朱力 陳納強(qiáng) 石培 周春 張子軒 李科 曾竹松 代喜國(guó)

摘 要：大型水電廠為了監(jiān)視機(jī)組的有功、無(wú)功、頻率、電壓、各部位壓力、母線電壓等，通常方法是在監(jiān)控LCU配置AI模塊，現(xiàn)地各種模擬量信號(hào)經(jīng)AI模塊上送至監(jiān)控LCU，最后實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)方監(jiān)視。某些重要的模擬量信號(hào)上送至調(diào)度機(jī)構(gòu)，還有些直接影響機(jī)組的發(fā)電控制，模擬量的正常顯示對(duì)發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的作用。本文針對(duì)模擬量信號(hào)接入LCU的不同情況進(jìn)行了深入分析，在模擬量信號(hào)異常時(shí)提出了不同的解決思路，便于大家快速解決問題。

關(guān)鍵詞：LCU；模擬量；有源；無(wú)源

1概述

下位機(jī)即現(xiàn)地控制單元，簡(jiǎn)稱LCU。LCU一般通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串行口與上位機(jī)通訊，具有很強(qiáng)的獨(dú)立工作能力。LCU通過(guò)自身配置的開關(guān)量、模擬量、溫度量模件完成各類輔助設(shè)備信號(hào)的采集與處理，并將信號(hào)上送至上位機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)接受上位機(jī)下發(fā)的操作指令，緊急情況下自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)組事故停機(jī)流程保證電站安全。現(xiàn)地控制單元LCU是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站主輔設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制的樞紐設(shè)備。

現(xiàn)地變送器輸出的模擬量信號(hào)，經(jīng)模擬量隔離器（濾波用，抗干擾）或者直接接至AI模塊，通過(guò)監(jiān)控LCU的CPU進(jìn)行信號(hào)處理及上送至監(jiān)控系統(tǒng)，它傳輸為4000-20000碼值，即回路中為4-20mA電流量，上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中配置有相應(yīng)的高低量程，根據(jù)實(shí)時(shí)上送的碼值換算成相應(yīng)的測(cè)值。

模擬量信號(hào)分為無(wú)源、有源回路，無(wú)源回路中需要提供24VDC，有源回路中不需要提供24VDC。

2回路介紹

2.1 不帶模擬量隔離器，變送器為無(wú)源

變送器為無(wú)源，比如羅斯蒙特的壓力變送器，外部需要提供24VDC，變送器、模擬量模塊、24VDC構(gòu)成一個(gè)回路。常用的模擬量模塊為140ACI04000，有16個(gè)模擬量通道，可以同時(shí)接入16組模擬量信號(hào)至監(jiān)控LCU，每個(gè)模擬量通道的電阻為250Ω，假設(shè)模擬量模塊的第一個(gè)通道接入回路中，模擬量回路中傳輸?shù)臑?-20mA電流量，如圖一。

上圖中，模擬量模塊每個(gè)通道電阻為250Ω，對(duì)應(yīng)模擬量模塊通道電壓cd=250*（4-20mA）=1～5VDC，則有變送器兩側(cè)電壓ab=24-cd=19～23VDC。

2.2 不帶模擬量隔離器，變送器為有源

變送器為有源，比如多功能變送器輸出的電壓、頻率，給變送器提供220VAC的工作電壓，輸入CT、PT信號(hào)時(shí)，根據(jù)內(nèi)部配置，變送器會(huì)輸出電流，根據(jù)電流大小來(lái)表示各個(gè)模擬量的數(shù)值。

輸出的模擬量不需要提供24VDC電壓，變送器、模擬量模塊構(gòu)成一個(gè)回路。每個(gè)模擬量通道的電阻為250Ω，假設(shè)模擬量模塊的第一個(gè)通道接入回路中，模擬量回路中傳輸?shù)臑?-20mA電流量，如圖二。

上圖中，模擬量模塊每個(gè)通道電阻為250Ω，對(duì)應(yīng)模擬量模塊通道電壓dc=250*（4-20mA）=1～5VDC，則有變送器兩側(cè)電壓ab=dc=1～5VDC。

2.3 帶模擬量隔離器，變送器為無(wú)源

模擬量隔離器主要用于對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行濾波，起到抗干擾的作用，一些重要的信號(hào)回路中會(huì)增加模擬量隔離器裝置來(lái)防止信號(hào)的跳變、抖動(dòng)，提高信號(hào)的靈敏度。模擬量隔離器有輸入端、輸出端，需要單獨(dú)給模擬量隔離器供電，當(dāng)輸入端電流多大時(shí)，輸出端就有多大。

變送器為無(wú)源，外部需要提供24VDC，變送器、模擬量隔離器的輸入端、24VDC構(gòu)成一個(gè)回路。模擬量隔離器的輸出端、模擬量模塊構(gòu)成另外一個(gè)回路，模擬量隔離器需要單獨(dú)提供24VDC的工作電壓，模擬量隔離器輸出為有源信號(hào)。假設(shè)模擬量模塊的第一個(gè)通道接入回路中，模擬量回路中傳輸?shù)臑?-20mA電流量，如圖三。

