火电厂热控仪表常见故障改善策略分析

引言

热控仪表肩负着火电厂温度、压力等一些重要的参数检测及自动控制任务，是实现自动化运行的关键。同时随着火电厂逐步朝向高参数化、智能化发展，对自动控制系统运行的稳定性提出了更高的要求。由于热控仪表自身以及热控仪表网的失常，会导致火电厂出现数据失真，影响到整个工况的判断，甚至出现设备的损坏、生产中断的问题，导致电力的无法正常供应。数据显示，约有 30% 的火电厂设备故障和热控仪表相关。因此研究热控仪表的功能、故障与改善方法十分必要。

1 火电厂热控仪表功能作用

1.1 实时监测生产参数，为运行决策提供数据支撑

火电厂生产涵盖锅炉燃烧、汽轮机做功等多环节，需实时监控炉膛温度、主蒸汽压力等参数。热控仪表通过传感器采集参数，转化为可读取信号传输至监控系统。操作人员依此掌握设备状态，判断工况是否正常，如热电偶监测炉膛温度可及时发现燃烧问题，压力变送器避免锅炉超压或效率下降。若监测功能失效，易导致误判引发事故。

1.2 实现生产过程自动化控制，提升运行效率

火电厂自动控制系统的热控仪表是“感知器官”，它从传感器采集到被控量及给定值比较产生的偏差信号，经热控仪器送到控制器内，控制器发出信号来控制执行器，以达到维持被控量稳定的功效。比如在锅炉水位控制环节，采用的是液位计检测出水位后，把偏差信号送至控制器，由控制器给出信号去调节给水阀。而汽轮机转速控制环节，则采用传感器检测转速，然后由控制器调节进汽阀 [1]。

1.3 提供设备安全保护，避免重大事故发生

火电厂设备是在高温高压下工作的，当参数超出正常范围时可能会产生爆炸或叶片断裂的情况。热控仪表设定参数报警、保护值，在参数超过范围内时发出报警信号或发出保护动作命令。如果炉膛温度高于温度值，则温度传感器发出报警信号，炉膛温度不断上升时就会触发出紧急停炉信号；汽轮机振动超出了设定值时先发出报警信号，然后振动不断地增大就会触发出停机信号；如果给水泵轴承温度超过保护值后，仪表会启动停机保护，避免给水泵轴承烧毁。

2 火电厂热控仪表常见故障类型

2.1 测量精度偏差故障

此类故障指仪表测量值与实际值偏差超允许范围，数据不准确。具体表现为仪表测量值偏离实际值的程度超过允许范围，压力变送器测量值低于主蒸汽实际压力约 0.5～1MPa 、热电偶测量值比炉膛实际温度高 50～80^∘C 、流量传感器测得的给水泵流量和实际流量相差10% 以上。而导致出现故障的原因有：高温导致传感器参数漂移，高湿引起接线端子潮湿接触电阻增大，电磁干扰大影响信号，校准没做到位或方法不对，比如周期 >12 月或标准设备不准确或使用不当等以及没有做到正确的安装，比如：压力变送器未避开湍流区、流量传感器安装时角度不准都会造成测量精度下降。

2.2 信号传输中断故障

信号传输中断故障是仪表采集信号在传输中中断，监控系统无法接收，参数显示空白或固定值。如液位计信号中断，无法判断凝汽器缺水或满水；温度传感器信号中断，锅炉出口蒸汽温度无显示，易损坏汽轮机。成因主要是传输电缆问题，高温老化、机械损坏致线路断路，接头松动氧化、屏蔽不足遭电磁击穿致短路；仪表接线端子氧化腐蚀、振动松动，使传输路径断开；信号转换器内部元件损坏，如电容击穿、芯片烧毁，导致信号转换失败，引发传输中断。

2.3 仪表元件损坏故障

仪表元件损坏故障指仪表核心元件如传感器、电路板、显示屏损坏，仪表失效，无法采集与传输信号。表现为压力变送器无显示无输出，液位计传感器损坏后测量值固定，温度仪表电路板损坏后瘫痪。成因包括元件老化，核心元件寿命 3~5 年，高温、振动、高湿度加速老化，如热电偶热电极氧化、电路板电容泄漏；过电压、过电流冲击，电网波动或误接电源击穿、烧毁元件；介质腐蚀，测量腐蚀性介质的仪表，耐蚀材料不当或密封差，介质侵入损坏敏感元件 [2]。

