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摘要：分析火电厂热控仪表故障类型， 针对电磁流量计、压差流量计与测温电阻 3 类仪表使用过程中常见故障问题， 运用调节传 感装置安装位置、恢复电极绝缘性能、落实接线与接地处理、实行输入短接测试等方法解决电磁流量计无流量信号输出、信号减 弱、零点不稳定与空管报警等问题， 在设计与安装两个层面提出关于压差流量计的针对性故障检修方案， 并采取改进仪表安装方 式、加强安装工艺把关等方式实现对测温装置故障的有效修复。通过梳理上述关于热控仪表故障的检修措施， 并围绕日常巡检、 规范拆装、应急管理 3 个层面建立常态化管护机制， 能够有效防范仪表故障发生、减轻仪表损坏程度， 为同类火电厂热控仪表运 维与检修工作提供重要参考价值。
关键词：热控仪表,故障检修,流量计,测温装置
Analysis of Fault Type and Maintenance Scheme of Thermal Control Instrument in Thermal Power Plant
Ren Tao
(Dianta Power Plant of National Energy Group Guoshen Group, Yulin, Shaanxi 719316. China)
Abstract: According to the fault type of thermal control instrument in thermal power plant, common fault problems in the use of electromagnetic flowmeter, differential pressure flowmeter and temperature resistance instruments are proposed respectively . Adjust the installation position of the sensor device, restore the electrode insulation performance, implement the wiring and grounding treatment, implement the input short connection test and other methods to solve the electromagnetic flowmeter without flow signal output, signal weakening, zero point instability and air traffic control alarm and other problems . Focus on the design and installation of differential pressure flowmeter, and to improve the installation mode of instruments and strengthen the installation process check and other ways to realize the effective repair of the temperature measuring device fault. By sorting out the above maintenance measures for thermal control instrument failure, and establishing a normal management and protection mechanism around the three levels of daily inspection, standardized disassembly and emergency management, it can effectively prevent the occurrence of instrument failure, reduce the degree of instrument damage, and provide important reference value for the operation and maintenance of thermal control instruments in similar thermal power plants .
Key words: thermal control instrument; fault maintenance; flow meter; temperature measuring device
引言：随着碳中和战略的逐步实施， 火力发电厂逐步引进 仪表自动化技术推动机组设备运行工艺的改进与升级， 但与此同时热控仪表使用过程中暴露出的故障类型日渐 复杂化， 如何结合故障特征进行针对性检修与运维措施 的编制成为火电厂仪表维修工作亟需解决的问题。
