理化学性质稳定,抗氧化性好,测量精度高,能长时间适应较恶劣的测温环境;
(3) 电阻率大,电阻体积小,从而使得测温的热惯性小;
(4) 在〈250℃时,电阻—温度关系近于线性关系;
热电阻元件结构一般由电阻体、引线、绝缘子或绝缘胶管、保护套管及接线盒组成,电阻体是用热电阻丝绕制在绝缘骨架上制成的,为消除绕制电感,通常采用双线并绕,这样,当线圈中通过变化的电流时,由于并绕的两导线电流方向相反,磁通互相抵消,消除了电感。引线的作用是将热电阻体线端引至接线盒,以便与外部导线和DCS通道连接,引线的线径较粗,一般为1mm左右,以减小附加测量误差,材料一般为银,接法采用三线制。绝缘子或绝缘胶管套在引线上,以防止引线之间及引线与保护套管之间短路。
热电阻元件安装方式大都采用嵌入式,即将电阻体安放在由制造厂专门设置的测孔内,使用后感觉其测量的动态反应较好。
热电阻测量原理:热电阻测量装置是基于金属导体或半导体电阻值与本身温度呈一定函数关系的原理实现温度测量的。金属导体电阻与温度的关系一般可表示为:
R(t)=R(t0)[1+α(t-t0)]
式中 R(t)——温度为t时的电阻值;
R(t0)——温度为t0时的电阻值;
α——电阻温度系数,即温度每升高1℃时的电阻相对变化量。
由于一般金属材料的电阻与温度关系并非线性,故α值将随温度变化,并非常数。
3.2测量回路
当今与DCS配套使用的热电阻元件绝大多数采用三线制,因为三线制接法可以减小或消除因引线电阻变化所引起的测量误差。DCS通道的测量回路也相应地采用电桥法,如图(2)。