电厂建设中热控现场仪表故障成因与预防关键技术

引言

热控现场仪表作为电厂热力系统中重要的数据采集单元，其性能表现对机组运行状态监测意义重大。在汽包压力、主蒸汽温度及给水流量等关键参数的实时测量过程中，热控仪表为机组运行控制提供基础数据支持。在电厂建设阶段，受现场环境及交叉作业等因素影响，热控仪表存在因外界干扰或操作问题引发故障的风险。因此，系统梳理建设阶段热控仪表故障影响因素，并探索有效的预防技术方案，对优化电厂调试流程、保障机组顺利投产具有积极作用。

1 热控现场仪表常见故障类型与表现

温度仪表（热电偶/热电阻）：偶尔会出现示值波动、测量值存在偏差的情况，此类问题可能导致过热器、汽轮机金属壁温的判断出现误差，在一定程度上增加了超温爆管的潜在风险；

压力仪表（变送器/开关）：有时会表现出零点漂移或信号传输异常等现象，这些状况或许会对汽包压力调控产生干扰，进而影响水位监测准确性，甚至引发安全阀非预期动作；

流量仪表（孔板/涡街）：出现示值不稳定或无信号输出的故障时，给水、蒸汽流量的计量精度可能会受到影响，从而对机组汽水系统的平衡产生一定干扰；

液位仪表（差压式/雷达）：当测量数据不稳定或出现液位误判情况时，汽包、除氧器的水位控制功能可能受到削弱，严重时可能对设备运行安全造成威胁，引发水位异常事故。

2 故障成因多维度分析

2.1 环境因素干扰

温度变化：锅炉区域仪表安装后，可能面临从常温到 400^∘C 以上的快速温度变化。当热电偶补偿导线接头未采取有效耐高温密封措施时，绝缘层老化可能引发短路风险。在某 300MW机组锅炉壁温热电偶安装实例中，吹管阶段因接头耐温性能不足，致使 4 个温度测量点出现示值异常情况。

振动因素：汽轮机本体及管道振动频率通常在 10-100Hz 范围内，长期振动作用下，压力变送器引压管接头可能出现松动现象，热电阻引线也存在疲劳断裂的潜在隐患。某新建电厂在汽轮机运行过程中，轴封压力变送器因管道振动，运行两周后引压管接口出现渗漏，测量示值波动达到±5kPa。

粉尘与湿度影响：在煤仓、磨煤机等区域，粉尘浓度可达 10mg/m³ ，若仪表接线盒密封性能欠佳，粉尘堆积可能导致接线端子短路。此外，雨季施工期间，当环境湿度超过 90% 时，电容式物位计的测量结果可能产生漂移。

电磁干扰问题：当高压电缆与仪表信号电缆并行敷设时，强电磁场可能对仪表信号产生干扰。例如，某电厂给水流量测量过程中，因受 10kV电缆电磁干扰影响，涡街流量计示值波动幅度达到 8% 。

2.2 设备质量与选型问题

进厂检验环节存在优化空间：部分仪表在进厂校验流程中未能严格遵循相关规范执行，例如某批次压力变送器因出厂时零点漂移超出允许范围（ 40.2%FS ），在安装投入使用后，对汽包压力测量结果产生了一定影响。

选型适配性有待提升：于高温作业区域采用普通型变送器（工作温度上限 80^∘C ），在环境温度持续高于 100^∘C 的工况下，测量数据出现波动现象；针对具有腐蚀性的介质（如凝结水），选用常规不锈钢材质的取源部件，在运行约 6 个月后，出现了腐蚀泄漏情况；在小流量测量场景中，采用标准孔板作为测量元件，由于雷诺数与实际工况不匹配，导致测量误差超过10% 。

部件品质存在改进方向：部分热电偶因热电极材质纯度不足，致使分度值与标准值存在偏差；个别压力变送器的膜片焊接工艺有待完善，出现细微渗漏问题；部分雷达液位计在使用过程中，天线表面出现结垢现象，对电磁波反射精度产生不利影响。