国内外对于发电厂热控系统故障问题做出大量研究， 文献[1-4]针对控制系统的软硬件故障与测量执行仪表设 备故障进行调查， 明确故障类型包含模件故障、组态软 件故障、设计不当故障、网络通信故障、测量仪表执行 机构故障、干扰故障等， 并提出温度、压力测量仪表故 障占比最高， 应引起行业内部重视。文献[5-9]针对因检 修维护过程中出现工作失误引发的故障进行统计分析，提炼出参数设置错误、人为操作不当、误操作等典型故 障， 诱发机组跳闸、停机等问题， 强调故障演练与定期 运维工作的重要性。文献[10- 12]针对线缆管路、电源故 障进行案例梳理， 着重强调绝缘损坏、管路堵塞、电源 突发性故障等影响机组运行的安全隐患。但上述研究较 少涉及关于具体仪表故障的针对性检修与排除措施， 仍 存在一定局限性。
本文将结合火电厂热控仪表运行实际情况， 分别选 取电磁流量计、压差流量计与测温装置 3 类典型仪表进 行故障现象与成因分析， 面向故障问题编制针对性检修 措施， 并建立常态化管理与维护机制， 以此有效防范仪 表故障问题的重演， 保证上述检修方案与管护措施真正 发挥实用价值。
1 热控仪表常见故障及检修措施
1.1 电磁流量计故障
1.1.1 无流量信号输出
该仪表故障主要涉及电源故障、电缆连接异常、流 体反向流动、管道内介质不足等多个方面， 其中以管道 内介质不足为例， 该故障多由仪表内传感器安装位置不 当造成， 如图 1所示， 当将传感器安装至 a处时， 易因传感器安装位置偏高， 导致管道内积聚一定量的空气; 当 将传感器安装至 b 处时， 可能导致液体无法充满管道;当将传感器安装至 e 处时， 同样因安装位置偏高使液体 不满管。对此， 应在仪表检修环节定位故障部位及元器 件， 确认传感装置零部件、管道内壁及各接线端外观完 好、无变形等问题， 并以 c、d部位作为传感器的正确安 装位置， 保证管道内充满液体介质， 使仪表恢复信号输 出功能[13]。此外， 转换器故障同样可能导致仪表信号输 出异常， 在现场排查环节可更换线路板， 实现对故障成 因的有效排查， 并合理调节小信号切除参数， 使仪表恢 复正常显示功能。
1.1.2 信号逐渐减弱
在电磁流量计运行过程中出现仪表信号逐渐减弱或 急速下降情况， 此类故障可能为电极间绝缘性能下降或 发生短路现象。在现场检修环节， 可预先检查测量导管， 对于内壁积聚大量污垢的导管进行及时清洗， 使用软刷、 棉签等擦拭电极表面， 并及时更换破损的绝缘衬里， 恢 复电极绝缘性能。部分仪表运行工况较为恶劣、涉及酸 碱液体介质， 对此应重点检查仪表的信号接线端子， 及 时更换新的接线端子、 O 型圈等零部件， 并落实接线箱 的密封处理及防腐措施， 保证仪表输出信号在正常区间 内浮动[14]。
1.1.3 零点不稳定
该故障的发生原因可能体现在以下层面： 其一是管 道内介质含量不足， 如液体未充满管道、管道内积聚一 定量的气泡或含有垢层等， 对此需重新校核仪表内各装 置、器件的安装位置， 调节仪表运行工况参数， 并重新 清理管道内壁， 必要情况下需重新调零， 保证仪表在正 常工况下运行、零点恢复稳定; 其二是仪表绝缘性差， 对此可使用新绝缘材料或将接线端子重新连接， 保证接线端子与线路之间接触良好; 其三是管道内液体存在微 小流动， 对此需仔细检查流量计前端阀门的闭合状态， 确认截止阀全部关闭、无泄漏问题; 其四是接地不良， 对此需严格依据仪表接地规范进行可靠接地， 做好接地 线缆、接线端子连接状况检查， 并确认仪表内转换器借 助电缆线进行直接接地， 实现等电位连接， 防范出现电 磁干扰。
1.1.4 空管报警
该故障主要表现为管道内未充满液体， 对此需重新 核对仪表内传感器、转换器等元器件的安装位置， 确认 符合安装设计要求， 并及时更换受损元器件。为判断元 器件是否处于正常运行状况， 可引入输入短接测试方法， 当观察到短接后不再显示管道报警信号， 即可判定元器 件恢复正常状态， 实现故障排除。
1.2 压差流量计故障
该仪表参考伯努利方程、能量守恒定律原理设计， 选取节流元件安装在密闭管道内， 假定理想流体在管道 内流动， 因管道内流通面积发生变化导致流体的位能转 化为动能， 使流体的流速、静压力发生变化， 由此在管 道内节流元件附近形成压力差， 且压力差与流量大小成 正比， 根据管道内压力差完成流体的流量计算[15]。将流 出系数设为 C， 直径比 (即运行工况下节流元件孔径与 上游管道内径的比值) 为 β， 压力差为 Δp， 上游管道内 流体密度为ρ1. 气体膨胀系数为 ε， 由此建立质量流量 qm 计算公式， 如式 (1) 所示。
针对压差式流量计现场使用环节暴露出的测量误差 偏大问题进行分析， 其故障原因主要体现在设计、安装 两个环节。对于设计因素导致仪表测量准确度差的问题， 可选择引入气体可膨胀性系数、压缩系数或蒸汽密度进 行补偿， 从源头消除仪表参数对流量的影响， 保证仪表 实际使用环节的精度; 还可采用全补偿公式进行精度保 障， 将补偿前后流量分别设为 Q1 、Q2. 液体与蒸汽密度 补偿系数为 Kρ， 流出系数、气体膨胀系数的补偿系数分 别为 Kc 、Kε， 全补偿算法如式 (2) 所示， 用于提高流量 计使用环节的测量结果准确度。
