Pt100熱阻測量回路引起溫度保護誤動的分析及預防

趙冬冬，付浩

(華電能源股份有限公司哈爾濱第三發電廠，哈爾濱 150024)

0 引言

目前，火電廠的單機組容量越來越高，輔機設備種類也越來越多，而機組的穩定運行關乎到社會責任、經濟效益、人身安全和設備安全。為使這些設備穩定協調運行，機組的溫度保護已成為保障機組安全穩定運行的重要手段。由于現在火電廠基本采用分散控制系統(DCS)，溫度的測量、報警以及溫度保護的動作都是由計算機采集處理并輸出的，所以，只要妥善處理就地溫度元件的測量到保護動作輸出的全部過程，找出其中的不足并加以改善，就能保證溫度保護正確動作。

1 熱電阻測溫的變化規律

溫度量也是模擬量，即在時間上或數值上都是連續的物理量。熱電阻在工作時輸出的電阻信號就屬于模擬信號，因為在任何情況下被測溫度都不可能發生突跳，所以測得的電阻信號無論是在時間上還是在數量上都是連續的。該電阻信號在連續變化的過程中，任何一個取值都有具體的物理意義，即表示一個相應的溫度，與數字量相比，電阻信號可以表示出電阻的大小、方向及變化的快慢。現場使用的熱電阻通常為三線制熱電阻，其目的是消除線路電阻對測量結果的影響。

2 線路電阻變化對測量結果的影響

若因虛接或其他原因而使三線制熱電阻任何一根或多根引線的線路電阻不正常時，對溫度的測量結果會產生極大影響。通過試驗可以得知模擬測量線路虛接電阻對測量結果的影響，試驗可得出以下結果。

(1)在A線與控制系統采集現場數據的通道之間連接1個電阻箱，當電阻箱阻值逐漸增加時，測量結果也逐漸增大。

(2)在B線與控制系統采集現場數據的通道之間連接1個電阻箱，當電阻箱阻值逐漸增加時，測量結果基本不變。

(3)在C線與控制系統采集現場數據的通道之間連接1個電阻箱，當電阻箱阻值逐漸增加時，測量結果逐漸減小。

其他控制系統通過試驗也能得知溫度測量值與各引線電阻值對應的規律。

在日常檢修過程中，此結論可以在熱電阻示值不正確時提供一個判斷與檢查的方向。

3 防止熱阻測溫回路保護誤動的方法

由于溫度量是模擬量，所以需要經過一定的時間才能從一個指示值上升或下降到另一個指示值，可以根據這個特點來完善溫度保護的邏輯設計。

(1)采集溫度元件在測量溫度時的示值變化速率，利用在溫度變化過程中所有2個相鄰時刻之間的溫度差的最大值來作為判斷條件。如Pt100元件在從室溫到300 ℃的變化過程中，其中200 ℃階段以內2個相鄰時刻之間的溫度差的最大值為15 ℃(Pt100元件溫度上升速率見表1)，將15 ℃作為標準，凡是溫度變化速率大于15 ℃的都要剔除。試驗發現元件在似接非接和時斷時續的情況下，2個相鄰時刻之間的溫度差一般都超出15 ℃，因此利用這種方法可以防止保護的誤動。經過進一步分析，在溫度保護動作值的基礎上再加上15×2+10=40 (℃)來作為禁止保護動作的定值。例如給水泵跳閘定值為80 ℃，加上40 ℃以后為120 ℃，將120 ℃爐中，元件組態量程為0～200 ℃。

表1 Pt100元件溫度上升速率試驗

作為禁止跳閘定值，即溫度指示在120 ℃以上時跳閘指令就不再發出。根據溫度變化的特點，當給水泵體某處過熱時，相應部位的溫度會急速上升，溫度元件的示值也會上升，當溫度上升到跳閘值時再延續2 s后，溫度示值仍不會超出40 ℃，也就是說，當溫度示值還沒有達到120 ℃時，給水泵已經跳閘了，跳閘后的禁止跳閘指令已經沒有意義，但由于元件接觸不良而引起的示值擺動往往會超出120 ℃，因此，此方法是防止保護誤動的有效措施之一。

綜上所述，在溫度保護判斷邏輯中加上以上2個方面的判斷條件，極大地改善了防止保護誤動的功能。

(2)實際工作中曾出現元件溫度指示數值變化的現象。某元件溫度指示數值一直非常穩定、準確，但在某一時刻突然上升或下降，變化之后又迅速恢復穩定，此時已不同于原指示值。這種隱患不易被察覺，危害極大。出現這種現象的原因是溫度測量線路存在只松不動的地方，使A線接觸電阻突然增大，并且這個接觸電阻非常穩定，不存在接觸電阻忽大忽小的現象，所以溫度指示值會突變完之后又恢復穩定。同理，C線接觸電阻大可造成溫度指示值下降。以往故障大多是由于溫度元件或線路的故障而引起溫度指示不穩定，從而導致指示數值忽大忽小，始終不能準確指示被測量數值。

對于這種現象，之前的判斷條件只能判斷到溫度突升或突降的那一瞬間，同時能夠將其屏蔽，但在隨后的穩定指示階段就無據可循。由于給水泵溫度跳閘值與禁止跳閘值的差最大為40 ℃，如果這種突變之后的指示值正好超過給水泵溫度跳閘值，同時還在禁止跳閘值以下，就很難阻止給水泵因保護誤動而跳閘。

針對此現象，只要對溫度示值突變的那一刻進行多項綜合處理即可避免溫度保護誤動的發生。通過溫度變化速率的判斷來捕捉溫度突變時刻，同時提示工作人員注意并人為參與判斷，根據判斷結果采取進一步措施，如果為真可進行相關處理，如果為假就繼續保持設備運行，并通知相關人員處理。在此期間保護已經自動屏蔽，待問題處理完畢后再恢復溫度保護。

(3)DCS中質量檢測功能也可以在溫度保護判斷中使用，為加強防止保護誤動提供判斷依據。

4 結論

通過試驗分析可知，在以Pt100熱電阻為一次元件的溫度保護回路中，通過采取以上措施可有效避免溫度保護誤動，為設備長時間穩定運行提供可靠保障。