35吨燃气锅炉燃烧室温度故障分析与排除.pdf

3 5 吨燃气锅炉燃烧室温度故障分析与排除 连嘉泉， 等 3 5 吨燃气锅炉燃烧室温度故障分析与排除 连嘉泉，邓伟 西宁特殊钢集 团有限责任公司 青海西宁，8 1 0 0 0 5 摘要介绍了3 5 吨燃气锅炉燃烧室温度的测量原理、测量系统发生的故障现象以及原因分析，查找故障以及排除的 过程，并进一步提高了测量系统的准确度以及运行稳定性，对类似的仪表控制系统具有借鉴意义。 关键词S 型热电偶；K型热电偶；抗干扰能力 Ab s t r a c t 3 5 t o n s o f g a s b o i l e r c o mb u s t i o n c h a mb e r t e mp e r a t u r e h a s b e e n i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r t h e me a s u r e me n t p r i n c i p l e ， me a s ure me n t s y s t e m， a n a l ys i s o f t h e c a u s e s o f the f a u l t p h e n o me n o n a n d the ma l f u n c t i o n a n d t h e p r o c e s s ， a n d f u r t h e r e n h a n c e the a c c ura c y o f t h e me a s u r e me n t s y s t e m an d the run n i n g s t a b i l i t y , a n d i t h a s r e f e r e n c e s i g n i fic a n c e f o r s i mi l a r i n s t r u me n t c o n tr o l s y s t e m． Ke y wo r d s S t y p e t h e r mo c o u p l e ； K t y p e the r mo c o u p l e ； An t i - i n t e r f e r e n c e a b i l i ty 中图分类号T P 8 0 6 ． 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 3 0 4 - 0 2 0 8 - 0 3 0 引 言 某公司有3 台3 5 吨燃气锅炉，原来 3 台锅炉燃烧室温度测 量均为S 型热电偶，因S 型热电偶属于贵重金属，为便于管理 以及防止燃烧室的S型热电偶丢失，将 S 型热电偶改型为K型 热电偶，但随着设备一段时间的运行，逐渐出现了燃烧室温度 显示数据不准确，而且不稳定，有时根本不显示测量温度，直 接显示热电偶开路1 9 3 6 q C。 1 锅炉燃烧室温度测量系统的工作原理及工作环境 锅炉燃烧室温度测量系统采用S 型热电偶将产生的mV级 电动势信号通过S型补偿导线送至二楼 的主控室P L C柜 ，在 P L C柜下方将现场原S 型热电偶传来的直流mV信号经配电隔 离器变为直流 n 信号后 ，送至 P L C的测量温度扩展模块 E M2 3 1 T C，同时在计算机监控画面上显示测量的实际燃烧室 温度。 锅炉燃烧室温度测量系统的工作环境都具有高粉尘、高 温、振动、强磁场等特点，热电偶工作的稳定性及输出信号的 准确度，必将受到很多因素的干扰，因此锅炉燃烧室温度测量 系统的准确性及运行稳定性不能满足要求。因此出现了上述种 种 故障。 2 锅炉燃烧室温度测量系统故障的发生及原因分析 2 ． 1 锅炉燃烧室温度测量 系统的更改及 故障的发生 如引言中所述原来 3 台锅炉燃烧室温度测量的S 型热电偶 改型为K型热电偶、S 型补偿导线改为K型补偿导线，同时将 原配电隔离器甩掉、P L C的测量温度扩展模块E M2 3 1 T C改为 直接接收mV信号得以运行。 在生产过程中逐渐出现了3 ≠ ≠ 锅炉燃烧室温度显示数据不 准确而且不稳定甚至直接显示开路温度 1 9 3 6 C以及无法正常观 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 1 0 作者简介连嘉泉 1 9 6 8 一 ，男，工程师，主要从事仪表 维护检修工作。 