上圖中，R為模擬量隔離器輸入端電阻，R為模擬量隔離器輸出端電阻，模擬量模塊通道電壓dc=250*（4-20mA）=1～5VDC，變送器兩側(cè)電壓ab=24-R*（4-20mA）。

2.4 帶模擬量隔離器，變送器為有源

變送器為有源，無(wú)需外部提供24VDC，變送器、模擬量隔離器的輸入端構(gòu)成一個(gè)回路，模擬量隔離器的輸出端、模擬量模塊構(gòu)成另外一個(gè)回路，模擬量隔離器需要單獨(dú)提供24VDC的工作電壓，模擬量隔離器輸出為有源信號(hào)。假設(shè)模擬量模塊的第一個(gè)通道接入回路中，模擬量回路中傳輸?shù)臑?-20mA電流量，如圖四。

上圖中，R為模擬量隔離器輸入端電阻，R為模擬量隔離器輸出端電阻，模擬量模塊通道電壓dc=250*（4-20mA）=1～5VDC，變送器兩側(cè)電壓ab=R*（4-20mA）。

3故障排查

1）針對(duì)圖一回路，若模擬量信號(hào)出現(xiàn)異常，首先測(cè)量回路電壓是否正常，然后利用鉗形電流表測(cè)量回路電流、或者利用萬(wàn)用表電流檔串入回路測(cè)量電流、或者萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量cd端電壓，然后除以250得出回路中的電流，電流異常表明傳感器或者模擬量通道故障。利用特穩(wěn)校驗(yàn)儀校驗(yàn)?zāi)M量通道來(lái)確定模擬量通道有無(wú)故障。

2）針對(duì)圖二回路，若模擬量信號(hào)出現(xiàn)異常，解開回路，甩開模擬量通道接線，直接利用鉗形電流表測(cè)量變送器輸出的電流、或者利用萬(wàn)用表電流檔串入變送器兩端測(cè)量電流，電流異常表明傳感器故障，若電流正常，表明模擬量通道有故障，需要特穩(wěn)校驗(yàn)儀校驗(yàn)?zāi)M量通道來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。

3）針對(duì)圖三回路，若模擬量信號(hào)出現(xiàn)異常，首先檢查模擬量隔離器供電是否正常及回路電壓是否正常。若供電無(wú)異常后，直接利用鉗形電流表測(cè)量模擬量隔離器的輸入回路電流、或者利用萬(wàn)用表電流檔串入回路測(cè)量電流。

若輸入電流正常，甩開模擬量隔離器輸出端接線，直接測(cè)量模擬量隔離器的輸出端電流，輸出電流正常表明模擬隔離器無(wú)異常，模擬量通道有故障，需要特穩(wěn)校驗(yàn)儀校驗(yàn)?zāi)M量通道來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)；若輸入電流正常，輸出電流異常，表明模擬量隔離器故障；若輸入電流異常，則表明傳感器故障。

4）針對(duì)圖四回路，若模擬量信號(hào)出現(xiàn)異常，首先檢查模擬量隔離器供電電壓是否正常。若供電正常后，解開回路，甩開模擬量隔離器輸入端接線，直接利用鉗形電流表測(cè)量變送器輸出的電流、或者利用萬(wàn)用表電流檔串入變送器兩端測(cè)量電流。

若輸入電流異常，表明變送器輸出故障；若輸入電流正常，解開模擬量隔離器輸出端接線，輸出電流異常，表明模擬量隔離器故障；若輸入、輸出都正常，表明模擬隔離器無(wú)異常，模擬量通道有故障，需要特穩(wěn)校驗(yàn)儀校驗(yàn)?zāi)M量通道來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。

上述針對(duì)不同的模擬量回路分析了不同的故障排除方法，有些模擬量回路檢查過(guò)程中不能斷開回路，此時(shí)只能通過(guò)鉗形電流表測(cè)量電流。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，上述幾種處理模擬量信號(hào)異常的方法簡(jiǎn)單有效，安全可靠，針對(duì)運(yùn)行中的機(jī)組，能及時(shí)消除模擬量信號(hào)異常帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬曉磊，水電廠機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控異常分析與處理，中國(guó)水能及電氣化，2014年第11期；

[2] 林鵬，水電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)研究，科技世界，2017年11期。

作者簡(jiǎn)介

朱力（1987-），男，工程師，雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，從事水電廠二次設(shè)備檢修維護(hù)工作，E-mail：zhuli1@ylhdc.com.cn。

陳納強(qiáng)（1987-），男，助理工程師，雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，從事水電廠二次設(shè)備檢修維護(hù)工作，E-mail：chennaqiang@ylhdc.com.cn。

（作者單位：雅礱江流域水電開發(fā)有限公司）