控制系統信號跳變實例分析與處理

胡文勝

(秦皇島發電有限責任公司,河北秦皇島 066003)

控制系統信號跳變實例分析與處理

胡文勝

(秦皇島發電有限責任公司,河北秦皇島 066003)

控制系統中由于信號測量回路或外部干擾信號引起的測點跳變是控制系統信號檢測中較為常見又較難判斷處理的一類問題,本文針對控制系統管理維護中遇到的信號跳變幾個典型實例,說明引起信號跳變的常見原因和處理方法。

控制系統 干擾 信號跳變

1 產生信號跳變的主要原因

控制系統信號跳變的原因主要有測點安裝問題、測量元件問題、信號回路電纜問題、不同頻率電磁諧波引起的各種串共模干擾、以及控制系統內部系統問題等。要徹底消除問題就必須全面仔細的排查、分析定位故障原因,對癥確定解決辦法。對于傳感器及信號回路故障的處理主要是定位故障點,消除故障原因;對于干擾造成的跳變主要是采用避開、隔離等措施屏蔽掉干擾源以及使用濾波手段消除干擾信號等措施進行處理。

以下是生產過程中控制系統信號跳變處理的一些具體事例。

2 信號跳變分析處理實例

2.1 數據采集站熱電阻測點指示跳變

故障現象：#1機組檢修后一個采集站(分散數據采集系統)的幾乎所有熱電阻測點數據指示跳變或錯誤。原因分析：全面檢查后發現熱電阻測量橋路供電電源(由可調整的24V直流穩壓電源供電)僅有4.5V,橋路電源設計規定不得低于12V,可能是停電檢修時誤動穩壓電源調壓旋鈕造成。故障處理：調整橋路穩壓電源電壓調整旋鈕,使電壓升壓到12V以上,該采集站熱電阻測點指示恢復正常。

2.2 汽機軸瓦溫度測點跳變

故障現象：#1機組小修后期發現汽機#3、4、5、6瓦瓦溫和回油溫度測點系統顯示頻繁波動。原因分析：用萬用表就地測量溫度元件參數正常,在端子柜檢查測量回路電阻有明顯波動,說明元件到端子柜電纜可能存在問題。沿電纜走向仔細檢查發現,信號電纜從汽輪機缸體下方穿過時,信號電纜所在線槽從蒸汽管道旁邊經過,由于蒸汽管道保溫在上次檢修時被踩踏損壞未及時修復,機組運行期間蒸汽管道的高溫導致信號電纜碳化,檢修時臨近的汽機檢修工作對電纜槽架的踩踏使碳化的電纜絕緣進一步損壞,周圍檢修工作對電纜的觸碰直接引起絕緣電阻發生變化影響回路電阻,發生溫度顯示波動。故障處理：重新接線并處理好絕緣,恢復并保溫措施,利用二次檢修機會選擇安全走向重新敷設信號電纜。

2.3 鍋爐主汽溫度測點跳變

故障現象：#2機組DCS系統鍋爐主汽溫度測點跳變。原因分析：檢查測量元件和補償導線、DC S通道均未發現問題。用示波器長時間觀察也未發現明顯跳變。經仔細分析發現跳變主要發生在陰雨天,檢查就地元件,發現溫度元件的補償導線蛇皮管破損,導線進入測量元件接線盒部位未密封,下雨時雨水順導線流入接線盒進入測量套管內部導致熱電偶測量端溫度大幅下降。故障處理：將原件接線盒式改為固定卡套式安裝,并對接線部分進行密封處理。

圖1 DCS信號并行監視圖

2.4 內冷水流量測點跳變

故障現象：2003年2月,#2機組發電機冷卻水流量信號在DCS系統趨勢圖中出現跳變,隨后的幾個月里又出現多次跳變現象,此測點流量低報警與內冷水壓力低相與后延時30秒進行發電機斷水保護。原因分析：對變送器測量內外回路進行了全面檢查,期間在機柜側安裝信號監視錄波儀,并按下圖1使用備用通道對信號進行并行監視。同時先后采取了更換變送器、信號電纜,檢查沖洗取樣管路,更換DCS系統測量通道,均未解決問題。

排除變送器、取樣管路、信號電纜、系統軟硬件存在問題的可能。唯一沒有檢查更換的只有流量孔板。故障處理：訂購新的流量孔板,利用檢修機會進行更換。檢查拆下的舊孔板發現取壓室已銹蝕嚴重。更換孔板后內冷水流量測點跳變現象消失。

2.5 DCS系統AGC指令信號跳變

故障現象：遠動至DCS系統AGC(自動發電控制)信號連續跳變,AGC無法投入運行。原因分析：網調遠動AGC信號至DCS為4-20mA模擬信號,用萬用表測量4-20mA輸入信號,未發現異常。經對信號回路進行分析,DCS系統4-20mA輸入通道的24V供電采用負端接地的方式,遠動AGC輸出的4-20mA信號同樣使用負端接地方式,從而是測量回路在輸入輸出兩側形成地電勢差,導致測點跳變。故障處理：在DCS信號輸入端加裝4-20mA信號隔離器,消除信號回路兩點接地,AGC信號跳變消失。