对安装因素造成的仪表测量偏差大的情况进行分析， 需明确现场故障排查工作要点， 包括检查流量计的安装 位置， 确认液体是否充满管道， 核对水平、垂直管道安 装条件下的介质流向， 核实节流元件上游管道中是否安 装有调节阀一类扰流元件; 对于安装在直管段的仪表， 需参考实验室标定结果进行直管段长度的调节， 满足流 量计对于直管段长度的要求， 保证测量结果的准确性;检查同心度、取压口位置， 确认节流元件安装的同心度 误差不超过 5%， 安装在法兰取压孔板处的仪表直径比不 小于 0.6、上游管道内径小于 150 mm 等， 并且在后续现 场安装环节注意控制垫片厚度、调节紧固螺栓力矩， 或 将节流件预先嵌入管道内部， 借此保证节流元件与管道 同心度的一致性， 避免因安装工艺控制不当增大测量结 果误差; 对于引压管路安装质量差引发的压力信号失真 问题， 在重新安装环节需结合节流元件、变送器选型进 行导压管尺寸的合理设计， 尽量靠近导压管进行引压管 路的敷设， 并在管路敷设完成后检查是否存在毛刺、规 避出现直角弯， 从而缩小相邻取压口的高度差， 解决信 号失真问题。
1.3 测温装置故障
火电厂的发电机组内部设有测温装置， 用于监测轴 承温度、轴瓦温度等机组运行参数， 便于在发现温度异 常情况下启动报警功能、控制自动停机， 维护机组安全 运行。以某火电厂检修项目为例， 该火电厂机组选用 Ptl00 铂热电阻作为测温电阻， 在现场安装环节采用三线 制接线方式， 使机组运行环节发生轴瓦温度超标情况时 自动发出动作、实现跳闸。通过收集该火电厂机组在 8 个月内的测温装置故障监测数据 (表 1) 可知， 测量值 跳变为测温装置运行过程中的常见故障， 且测温元件常 发生短路、断路问题， 测温显示结果相较于实际值存在 较大偏差。
通过结合故障现象进行现场排查与成因分析， 可将 测温装置故障现象划分为以下情况。
其一是测温电阻自身质量问题， 包括测温元件与轴 瓦接触部位未设置弹簧使得运行过程中振动较大， 测温 导线处于油浸环境下变硬、变脆以及出现根部断线问题。 对此在热控仪表检修环节， 可在测温元件与轴瓦固定部 位增设弹簧， 缓冲机组运行的振动， 减轻元件受损问题; 针对测温导线进行选材优化， 保证导线外层包裹性能良 好的绝缘材料， 且设有致密网状屏蔽层， 增强测温导线 的耐油、耐腐蚀效果， 有效屏蔽磁场干扰; 还可选择在 测温元件与导线结合部位增设波纹管或铠装丝， 从传感 器内部引出铠装丝， 有效延长导线的使用寿命， 起到延 伸保护作用。
其二是测温元件安装工艺不佳， 由于元件出线部分 较短， 需在油槽内增设若干转接点， 但易因转接点焊接 质量差造成虚焊、脱焊问题， 使得在测温电阻运行过程 中受振动、介质冲击作用引发焊点断开现象。对此需加 强对测温电阻安装环节的工艺质量把关， 在检修环节重 新安装测温电阻时， 尽量沿介质流动的冲击方向进行测 温导线布线， 借此减轻介质流动对导线根部造成的冲击; 调节导线走线方式， 在油槽内以 50 cm 为间隔在导线上 绑扎白布带， 在表面均匀涂刷绝缘漆， 减轻导线所受的 介质冲击作用; 更换油槽出线装置， 选用 304 不锈钢材 质制成基础钢板与锁扣， 在基础板表面布设多个穿线孔， 待将导线沿孔洞穿出后旋紧锁扣， 利用锁扣内置的密封 条与导线实现紧密贴合， 防范在机组运行过程中出现油 液泄漏问题， 借此有效减少转接点数量， 延长油槽内导 线、引线的使用寿命。
2 建立火电厂热控仪表常态化管护机制
2.1 落实仪表巡检机制
为降低热控仪表故障发生率， 应结合火电厂内热控 仪表设施部署与投运情况编制科学的巡检技术路线， 安 排专人利用测量仪器进行热控仪表电源、电压等显示值 的测量， 针对仪表与元器件接头、导线连接、固定螺丝 等部位进行重点检查， 并加强对仪表运行过程中温度、 压力、流量等数值的动态检测， 便于在运行数据超出限 值时采取相应调试与检修策略， 维护热控仪表的正常 运行。
2.2 规范仪表拆装工艺
在热控仪表、元器件及导线拆装环节， 应严格遵循 设备及线缆安装规范执行现场作业， 针对关键工艺要点 进行全面交底， 例如在拆卸热电阻时， 应对电缆线芯接 头部位采取绝缘包缠措施; 在拆卸压力仪表时， 应遵循 一次阀门、二次阀门的顺序进行阀门的有序关闭， 确认 废气、废液完全排出后进行仪表的拆卸。
2.3 健全应急管理机制
根据火电厂机组设备的重要性等级排序， 对于关键 热控仪表需提前配备相应备用仪表及元器件， 便于在仪 表发生故障时紧急替换， 避免影响机组正常运行及生产 效率， 并且定期实行热控仪表、导线的更新， 防范因设 备老化影响其使用效果。
3 结束语
本文根据火电厂热控仪表运行过程中常见的故障问 题， 选取流量、压力、温度 3 类测量仪表进行实际运行 工况分析， 从中提炼出诱发仪表故障的主要因素， 并编 制针对性处置措施。
通过采用调节传感器安装位置、更换测量导管、落实仪表内部检查、控制仪表测量偏差等技术方法解决电软件系统结合视觉模块来开发软件， 利用了该软件提供 的一系列数据库编写的视觉工具。通过各功能模块的相 互作用完成失效分析过程中现场调查、失效件首件判定、 失效件初步观察等工作。并通过检测系统采集到的汽车 零部件典型失效模式的磨损图像为例， 验证本失效分析 系统能够实现图像的采集、图像处理、图像识别和初步 定量分析。
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第一作者简介： 龙赛琼 (1977-)， 男， 湖南人， 硕士， 工程 师， 研究领域为机电工程。
※通讯作者简介：周 崎 (1974-)， 男， 湖北人， 硕士， 工程 师， 研究领域为材料检验检测。
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