摘要：介绍了热电阻测温原理 分析了热电阻测量回路的特点 温度测量系统存在电缆连接端子接触不良、断线或者受到干扰时设备保护误动作提出了解决措施。
关键词：热电阻；Pt100；DCS系统；保护误动作
引言
火电单机组容量越来越高，而机组的稳定运行关乎到社会责任、经济效益和设备安全。单元机组包含设备种类繁多，保证各设备稳定协调运行，已成为保障机组安全稳定运行的重要手段。由于受金属温度的限制，各旋转设备的轴系温度保护在保护措施中尤为重要。
在集散控制系统（DCS）中，组成温度保护的测温元件大部分使用的是热电阻（RTD）。热电阻测温保护多由热电阻、电缆、RTD输入卡、组态逻辑判断和显示部分组成。一般情况下，设备使用的测温元件类型为Pt100。
热电阻是利用导体自身电阻值随着温度的改变而变化，从而通过测量电阻值来间接测量温度的元件。它是一种正温度特性的元件，所以其温度测量系统存在电缆连接端子接触不良、断线或者受到干扰时测量回路电阻会变大，导致DCS系统判断为现场设备温度过高，从而造成设备保护误动作。
在以往的工程中处理此类故障的方法多种多样，有对信号进行多重化处理的、有把热电阻改成热电偶、有对保护增加延时触发动作的、有对保护动作判断条件增加温度变化速率限制的。这些方法各有利弊都能起到一定的改善作用，由以往多个的现场调试经验中可以判断，温度变化速率限制是最有效且最经济的办法。
1.信号进行多重化处理
该方法一般用于轴承温度测点有冗余或者工艺上有冗余的情况，比如某轴承的温度左右侧各有一个测点或多个测点，在轴承旋转的过程中一侧是受力面，另一侧是测量的是非受力面，在运行中受力面的温度一般会比其余侧高 1℃～3℃，但是两侧点的温度变化曲线基本上是平行的。所以如果有两点的温度值偏差过大，则表示一个测点出现了问题，应该切除保护，以免误动作。根据现场情况设计的信号多重化判断逻辑下图所示。
动作原理如下：按温度输入信号数量分成三路或两路取，取一路温度输入的保护动作值与上其余温度输入的报警值。如图例，当温度3超过报警值且与温度1、温度2的正偏差值过大超过报警值75℃与保护值80℃的差值5℃时，从而可以很好的避免保护误动作。但其限制条件是至少有一支冗余的温度测点，所以现实应用中无法普及至所有的热阻元件温度保护。
2.热电阻改成热电偶
这种方式多用于设计前期提前考虑，利用热电偶的测温原理与热电阻测温原理不同，热电偶断线时输出热电势为0，补偿电缆接触不良时输出热电势小于正常时的热电势；在DCS系统显示温度低于测点位置实际值，所以能有效防止温度保护误动。其限制条件为：热电偶的测温范围较宽（-200℃～1300℃），大于热电阻的测温范围（-200℃～850℃），但轴承类的温度保护定值较低（多在60℃～150℃之间）故精确度较低；安装时热电偶需配套相对应的补偿电缆，故使用成本较热电阻高。
3.保护增加延时触发动作
这种方法利用DCS系统内延时模块来实现，当温度测点由于接线端子松动、回路断线时保护增加延时触发动作判断逻辑下图所示。
动作原理如下：温度输入信号先分成两路，分别为静态闭锁回路、温度保护定值回路，再经由延时模块TON延时2秒后输出。该方法能避免温度回路断线和波动周期小于（延时模块设定值）2秒干扰信号的保护误动作。在实际现场应用中发现保护逻辑中延时模块定值设置过小时往往起不到克服断线和干扰造成的设备误动作；如果延时模块定值设置的过大时，温度在达到保护定值后还会在延时期间继续升温，故保护动作后仍然有设备损坏的风险。
4.保护动作判断条件增加温度变化速率限制
从热力学和现场工艺来说，温度的变化在正常情况下应该是一个缓慢的过程，只有在测温元件故障、接线端子松动、回路断线或者受到干扰等等异常情况时，造成回路电阻增大，导致温度值突变出现陡升和陡降的现象。根据此原理，我们可以在 DCS 系统中设置相应的逻辑判断回路来识别异常情况，以免保护误动作。根据现场的模拟断线试验、接线松动试验和现实中温度跳变的数据设计的速率限制判断逻辑下图所示。
动作原理如下：温度输入信号分成三路，分别为静态闭锁回路、动态闭锁回路、温度保护定值回路，形成了三个判据来确定最后的保护输出。第一路静态闭锁回路：模拟量温度输入信号进入质量判断块 QC，该块的功能是判断回路电阻为无穷大或者超过某一定值时输出为1，再经过取非块，用于温度回路断线、测温元件故障时闭锁保护输出。第二路动态闭锁回路：信号进入速率限制块，进行当前温度的变化速率是否超过定值，如果超过了定值，则和后面的取非块、RS触发器以及逻辑与模块组成逻辑，形成两个判据，用于接线端子松动时闭锁出保护输出。第三路为保护定值回路：信号进入高限块，进行当前温度是否超过温度定值，用于正常温度超限保护输出。
实际工作中曾出现元件温度指示数值变化的现象。某元件温度指示数值一直非常稳定、准确但在某一时刻突然上升或下降变化之后又迅速恢复稳定，此时已不同于原显示值。出现这种现象的原因是温度测量线路存在只松不动的地方，接触电阻突然增大并且这个接触电阻非常稳定，不存在接触电阻忽大忽小的现象，所以温度显示值会突变完之后又恢复稳定，当再次稳定值高于保护定值时会触发保护误动。这种隐患不易被察觉危害极大。对于这种现象第二路动态闭锁回路能够很好的将其屏蔽，防止保护误动。
结束语
以上提出的速率限制的方法2017年在新疆奎屯华仪锦龙2*100MW机组中已投入生产实践中，有效避免温度保护误动为设备长时间稳定运行提供可靠保障，解决了由于热电阻断线或者受到干扰而产生的保护误动作的问题提高了电厂辅机的可靠性，为电厂产生了一定的经济效益。
参考文献：
[1]《火电工程调试技术手册 热工卷》河南省电力公司编 北京：中国电力出版社，2003
[2]《热工仪表及自动装置/火电厂生产岗位技术问答》编委会编 北京：中国电力出版社，2011
作者简介：张志新（1977-），男，新疆华仪锦龙2*100MW热电工程项目热工调试负责人，中级工程师，中国电建河南工程公司调试公司。
论文作者:张志新1,沈鹏飞2,刘帅德3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：温度论文; 回路论文; 热电阻论文; 测温论文; 断线论文; 定值论文; 元件论文; 《电力设备》2018年第19期论文;