徐龍魏 陳海文 許天驕 黃月麗 湯可人

（1.華電浙江龍游熱電有限公司，浙江衢州 324400；2.南京國(guó)電南自維美德自動(dòng)化有限公司，江蘇南京 210032）

0 引言

華電浙江龍游熱電有限公司2號(hào)燃機(jī)采用Mark VIe系統(tǒng)，2021年控制系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，將GE的Mark VIe系統(tǒng)改為南自維美德的maxCHDTCS系統(tǒng)。TCS系統(tǒng)采用的溫度卡件為全國(guó)產(chǎn)元器件八通道熱電偶信號(hào)測(cè)量卡件（iD S01-TC.E），卡件自身具有環(huán)境溫度補(bǔ)償功能，理論上模件自身的補(bǔ)償溫度應(yīng)與此卡上面的所有熱電偶元件的冷端溫度一致，才能保證熱電偶信號(hào)的正確冷端補(bǔ)償。然而，在國(guó)產(chǎn)化改造后，熱電偶卡件的溫度測(cè)量與原系統(tǒng)相比出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重影響對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的判斷。經(jīng)過對(duì)熱電偶元件及補(bǔ)償溫度的反復(fù)試驗(yàn)與研究，發(fā)現(xiàn)了造成問題的主要原因，并結(jié)合實(shí)際提出了針對(duì)性解決措施。

1 現(xiàn)狀介紹

2號(hào)燃機(jī)國(guó)產(chǎn)化后，對(duì)2號(hào)燃機(jī)改造前后的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

（1）TCS改造前，2號(hào)燃機(jī)前置模塊天然氣溫度比1號(hào)燃機(jī)前置模塊天然氣溫度平均高0.53 ℃；TCS改造后，2號(hào)燃機(jī)前置模塊天然氣溫度均值比1號(hào)燃機(jī)低3.78 ℃。

（2）TCS改造前，2號(hào)余爐進(jìn)口左側(cè)煙溫比1號(hào)余爐進(jìn)口左側(cè)煙溫高約2.22 ℃，2號(hào)余爐進(jìn)口右側(cè)煙溫比1號(hào)余爐進(jìn)口右側(cè)煙溫高約0.88 ℃；TCS改造后（燃料配比83），2號(hào)余爐進(jìn)口左側(cè)煙溫比1號(hào)余爐進(jìn)口左側(cè)煙溫低約3.83 ℃，2號(hào)余爐進(jìn)口右側(cè)煙溫比1號(hào)余爐進(jìn)口右側(cè)煙溫低約3.15 ℃。

由這兩個(gè)現(xiàn)象可以看出，2號(hào)燃機(jī)的溫度測(cè)量值在改造前后有明顯的變化，這個(gè)差異會(huì)直接影響機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)的溫度定值。

2 原因分析

根據(jù)熱電偶卡件補(bǔ)償溫度原理，每塊卡件的補(bǔ)償溫度與此卡上面的所有熱電偶元件的冷端溫度一致，然而，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況是每塊卡件的第五通道接出一支感溫元件作為補(bǔ)償溫度，如圖1所示，并無法體現(xiàn)整塊卡中每個(gè)測(cè)量通道的冷端溫度。

圖1 冷端溫度感溫元件

2.1 機(jī)柜內(nèi)部冷端溫度異常的試驗(yàn)與分析

將元件直接插入冰水混合物，另一端直接接入卡件，測(cè)量卡件顯示溫度。冰水混合物的溫度在0～4 ℃，若測(cè)得溫度低于這個(gè)范圍則補(bǔ)償溫度偏低，若高于這個(gè)范圍則補(bǔ)償溫度偏高[1]。測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 冰水混合物下2號(hào)燃機(jī)TC 溫度卡件補(bǔ)償溫度對(duì)比情況

由測(cè)量結(jié)果可知，TC 溫度卡件在冰水混合物下測(cè)量結(jié)果明顯偏低，比標(biāo)準(zhǔn)偏低1.28 ℃左右，可知卡件的補(bǔ)償溫度偏低。

2.2 冷端補(bǔ)償引起測(cè)點(diǎn)溫度偏低的原因

熱電偶溫度卡件的熱電勢(shì)與溫度計(jì)算方法[2-3]：

（1）在冷端溫度不為0時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)為：

式中：E（t，t0）是冷端為t0、熱端為t時(shí)的熱電勢(shì)，也就是端子板上的實(shí)測(cè)值；E（t0，0）是冷端為0、熱端為t0時(shí)的熱電勢(shì)，也就是冷端補(bǔ)償值。

（2）因此TCS 最后顯示數(shù)值=補(bǔ)償溫度折算的E（t0，0）+端子上實(shí)測(cè)的E（t，t0），所得的mV值為熱電勢(shì)E（t，0）。

