摘要：本文闡述了多種對火電廠熱工自動化儀表的原理，解析熱工自動化儀表經常出現的故障原因并提出相應的維護方案，有效避免絕大多數儀表故障，更好保證自動化電廠的安全、經濟運行。
　　關鍵詞：火電廠熱工自動化;變送器;應用原理;故障
　　導言
　　熱工自動化儀表是熱工自動化系統中關鍵的子系統之一。一般熱工自動化儀表主要由三個部分組成[1]，⑴傳感器，利用各種信號檢測被測模擬量；⑵變送器，將傳感器所測量的模擬信號轉變為4～20mA的電流信號；⑶顯示器，將測量結果直觀地顯示出來，提供結果。這三個部分有機地結合在一起，缺少其中的任何一部分則不能稱為完整的儀表。熱工自動化儀表通過對熱工參數（如溫度、壓力、流量、物位等）的測量，可以及時反映熱力設備的運行工況，為運行人員提供操作依據；為電廠控制系統準確及時提供信號；為信息管理系統提供分析數據。因此，運行良好的熱工自動化儀表是保證熱力設備安全、經濟運行及實現電廠自動化的必要條件[2]。
　　1、主要熱工自動化儀表介紹
　　由于熱工測量過程中所用到的自動化儀表甚多，這里只介紹幾種比較典型的儀表。
　　1.1測溫儀表
　　1.1.1熱電偶溫度計
　　熱電偶溫度計可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。它由感受件熱電偶和用來測量熱電偶所產生的熱電勢的二次儀表組成。由于在一定條件下，熱電偶工作端的被測溫度t與熱電偶所產生的熱勢E之間有確定的函數關系[3]，即E=f(t)(稱為熱電偶的熱電性質)，因此，二次儀表測得的電勢數值就代表著被測溫度。熱電偶溫度計一般用于測量鍋爐煙氣溫度、鍋爐汽包溫度以及汽機主氣溫度等高溫環境。熱電偶在使用中應防止過分折傷，避免產生附加
　　應力和寄生電動勢，造成測溫不準確。常見熱電偶主要特性可見表1-1。
　　                                                                             表1-1常見熱電偶主要特性
　　                              
　　1.1.2熱電阻溫度計
　　在用熱電偶測量500℃以下溫度時，測量精度較低，可采用熱電阻溫度計進行測量。熱電阻測溫值可達-200℃之低。熱電阻溫度計由熱電阻、連接導線和測量電阻值的顯示儀表組成。熱電阻測量溫度的原理是利用一些金屬在溫度變化時其電阻也隨著發生變化的特性，主要有鉑熱電阻和銅熱電阻兩種。熱電阻溫度計一般用于測量循環水溫度、凝結水溫度以及電機軸承溫度等較低溫的環境，熱電阻在使用中應注意以下事項：
　　1）為了減少環境溫度對線路電阻的影響，常采用三線制或四線制連接；
　　2）熱電阻引入顯示儀表的線路電阻必須符合規定值，否則會產生系統誤差；
　　3）熱電阻工作電流要小于規定值（通常為6mA），否則因過大電流產生附加誤差；
　　4）熱電阻的分度號必須和顯示儀表調校分度號相同。
　　常見熱電阻主要特性可見表1-2。
　　                                                                                 表1-2常見熱電阻主要特性
　　                                      
　　1.2測壓儀表
　　1.2.1膜盒微壓計
　　在鍋爐上被廣泛用于送風系統、制粉系統、爐膛負壓和尾部煙道的壓力測量。當被測介質通過取壓管進入薄膜盤，使膜盒的自由端產生位移，帶動傳動機構，使指針軸偏轉，指針即在度盤上指示出壓力值。
　　1.2.2波紋管壓力計
　　用波紋管和彈簧組成的波紋管室作為測量元件。被測壓力經由接頭，毛細管進入波紋管室，波紋管的底部在壓力作用下向上移動，經由傳動機構使指針或記錄筆偏轉，指示或記錄被測壓力。波紋管壓力計常用來指示并記錄鍋爐蒸汽壓力。
　　1.2.3擴散硅式壓力變送器
　　擴散硅式壓力（差壓）變送器是電阻應變式變送器的一種，它采用集成電路技術，在半導體材料硅基片上用擴散工藝形成應變電阻，其電阻變化率與被測壓力成正比。由于單晶硅材料的彈性性能很高，其彈性滯后和蠕變很小，且其壓阻效應又很大，故測壓的轉換精度很高，可以測量幾十千赫的脈動壓力，一般用于測量高壓蒸汽壓力。擴散硅式壓力變送器測量線路原理如圖1-1所示。
　　                                       
　　                                                 圖1-1擴散硅式壓力變送器測量線路原理圖
　　為了保護測壓儀表，一般不允許壓力計指針經常處于刻度上限處，但選用測量范圍過大的儀表又會影響測量結果的準確性。如果被測壓力相當穩定，則被測壓力的正常值應在壓力計測量范圍的三分之二處；如果被測壓力經常變動，則其正常值應在壓力計測量范圍的二分之一處。
　　1.3流量儀表
　　1.3.1容積式流量計
