基于工程實例的電接點液位計故障分析

［關(guān)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(guān)，其基本工作原理是基于水、空氣或水蒸氣導(dǎo)電率的巨大差異，對電極之間的等效電阻進(jìn)行測量并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)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(hù)量小等特點，作為遠(yuǎn)傳表計或聯(lián)鎖保護(hù)信號發(fā)信器廣泛應(yīng)用于各種容器的水位測量。

1 國內(nèi)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(jī)組共計48個。電接點液位計作為開關(guān)量數(shù)據(jù)與變送器測量的模擬量數(shù)據(jù)組合構(gòu)成DCS系統(tǒng)判斷是否因為高加液位高進(jìn)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(shè)備介紹

一套完整的Aquarian1000Plus系統(tǒng)配有控制輸出和內(nèi)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(dǎo)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(chǎn)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(dāng)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(chǎn)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(dāng)差值超過固定設(shè)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(jī)組運行維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)，電接點液位計重復(fù)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(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)判據(jù)。嚴(yán)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(dǎo)致高加誤解列，若液位計信號不報將導(dǎo)致邏輯拒動損壞現(xiàn)場設(shè)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(shè)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(nèi)部，使用液位計自帶的金屬梯面進(jìn)行自密封，再利用液位計自帶螺母進(jìn)行鎖緊固定。兩處陶瓷將液位計分為3部分，位于測量筒內(nèi)部的電極頂部絕緣陶瓷用于隔斷電流通路，當(dāng)電極浸泡在水中時，回路導(dǎo)通，輸出有水信號。位于測量筒外部的絕緣陶瓷用于隔斷內(nèi)外金屬本體，形成電流流通路徑。

當(dāng)外部陶瓷因安裝不慎或運行過程中受到外部撞擊導(dǎo)致破碎時，絕緣失效，金屬本體導(dǎo)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(dāng)內(nèi)部陶瓷因維護(hù)不當(dāng)，如寒冷地區(qū)機(jī)組停機(jī)檢修后未及時放掉測量筒內(nèi)部積水發(fā)生凍彎或凍裂時，同樣會導(dǎo)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(yán)格按照廠家說明書進(jìn)行安裝，加裝電極保護(hù)罩，設(shè)置警告標(biāo)識，梳理現(xiàn)場設(shè)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(hù)罩保護(hù)測量筒，機(jī)組停運時應(yīng)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(dāng)液位上漲淹沒電極探頭時，介質(zhì)電導(dǎo)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(zhì)臟，以及設(shè)備長期運行導(dǎo)致臟污沉積，電極頂部絕緣陶瓷部分被粘性臟物覆蓋導(dǎo)致絕緣失效，回路導(dǎo)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(guān)注系統(tǒng)運行水質(zhì)情況。

3.3 電極接線氧化銅綠

電極探頭安裝位置為高溫?fù)Q熱器測量筒，正常運行情況下溫度可達(dá)200～400℃。當(dāng)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(yīng)，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(dǎo)電性能。即使液位已經(jīng)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(dǎo)線，拒絕使用非鎧裝銅導(dǎo)線，給電纜套裝隔熱保護(hù)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(hù)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(hù)罩相接，現(xiàn)場端子盒通過電極接地線與電極蓋內(nèi)的接地螺絲連接形成完整回路。基建安裝階段粗糙或設(shè)備長期正常運行中的振動均可能導(dǎo)致螺絲松動或脫落，導(dǎo)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(yán)格把控施工質(zhì)量，一一落實現(xiàn)場設(shè)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(dāng)電纜表面溫度過高時會引起碳化現(xiàn)象降低絕緣性能，嚴(yán)重情況下線纜絕緣層老化導(dǎo)致開裂，內(nèi)部銅芯接地，回路短路導(dǎo)致信號誤發(fā)。正常運行時，電纜與保護(hù)罩接觸摩擦、接線處預(yù)留余線不足導(dǎo)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(hù)罩與電纜連接處。現(xiàn)場檢查時可在確保相關(guān)控制邏輯保護(hù)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(hù)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(hù)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(jìn)行及時更換，避免情況進(jìn)一步惡化。

3.6 電極探頭失效

電極探頭安裝在高溫?fù)Q熱器測量筒內(nèi)部，正常運行情況下溫度可達(dá)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(yīng)，生成黑色氧化皮，黑色物質(zhì)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(hù)人員通過指示燈或者測量對應(yīng)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(jié)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(hù)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(dāng)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(hù)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(dāng)C口連接線斷路時，對應(yīng)電極測點輸出仍能顯示水位情況，當(dāng)P口接線斷路時，對應(yīng)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(chǎn)生原因可能是高溫?fù)p傷或晃動拉扯磨損導(dǎo)致電纜開裂接地。

（3）時鐘故障發(fā)生。當(dāng)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(dǎo)通，即判斷水位是否已淹沒電接探頭。換熱器除了水位遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備，現(xiàn)場同時設(shè)有就地磁翻板液位計輔助判斷真實水位?？墒褂檬殖謴?qiáng)力磁鐵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(dá)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(fù)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(jié)束語

結(jié)合Aquarian電接點液位計在現(xiàn)場實際生產(chǎn)維護(hù)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(jìn)行了總結(jié)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(yīng)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(jī)組運行安全性。