2 0 8 测的不停跳动显示。 2 ．2 故障产生的原 因分析 上述故障产生的根本原因是锅炉动力系统、测量控制系统 等未能实现国际电工委员会标准I E C对电磁兼容 E MC的要 求一系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其 他系统和设备造成干扰，未能按电磁兼容的原理和标准进行设 计、依照相关规范进行施工。锅炉自动化系统以微机、集成电 路和电子元件为主要部件，配合以温度、压力、流量测量设备 和阀门驱动装置，属于 电磁敏感设备，造成干扰的原因很多， 而动力 电源线路及大功率变频装置等在有限空间产生的较强电 磁干扰是主要原因。 2 ． 2 ． 1 由于设计缺陷、施工不规范引入的外界干扰导致系统抗干 扰 性能差 ，故障频繁 电磁干扰 E MI 可能骚扰或 损坏信息技术 系统、信息技 术设备及有电子器件或电路的设备，由于雷击、开关操作、短 路和其它电磁现象产生的电流可引起过电压和电磁干扰，而其 中效应最严重的为存在较大的金属闭环和不同的布线系统沿同 路由敷设，线路中的感应电压值取决于干扰电流的变化率和闭 环的大小 。 降低 电磁干扰的措施有1 、对电磁干扰敏感的电气设 备 ，为 改善传 导的电磁现象的 电磁兼容 ，设置 电涌保护器 和滤 波器；2 、电缆的金属护套与共用联接网 C B N连接；3 、 将电力、信号、数据电缆布置在同一路径时，宜避免形成封闭 感应环；4 、电力和信号电缆宜保持分隔，且在实际上有可能 时相互直角交叉5 、为降低在保护导体中的感应电流要采用 同心电缆；6 、调频驱动的变频器与电动机之间的电气连接采 用对称布置的多芯电缆，包括包含单独的保护导体的屏蔽电 缆；7 、根据制造商规定的电磁兼容 E MC要求采用信号 和数据电缆；8 、在没有防雷装置的场所，电力和信号电缆应 与防雷装置 L P S 引下线隔开适当距离或使用屏蔽电缆，其 最小间距应由防雷装置 L P S 设计者依据 G B ／ T 2 1 7 4 ． 3 确定， 电力和信号电缆的金属护套或铠装可根据 G B ／ T 2 1 7 4 ． 3 和 G B ／ T2 1 7 4 ． 4 雷电防护要求做联结；9 、使用信号和数据屏蔽电缆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自 动化与仪器仪表 2 0 1 3 年第 4 期 总第 1 6 8 期 时，宜限制来 自电源线路的通过信号电缆和数据电缆接地的屏 蔽层或芯线故障电流，附加加强屏蔽作用的旁路等电位导体； 1 0 、信号和数据屏蔽电缆为几座T T系统供电的建筑物共用 时，宜采用截面积为 1 6 mm 2 以上的铜旁路等 电位联结导体 ； 1 1 、等电位联结宜尽可能低阻抗而且尽可能短；1 2 、接地母 线提供建筑物内重要信息技术装置等电位联结系统时，可设置 接地 闭环母线 。 3 5 吨锅炉燃烧室温度测量系统和其它压力、流量等测量、 反馈的毫伏及毫安信号均为弱电信号，极易受到外界电磁场的 干扰，而三台3 5 吨锅炉现场的施工极差，从设计上虽然设计 了P L C控制系统的隔离电源及该系统的信号隔离器，但没有设 计锅炉鼓风机、引风机、给水泵电机变频器的隔离电源、进线 电抗器、出线电抗器，而施工时存在的更大的隐患为布线极不 规范，锅炉鼓风机、引风机、给水泵电机变频器的动力电缆与 弱 电信号传输线敷设在同一个桥架内，并排平行敷设达 5 0 米 之多，而且直接采用普通的橡胶电缆 。与P L C控制系统连接的 各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部 干扰信号侵入。部分是通过变送器或共用信号仪表的供电电源 串入 的电网干扰 ，这往往被 忽略 ；部分是信 号线受空间 电磁辐 射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。 由信号线引入的干扰会引起I ／ O信号工作异常和测量精度大大 降低，严重时将引起元器件损伤 。对于隔离性能差的系统，还 将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数 据变化、误动和死机、I ／ O模件损坏等 。