基于maxCHD的冷端溫度補(bǔ)償偏差分析與研究

摘要:針對maxCHDTCS系統(tǒng)的溫度測量模件(iDS01-TC.E)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的測量偏差現(xiàn)象進(jìn)行分析及研究,并結(jié)合實(shí)際提出了針對性解決措施,為減小火電機(jī)組類似的測溫偏差提供了借鑒和參考方案。

關(guān)鍵詞:TCS系統(tǒng):冷端補(bǔ)償:熱電偶

引言

華電浙江龍游熱電有限公司2號(hào)燃機(jī)采用MarkVIe系統(tǒng),2021年控制系統(tǒng)進(jìn)行國產(chǎn)化改造,將GE的MarkVIe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產(chǎn)元器件八通道熱電偶信號(hào)測量卡件(iDS01-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,在國產(chǎn)化改造后,熱電偶卡件的溫度測量與原系統(tǒng)相比出現(xiàn)偏差,嚴(yán)重影響對機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的判斷。經(jīng)過對熱電偶元件及補(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)際提出了針對性解決措施。

1現(xiàn)狀介紹

2號(hào)燃機(jī)國產(chǎn)化后,對2號(hào)燃機(jī)改造前后的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及對比發(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)測量通道的冷端溫度。

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,測量卡件顯示溫度。冰水混合物的溫度在0~4℃,若測得溫度低于這個(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。測量結(jié)果如表1所示。

由測量結(jié)果可知,TC溫度卡件在冰水混合物下測量結(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)償引起測點(diǎn)溫度偏低的原因

熱電偶溫度卡件的熱電勢與溫度計(jì)算方法:

(1)在冷端溫度不為0時(shí),產(chǎn)生的熱電勢為:

式中:E(t,t0)是冷端為t0、熱端為t時(shí)的熱電勢,也就是端子板上的實(shí)測值:E(t0,0)是冷端為0、熱端為t0時(shí)的熱電勢,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)測的E(t,t0),所得的mV值為熱電勢E(t,0)。

(3)正常情況下,當(dāng)冷端補(bǔ)償溫度升高時(shí),端子上的熱電勢會(huì)降低,因此實(shí)際所測得的溫度數(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)際測量有誤差[4]。

2.3TCS系統(tǒng)與MarkVle系統(tǒng)測量誤差

使用我廠MarkVIe系統(tǒng)的測溫卡件,采用冰水混合物法進(jìn)行測量,結(jié)果如表2所示:同時(shí),對比某廠使用的MarkVIe系統(tǒng)的測溫卡件,運(yùn)用3種不同的測量方法,測量結(jié)果如表3所示。

由此測量結(jié)果可知,MarkVIe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溫度卡件測量結(jié)果可知,TC溫度卡件的測量結(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)溫場下,才會(huì)產(chǎn)生測量偏差。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)償溫度造成的測量偏差。

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)償溫度造成的測量偏差。

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)整前后的溫度對比,如表4所示。

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。

針對方案2,為保證測試結(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作對比,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。U205D12是采取方案1優(yōu)化后的溫度趨勢曲線,U205D21和U205D22是采用塑封后冷端感溫元件的溫度趨勢曲線,U205D12在中間,U205D21在U205D12下側(cè),U205D22在U205D12上側(cè)。

通過比較結(jié)果可知,三種趨勢曲線基本一致,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)定性對于熱電廠來說至關(guān)重要,沒有一個(gè)準(zhǔn)確的溫度測量就無法判斷機(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,來從根本上解決測量偏差的問題。