3 预防关键技术与实施策略

3.1 环境适应性防护技术

高温防护方案：在锅炉壁温、主蒸汽管道等温度较高（ >300^∘C ）的区域，可考虑选用耐高温型号的仪表，例如热电偶选用K型（耐温 1200^∘C ），补偿导线采用耐温 200^∘C 的耐高温氟塑料绝缘材质；变送器安装时，或许可采用 500-800mm 长度的延长颈，从而使表头与高温源保持一定距离，将环境温度尽量控制在 60^∘C 以内；接线盒可选择铸铝材质，密封等级达到IP65，内部填充耐高温密封胶为宜。

抗振动措施：对于汽轮机、给水泵等振动较为明显的区域，不妨选用防震型变送器（如罗斯蒙特 3051S系列），其量程比 100:1，抗振动等级可达 10g（ 10-2000Hz ）；引压管直径建议不小于 10mm ，长度控制在 3-5m 范围内，同时可加装缓冲弯以减少脉动；电缆可采用铠装屏蔽线，固定间距控制在 ≤300mm ，避免共振现象发生。

电磁兼容设计：敷设信号电缆与动力电缆时，两者间距宜保持在≥300mm ，交叉处可呈 90^∘ 垂直；模拟量信号可采用屏蔽双绞线，并采用单端接地（控制室侧）的方式，接地电阻控制在≤4Ω；对于流量计、雷达液位计等设备，可考虑加装信号隔离器，以此抑制共模干扰（隔离电压≥2500V) ）。

3.2 设备全生命周期质量管理

进厂验收与选型优化：建议仪表进厂时开展全面校验工作，例如温度仪表可在 3 个校验点（ 0% 、 50% 、 100%FS ）进行检测，其误差控制在允许误差的 1/2 以内为宜；压力变送器可考虑进行静压测试，在 1.5 倍工作压力下，零漂控制在 ≤0.1%FS 或许是不错的选择；对于高温高压的特殊场合，隔膜式变送器（如EJA530A）可能是较为合适的选型；而在涉及腐蚀性介质的环境中，采用哈氏合金膜片的仪表或许能更好地满足使用需求；针对主蒸汽温度、汽包水位等关键参数的测量，采用一取二或三取二的冗余配置方式，有助于提升测量系统的可靠性。

校准与校验技术升级：可尝试采用智能校验仪（如Fluke754）开展自动化校准工作，同时将校准数据自动记录并上传至管理系统，这一方式或许能有效提高校准工作的效率与准确性；条件允许时，流量仪表采用标准表法等方式进行实流标定，以便将现场工况下的误差控制在 ≤0.5% ，从而确保测量结果的可靠性；在校准过程中，将环境温度控制在 20±5°C ，湿度保持在 45%-75% ，可能有助于减少外界因素对校准结果的干扰。

动态监测与预警：在DCS系统中，可根据实际需求设置仪表偏差报警阈值，如将温度测量值偏差超 2℃作为报警触发条件；为关键变送器加装支持HART协议等智能模块，便于实时监测输出信号稳定性及获取自诊断信息，这一举措或许能及时发现潜在问题；通过建立仪表健康度评估模型，结合漂移趋势合理预测维护周期，例如对于压力变送器，每 6 个月进行一次校准，可能是较为合理的维护安排。

结束语

在电厂建设中，热控现场仪表故障预防可从“环境适配、工艺规范、质量管控、流程优化”四个维度协同推进。随着智能电厂建设进程不断深入，热控仪表故障预防技术或将迎来新的发展方向。借助内置传感器采集仪表运行状态参数（如工作温度、振动加速度等），结合人工智能算法对故障潜在风险进行分析研判；运用数字孪生技术对仪表在不同工况下的性能表现进行模拟，进而对安装方案加以优化完善。这些技术的应用，或将为热控系统稳定性提升和电厂智能化转型提供新的助力。

参考文献

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