锅炉鼓风机、引风 机、给水泵电机变频器运行时动力电缆周围存在很强的电磁 场，该电磁场必将对并行敷设的弱电信号产生干扰，使其偏离 正常输 出值 ，加 上 电力 网络 、电气 设备的暂态过程 、雷 电、无 线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备、变频器产生的高 次谐波等产生的空间的辐射电磁场 E MI 干扰，锅炉现场的 温度、压力、流量等仪控部分线缆与动力线缆敷设在一起，用 万用表测量主控室的其它仪表侧屏蔽线，竟然有超过5 0 V的感 应 电压，而测量主控室的锅炉燃烧室温度传来的直流毫伏信号 虽然正常，但同时拆下K型补偿导线的接线端子，测量 K型补 偿导线两接线端子的交流信号电压，竟然最小时有6 5 m V，最 大 时达到 1 ． 0 1 V。严重时使 P L C系统产生E XT F外部故障报 警，因此出现上述故障也在情理之中。 2 ． 2 ． 2由于接地系统混乱及接地不良造成的故障 接地是提高电子设备 电磁兼容性 E MC的有效手段之 一 。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向 外发出干扰，因此应设置仪表、P L C、DCS 、计算机系统等电 子设备单独的保护接地，且接地电阻要求小于 1 Q。严格与电 气系统接地网分开；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信 号，使P L C系统将无法正常工作。接地系统混乱对 P L C系统 的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地 电位差，引起地环路电流，规范规定电缆屏蔽层必须一点接 地 ，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，将有电流 流过屏蔽层，当发生异常状态并有雷击时，地线 电流将更大， 此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁 场的作用下，屏蔽层 内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线 之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱， 所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，由于P L C工 作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响 P L C的逻辑运算和数据存储 ，造成数据混乱 、程序跑飞或死 机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控 的严重失真和误动作。 3 锅炉燃烧室温度测量系统故障的处理 当时为尽快恢复生产，开始查找故障时，怀疑可能K型热 电偶损坏，但经检测 K型热电偶正常，然后在二楼的锅炉主控 室测量现场K型热电偶经K型补偿导线接线端子传来的毫伏信 号，经测量并与现场锅炉燃烧室实际温度对比基本正常，而计 算机监控画面上北侧 K型热电偶测量的温度显示开路温度 1 9 3 6 2 、南侧K型热电偶测量的温度显示则不停跳动，此时怀 疑P L C温度测量模块E M2 3 1 TC通道有可能损坏，为判别是 P L C温度测量模块E M2 3 1 T C通道有 问题还是现场来的传输信 号有问题，拆下接入P L C温度测量模块E M2 3 1 T C通道的3 ≠ ≠ 锅 炉燃烧室南北两侧热电偶的传输信号线，直接用信号发生器给 P L C温度测量模块E M2 3 1 T C通道打标准信号，发现计算机监 控画面上燃烧室南北两侧的温度显示均正常。此时确定P L C温 度测量模块E M2 3 1 T C通道正常，故障来自现场的传输信号， 开始查找导致现场传输信号有问题的原因，当时采用将现场两 支K型热电偶通过K型补偿导线传至控制室柜子后面端子排上 的两根负极短接起来，通过短接线的耦合电容，使计算机监控 画面上的热电偶温度显示稳定了许多，因此初步断定传输信号 受到了干扰，可能夹杂有其它干扰信号，用万用表测量主控室 的锅炉燃烧室温度传来的直流毫伏信号虽然正常，但同时拆下 K型补偿导线的接线端子，测量K型补偿导线两接线端子的交 流信号，竟然最小时有6 5 mY，最大时达到1 ． 