3 火电厂热控仪表常见故障改善策略

3.1 测量精度偏差故障的改善策略

优化运行环境，高温环境为仪表装散热片或冷却套，高湿度环境在仪表柜装除湿设备控湿 60% 以下，对接线端子涂防锈油脂，强电磁环境选双层屏蔽电缆并敷金属桥架，避高压电缆敷设，加浪涌保护器。精准校准，依工况定 6~12 个月校准周期，关键仪表缩至 6 个月，选精度 3 倍于被校仪表的标准设备并定期检定，校准前预热 30-60 分钟，按规程操作，超差仪表及时调整更换。规范安装，勘察安装位置，压力变送器装直管段避湍流区，流量传感器按要求定角度与直管段长度，热电偶确保热电极接触介质，用匹配补偿导线。

3.2 针对信号传输中断故障的改善策略

整改信号传输中断故障的关键步骤是改善信号传输路径，要根据不同类型的仪表信号以及现场工况，选择相应的电缆类型。一般而言，如果是高温场合，可选耐 150^∘C 以上的耐高温电缆，不要使电缆受到大的拉伸力和弯折，以免损伤电缆绝缘。同时，将接头压接或者焊接后再做密封处理防止受潮，且一般 3 个月巡检一次，仔细观察电缆的外皮是否有破损，电缆的接头是否已经脱扣，当老化破裂、断股就及时更换，对于接头松弛要进行紧固，再通过电缆故障检测仪检测整个线路有无隐蔽性的故障点。而在接线端子维护方面需要加大力度，通常情况下，每隔两个月打开一次仪表柜，清理端子上的灰尘，并且用万用表测端子接触电阻，大于 0.1Ω 就要打磨端子并且涂导电膏。在振动环境下还要给端子加装防松螺母或者焊接，并标好端子的标记，以免检修时候误操作。最后，确保保障信号转换器稳定，在设备选择过程中采用口碑好、配件参数及表计相匹配的转换器，且每 6 个月用标准信号源检测转换精度，如果偏差值超出允差范围，则需要调校或者更换。转换器供电回路加入稳压装置，并将转换器供电电压控制在 24V±5% 范围内，向转换器加装散热装置，避免温度过高引起电路元件加速老化烧毁[3]。

3.3 仪表元件损坏故障改善策略

仪表元件损坏故障优化的过程中，根据使用环境和测量介质选用适当的材质。在进行测量腐蚀性介质时，选用哈氏合金、钛合金材质的敏感元件和氟橡胶密封件。而在测量高温介质过程中，可选用铂铑-铂热电偶、耐高温电路板元件。当处于振动环境条件下，使用振动大的地方选用抗震型传感器以及采用双传感器等形式的冗余产品。在元件防护的过程中，特别是对于露天或粉尘多的地方，可以在仪表上加入防尘防水等级大于等于 IP65 的外壳。同时，可在仪表的供电回路中加入稳压电源、熔断器等保护措施。而对对待测介质防护来说，可进行密封性处理，防止灰尘进入损坏元件，或者防水防潮，防止雷雨过后大雨对感应元件造成过压过流击穿等问题。此外，还需开展状态监测预警工作，定期检测元件性能，通过数据分析预判元件老化趋势，提前更换接近使用寿命或性能下降的元件，减少元件突发损坏情况。

4 结语

热控仪表对于火电厂来说，在生产过程中具有监测、控制和保护的作用，但是一旦出现故障就会造成安全事故的发生，给运行效率造成不利的影响。在上文分析中针对测量精度偏差、信号传输中断、仪表元件损坏三类故障进行了分析，且提出相关的故障优化改善策略。但是由于设备的运行环境以及机械设备工况不同，在此类故障研究中需要积极引进智能化技术进行配合检测，以实现故障的科学定位，确保设备故障能够及时排除。

参考文献：

[1]刘金梁.火电厂热控仪表常见的故障类型分析及故障排查方法[J].自动化应用 ,2023,64(14):101-103.

[2] 郭玮 . 热控设备常见故障及处理研究 [J]. 造纸装备及材料 ,2024,53(01):30-32.

[3] 项东 . 火电厂热控仪表常见故障改善策略分析 [J]. 仪器仪表用户 ,2024,31(07):107-109.

作者简介：林少华 1995.09.21 男 福建省晋江市 汉族 大学本科 助理工程师 研究方向: 热控仪表