（3）正常情況下，當(dāng)冷端補(bǔ)償溫度升高時(shí)，端子上的熱電勢(shì)會(huì)降低，因此實(shí)際所測(cè)得的溫度數(shù)值不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。但是TCS系統(tǒng)的熱電偶并非如此，由于其冷端感溫元件裸露在接線端子附近的空氣中，補(bǔ)償溫度是卡件附近的空間溫度，受氣流影響較大，并不能反映每個(gè)端子的實(shí)際冷端補(bǔ)償溫度，所以采集的溫度與補(bǔ)償電纜所接的端子冷端溫度存在誤差，導(dǎo)致實(shí)際測(cè)量有誤差[4]。

2.3 TCS 系統(tǒng)與Mark VIe系統(tǒng)測(cè)量誤差

使用我廠Mark VIe系統(tǒng)的測(cè)溫卡件，采用冰水混合物法進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表2所示；同時(shí)，對(duì)比某廠使用的Mark VIe系統(tǒng)的測(cè)溫卡件，運(yùn)用3種不同的測(cè)量方法，測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表2 我廠Mark VIe系統(tǒng)測(cè)溫卡件冰水混合物測(cè)量比對(duì)記錄

表3 某廠測(cè)溫卡件結(jié)果

由此測(cè)量結(jié)果可知，Mark VIe系統(tǒng)的TC 溫度卡件補(bǔ)償溫度普遍偏高，偏差約+1.48 ℃；而由前面TC 溫度卡件測(cè)量結(jié)果可知，TC 溫度卡件的測(cè)量結(jié)果比實(shí)際溫度偏低，兩者之間的差值需要進(jìn)行優(yōu)化及修正。

3 優(yōu)化方案

從原因分析的結(jié)果來看，TC 溫度卡件測(cè)量的偏差主要是由于端子排與冷端溫度感溫元件不在同一個(gè)溫場(chǎng)下，才會(huì)產(chǎn)生測(cè)量偏差。和DCS廠家溝通后，有以下兩種解決方案可以優(yōu)化：

方案1：在現(xiàn)有情況下，可以將冷端感溫元件放到接線端子內(nèi)，并用螺絲緊固，使得感溫元件與端子排直接接觸，如圖2所示，此方法更能直接反映端子處的冷端補(bǔ)償溫度，減少因補(bǔ)償溫度造成的測(cè)量偏差。

圖2 冷端感溫元件調(diào)整后位置

方案2：DCS廠家將冷端感溫元件焊接到PCB 上，然后通過塑料套管進(jìn)行塑封，如圖3所示，此方法不僅可以防止溫度元件管腳損壞，而且可以規(guī)避風(fēng)速流動(dòng)等因素的影響，減少補(bǔ)償溫度造成的測(cè)量偏差。

圖3 塑封后的冷端感溫元件

4 優(yōu)化后結(jié)果

基于方案1的優(yōu)化試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)了補(bǔ)償溫度元件調(diào)整前后的溫度對(duì)比，如表4所示。

表4 補(bǔ)償元件位置調(diào)整前后測(cè)量溫度對(duì)比

通過比較結(jié)果可知，冷端感溫元件調(diào)整后，補(bǔ)償溫度均值升高1.36 ℃，查閱燃?xì)馊肟跍囟?、2、3，調(diào)整后溫度均值提高約1.5 ℃，三點(diǎn)間溫差更小，調(diào)整后的溫度穩(wěn)定性更好。

針對(duì)方案2，為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)采用兩個(gè)塑封后的溫度元件分別與方案1作對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。U 205D 12是采取方案1優(yōu)化后的溫度趨勢(shì)曲線，U 205D 21和U 205D 22是采用塑封后冷端感溫元件的溫度趨勢(shì)曲線，U 205D 12在中間，U 205D 21在U 205D 12下側(cè)，U 205D 22在U 205D 12上側(cè)。

圖4 兩種方案的趨勢(shì)對(duì)比

通過比較結(jié)果可知，三種趨勢(shì)曲線基本一致，平均誤差在0.3 ℃（安裝位置不一樣引起的），塑封后的感溫元件測(cè)量結(jié)果近似等于方案1，后續(xù)廠家將采用改進(jìn)后的冷端感溫元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

5 結(jié)語

熱電偶的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性對(duì)于熱電廠來說至關(guān)重要，沒有一個(gè)準(zhǔn)確的溫度測(cè)量就無法判斷機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，而冷端溫度的補(bǔ)償也決定著熱電偶的準(zhǔn)確度。本文的冷端溫度分析方法及優(yōu)化方案可以作為其他廠的借鑒，也可以通過調(diào)研其他廠的冷端補(bǔ)償溫度設(shè)計(jì)方案，來從根本上解決測(cè)量偏差的問題。