0 1 V。测量主控室 的其它仪表侧屏蔽线，竟然有超过 5 0 V的感应电压，导致原因 最大可能出现在锅炉鼓风机、引风机、给水泵电机变频器产生 的高次谐波造成，其次为动力线路对控制线路干扰导致，为判 断故障所在，用6 0 米屏蔽电缆直接甩至燃烧室北侧K型热电偶 处，热电偶正负极接好后接至主控室原K型补偿导线接线端子 处，计算机监控画面上燃烧室北侧温度显示正常。而原来燃烧 室温度测量的S型热电偶未改为 K型热电偶之前，运行之所以 还能维持正常，是因为主控室P L C柜内有将现场来的毫伏测量 信号转换为毫安信号的配电隔离器，而当时P L C温度测量模块 接收的为毫安信号，因此判定最大影响在变频器至现场电机线 路上，而当时手头没有毫伏级的信号隔离器，只有 1 5 v级的 信号隔离器，也无屏蔽补偿导线，而现场对锅炉鼓风机、引风 机、给水泵电机变频器更换为屏蔽电缆或变频器专用电缆费时 费力影响生产，因此首先采取的措施为重新敷设 6 O 米屏蔽双 绞线代替原K型补偿导线，利用电路上的平衡关系，让两根传 输同一信号的导线具有相同的干扰电压，可使干扰电压在这两 根导线的负载上 自行抵消，能有效地抑制外电路的电磁干扰。 然后恢复其它线路先维持生产，一般工业炉附近的温度， 比控 制间的温度高8 q C - 3 0 q C，因此用普通屏蔽双绞线代替K型补 偿导线，无法进行冷端补偿，导致计算机监控画面上的温度显 示比实际温度低8 ℃一 3 0 C，但是锅炉人员对测量温度做到心 下转第2 1 2页 2 0 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 现非破坏性编辑 。如，为一个普通层的上方建立一个 5 0 ％的灰 度图层后，选择 “ 叠加”模式，使用加深减淡工具改变这个灰 图层，从而改变图像局部的明暗色调而不会影响到原始图层的 像素。 4 在独立的图层上修复图像用仿制图章、修复画笔和 污点修复画笔工具在对图像进行修复时，对图层进行取样后， 要新建一个图层，操作者可在一个单独的图层进行修饰，必要 时，可以随时扔掉不满意的修饰而不至于影响源图层。另外， 选择仿制图章、修复画笔和污点修复画笔工具选项栏中的 “ 对 所有图层取样”选项，并按下其右侧的 “ 打开以在修复时忽略 调整图层”按钮 ，可以确保取样时调整图层不影响普通图层的 效 果。 5 在 Ca me r a Ra w中编辑 Ca me r a Ra w是 一个通 用型 的R AW 格式调整软件， 支持多种不同型号的数码相机， 在相机 原始数据文件载入时， C a me r a Ra w通过读取相机的配置文件 来设置图像的白平衡． 进而推测判断图像的颜色信息。在Ca m e r a Ra w中对成批的原始图像、J P E G图像或T I F F 图像进行的 调整将保留原始图像数据。C am e r a Ra w会根据每幅图像将调 整设置与原始图像文件分开存储， 所以它对 图像所做的调整和 改变都是非破坏性编辑方式， 并不会对图像的像素进行改变。 6 将相机原始数据文件作为智能对象打开在P h o t o s h o p中将相机原始数据文件作为智能对象打开，则能够随时重 新配置Ca me r a Ra w设置，即使在编辑文件后也可 以。 3 结束语 P h o t o s h o p 是一款功能非常强大的图像处理软件，其优势 是其他同类型软件所不可比的，操作者在熟练掌握P h o t o s h o p 软件中所包含的工具、命令，以及图像处理中的诸多技巧的前 提下，需要适应图像处理发展的趋势，在用P h o t o s h o p进行图 像处理时，要尽量避免在原始图像上直接操作，结合所要的效 果尽可能的利用非破坏性编辑手段保护原始图像，保证图像品 质，逐步建立起较为完整的非破坏性编辑技术体系。 参考文献 [ 1 ] P h o t o s h o p帮 助 [ E B ／ OL ] ． h t t p ／ ／ h e l p x ． a d o b e ． c o m／ c o n t e n t ／ h e l p ／ c n ／ p h o - t o s h o p ／ t o pi c s ．