2.6 汽機瓦振測點信號跳變

故障現象：#1機TSI系統#7瓦(發電機側)經常出現信號跳變現象。原因分析：使用示波器對就地傳感器輸出信號進行觀察發現存在較強的干擾信號。考慮瓦振探頭采用螺紋連接直接安裝在發電機端蓋上,發電機內部電磁干擾信號在端蓋上的感應電勢通過探頭與汽機殼體的金屬連接影響了瓦振探頭內部測量電路的正常工作。故障處理：在探頭和端蓋之間安裝絕緣樹脂底座將探頭和端蓋進行絕緣隔離后,跳變現象消失。

2.7 閉式循環水溫度測點跳變

故障現象：#2機循環水母管溫度測點出現頻繁跳變。原因分析：循環水母管溫度測點信號回路電纜首先由就地溫度元件轉接到就地中間接線盒,再由中間接線盒通過多芯屏蔽電纜送到DCS接線柜。檢查接地溫度元件無問題,在中間接線盒處解線測量,發現元件側回路阻值跳變,信號線對地有交流電壓信號。檢查發現此段電纜為非屏蔽電纜,干擾原因應該是受到槽架內其它電纜的電磁干擾。故障處理：將熱電阻至中間接線盒的電纜更換為屏蔽電纜,并將其一端接地,處理后測點恢復正常。

2.8 凝結水泵線圈溫度測點信號跳變

故障現象：#3機組凝結水泵線圈溫度第7點在泵運行期間信號溫度顯示錯誤。原因分析：就地測量線圈溫度熱電阻阻值正常,用示波器檢查發現電阻測量信號耦合有交流干擾信號。故障處理：由于線圈測溫電阻預埋在凝結水泵電機線圈內部,無法對元件引線進行電磁屏蔽檢查處理。為消除干擾,選擇合適的電容對干擾信號進行濾波后,用示波器觀察干擾信號基本消除,測點恢復正常。

2.9 DCS系統單回路自動調節系統出現頻繁退出自動現象

故障現象：#2機組檢修結束投入運行后,發現DCS系統中多個單回路自動調節系統在自動調節過程中經常出現沒有自動跳閘條件和手動退出指令的情況下跳到手動狀態。原因分析：首先在歷史站做相關自動跳閘條件的趨勢分析,未發現異常;所有自動退出的跳變都集中在同一個控制器中,本控制器小修進行了控制邏輯修改和編譯下裝,懷疑控制器編譯下裝中存在問題,因此對控制器進行重新進行編譯下裝發現重新編譯下裝后不但沒有解決問題,跳變點又有增加,切換到備用控制器工作,故障依舊;更換控制器并聘請DCS廠家技術人員幫助檢查控制器設置和組態均未發現問題;此型DCS系統自動投切條件及信號保持是由操作員站按1秒周期連續發送到DPU的信號來維持的,一旦信號傳輸出現一次錯誤就可能會造成誤動,但考慮信號跳變主要出現在固定的幾個自動調節系統上,且都在同一控制器上,可能還是由于控制器內部通信管理存在問題。故障處理：此故障比較特殊,廠家技術人員也未能查出具體原因,機組運行期間很難進行進一步的深入研究測試,考慮到此型DCS系統已列入升級改造計劃,因此決定采用在跳自動邏輯輸出端增加延時的辦法來避開瞬間的信號變化,增加2秒延時后故障消失。

2.10 給水泵再循環調節執行器指令信號跳變

故障現象：給水泵再循環調節執行器運行中頻繁出現自開現象。原因分析：#3機組給水泵執行器為美國利米托克UE3執行器,運行中頻繁出現自開和擺動,初始認為是閥門板卡存在問題,先后多次更換控制板、電源板,更換后一般能恢復正常,但很快故障重現,后用示波器監視閥門4-20mA直流指令信號中疊加有明顯的隨機交流干擾信號,造成閥門指令波動。故障處理：在就地接線盒指令信號端子上加裝阻容濾波消除干擾信號后,故障消除。

2.11 給水流量測點跳變

故障現象：#5機組啟動時發現給水流量測點顯示反復波動。原因分析處理：查看近期趨勢變化,發現測量數值是幾天前逐漸下降的,端子柜測量信號數值與顯示相符。就地檢查發現變送器內部端蓋內存在積水,分析原因是由于檢修期間汽機6米平臺排放的積水沿電纜槽流入0米變送器線槽,又沿變送器信號線蛇皮管流入變送器內部,造成內部接線端子間短路,引起信號輸出波動。故障處理：將變送器內部積水排放后,故障消除。為防止此類故障再次發生,將變送器蛇皮管入口進行密封,線槽下部開孔以避免線槽內積水。

3 結語

DCS測點跳變原因較多,既可能是設備原因也可能是干擾問題,根據以上實例可以看出,有多個信號跳變時,應重點核查與之相關的系統故障因素,當單一信號跳變時重點檢查此信號回路的元器件、工作環境、安裝方式、線纜屏蔽、接地、以及是否存在干擾源等。在平時的檢修維護時注意檢查設備是否存在以上提到的可能引起信號跳變的各種隱患。只要我們清楚的了解跳變產生的各種原理和故障特點,充分利用好示波器、波形記錄儀等記錄分析儀器,就能較為快速的進行問題定位并有針對性的提出解決辦法。希望本文的實例能為解決DCS測點跳變問題的處理提供一點有益的思路。

胡文勝(1969,5,17),男,工程師,主要從事電廠熱控和信息化工作。