h t ml [ 2 】关文涛．选择的艺术P h o t o s h o p C S 图层通道深度剖析【 M】 ．北京 人民 邮电出版社， 2 0 0 6 ． 1 2 ． [ 3 ]关文涛． 选择的艺术P h o t o s h o p C S 3 图像处理深度剖析 第 2 版 [ M] ． 北京 人 民邮电出版社， 2 0 0 9 ． 6 ． 上接第2 0 9页 中有数不至于影响生产，同时提报热电偶屏蔽补偿导线抓紧采 购。在停产检修时陆续采取了以下整改措施 针对设计缺陷、施工、布线不规范引入的外界干扰导致系 统抗干扰性能差，完善设计，系统电压在变频器容量大于电源 变压器容量的 1 0 ％，且输 出线路长度大于 l O O m时畸变程度 大、谐波含量高。针对变频器谐波的电磁辐射，在设备布置上 应使变频器集 中安装的电机控制中心柜 MC C和电磁敏感 设备如远程控制单元柜 RT U 、仪表等保持一定的距离，使 到达这些设备的由变频器释放到空间的干扰能量尽可能地得到 衰减；在所有信号送入控制系统前应采取必要的隔离；在电缆 通道的布置上进行强、弱电隔离，以减少互感耦合，避免干扰 由互感耦合侵入，采用动力电缆钢制电缆桥架架空敷设，信号 电缆塑料线槽沿墙敷设的方式。动力电缆尽可能减少长度，控 制电缆尽可能远离干扰源，尽量增大与电力电缆的距离，尽可 能减少平行布设长度，避免动力电缆通道和控制电缆通道的混 用，强、弱信号不应使用同一根电缆；为屏蔽低频电磁辐射， MC C柜和RT U柜柜体及动力电缆桥架应采用低碳钢板制作， 柜体结构以连续的焊接为好，尽量减小以至消除缝隙，散热孔 须覆盖金属网，并且金属网与柜体的结合须为焊接。电缆进出 柜体的孔洞、柜门与柜体结合面处应有导电橡胶的密封垫、衬 垫或者金属弹片系统，保证柜门与柜体良好的电气接触；为避 免缝隙保证屏蔽效果电缆桥架宜采用槽式，电缆桥架安装直接 进入MCC柜，保证 电缆不外露。电缆出桥架后穿钢制电缆保 护管，电缆管与桥架焊接，电缆桥架终端也要做钢板封堵；在 各个过程环路中用P L C或控制器的隔离卡件或者用信号隔离器 来实现；变频器电源侧和负荷侧动力电缆选用带有屏蔽或铠装 的动力电缆，如有条件则选用变频器专用电缆，可以较好地屏 2 1 2 蔽谐波的干扰；信号电缆选用分屏的计算机电缆。多芯电缆为 增加屏蔽效果，考虑留有一条备用芯作为屏蔽芯，施工中将其 一 端接地，可以增强信号回路的抗干扰能力增加变频器隔离 电源、进线电抗器、出线电抗器等，更改施工不规范之处，重 新敷设控制线缆并与动力线缆分开，动力电缆更换为屏蔽电 缆，在仪表侧做好屏蔽线接地，消除了感应电压；锅炉燃烧室 温度测量系统更换为屏蔽补偿导线；针对接地系统混乱及接地 不良造成的故障，对仪表、P L C、DC S 、计算机系统等电子设 备的工作接地 信号回路接地、屏蔽接地 应设置单独的P L C、 仪表接地系统，并使接地电阻达到小于1 n的规范要求，以上 措施消除了悬浮电位，锅炉温度、压力、流量等测量信号与反 馈信号恢复正常、测量精度提高、系统的抗干扰能力提高，系 统得以稳定运行。 4 结束语 经过几个月的检验，锅炉燃烧室温度测量系统及其它仪 表、计算机 自动化控制系统均计量准确，仪表、P L C系统运行 稳定，文中前述故障再未发生。随着电子技术及控制设备的不 断发展，为保证设备、自动控制系统安全、稳定运行，不仅要 完善设计，消除设计缺陷，更要规范施工，正确地安装、调 试、标定，精心维护、检修，找出故障产生原因并采取相应措 施，同时选用绿色环保的变频装置、选用经过严格电磁兼容测 试的自动化设备，以及要求设备开发企业不断应用新技术、使 用新型的抗电磁干扰材料、提高电子元件自身的抗电磁干扰能 力，对提高自动化控制系统的抗干扰能力、计量精度和稳定性 均有非常重要的意义。 参考文献 [ 1 ]1 陈 忠．仪器仪表检修技巧[ M】 ． 机械工业出版社， 2 0 0 7 ， 4 ． [ 2 ]杨庆柏． 热工控制仪表[ M] ． 中国电力出版社， 2 0 0 8 ， 6 ． 【 3 】陈荣保． 工业自动化仪表[ M] ． 中国电力出版社， 2 0 1 1 ， 1 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m