　　容積式流量計是通過儀表殼體中不停轉動的具有計量容積的轉子的計數來測定體積流量的。若流體流量較大，則其轉子轉速也越快，從而可測取流量，這類流量儀表有橢圓齒輪流量計、腰輪（羅茨）流量計和旋轉活塞式流量計等。容積式流量計可用于鍋爐燃油流量的測量。
　　1.3.2差壓式流量計
　　差壓式流量計是利用流體流動中造成的差壓與其流速成一定關系，并測取其差壓之大小來測流量的。當流體中放入某節流元件時，該節流元件前后分別造成不同的靜壓力，測取這靜壓力之差便可以得知流量，這類流量計主要有彎管流量計和皮托管流量計，在鍋爐蒸汽流量測量中普遍采用。
　　1.3.3微機型數字流量計
　　由于模擬顯示儀表測流量時設備多、成本高、精度也不能夠滿足，因此微機型數字流量計代替傳統的模擬儀表進行流量測量成為一種趨勢。微機型數字流量計具有以下特點：
　　1)能夠利用軟件實現多個中間變量的運算和補償；
　　2)以數字量顯示各種單位的流量，并通過網絡傳遞流量信息到主控室或其他設備；
　　3)顯示具有實時性，并能夠進行存儲及報警。
　　                                              
　　                                                                                圖1-2微機型數字流量計組成框圖
　　圖1-2為微機型數字流量計的組成框圖。下面通過常用的標準節流裝置測量過熱蒸汽流量來介紹微機型數字流量計的工作過程。微機型數字流量計通過三個變送器DBC、DBY、DBW分別測量節流裝置的差壓、流體壓力和溫度，并轉換成電流信號，再由電流電壓轉換器I/U及A/D轉換器將電流信號最終轉變成數字量，此數字量再通過CPU運算處理，最后由LED進行數字顯示或由打印機進行打印。微機型數字流量計可用于供熱系統及生產過程中對介質為水蒸氣或其他液體、氣體等的瞬時流量的測量、監視、報警。
　　1.4物位儀表
　　1.4.1電容式物位傳感器
　　電容式物位傳感器有兩個導體電極（通常把容器壁作為一個電極），由于電極間是氣體、流體或固體而導致靜電容的變化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三種形式，即棒狀、線狀和板狀，其工作溫度、壓力主要受絕緣材料的限制。電容式物位傳感器可以采用微機控制，實現自動調整靈敏度，并且具有自診斷的功能，同時能夠檢測敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的故障等，并可以自動報警，實現高可靠性的信息傳遞。由于電容式物位傳感器無機械可動部分，且敏感元件簡單，操作方便，在清水池、水箱等液位測量中廣泛應用[4]。
　　1.4.2超聲波物位傳感器
　　超聲波物位傳感器是一種非接觸式的物位傳感器，應用領域十分廣泛。其工作原理是，工作時向液面或粉體表面發射一束超聲波，被其反射后，傳感器再接收此反射波。設聲速一定，根據聲波往返的時間就可以計算出傳吸器到液面（粉體表面）的距離，即測量出液面（粉體表面）位置。超聲波的頻率愈低，隨著距離的衰減愈小，但是反射效率也小。因此，應根據測量范圍、物位表面狀況和周圍環境條件來決定所使用的超聲波傳感器。高性能的超聲波物位傳感器由微機控制。以緊湊的硬件進行特性調整和功能檢測。它可以準確地區別信號波和噪聲，因此，可以在攪拌器工作的任況下測量物位。此外，在高溫或吹風時也可檢測物位，特別是可以檢測高粘度液體和粉狀體的物位。
　　2、熱工自動化儀表故障分析及維護
　　正因為熱工自動化儀表在自動化電廠中的重要作用，所以必須盡量避免儀表的故障或損壞，雖然目前在電廠中使用的自動化儀表都有較高的可靠性，但在實際應用過程中總會出現很多故障，去除產品本身質量問題，主要的故障原因有密封問題、振動問題、維護不當、非人為破壞及人為破壞等五大類，各種故障原因所占的比例如圖2-1所示。
　　                                                 
　                                                                　圖2-1各種故障原因比例圖
　　如圖所示，由于密封問題所造成的儀表故障比例高達60.5%，主要原因有：
　　（一）、由于自動化儀表的電纜接線密封不良而使雨水或者其他液體進入儀表內部，從而導致儀表內部電路故障或機械部分潤滑不良。針對這種情況，在設備訂貨時不要疏忽儀表進線電纜的密封接頭，而且在選型上要注意接頭尺寸與電纜外徑相匹配，安裝、維護時要按照規范安裝并擰緊密封接頭；因特殊情況不能可靠密封時可采用硅膠，玻璃膠等封死接口。
　　（二）、儀表蓋密封不好也是導致故障率較高的另一主要原因，這一原因可導致水或者其他腐蝕性物質進入表內對儀表內部器件進行腐蝕。針對這種情況，維護人員必須選取外殼防護等級較高的儀表，準確安裝好儀表蓋，并擰緊固定螺絲，必要時可為儀表安裝保護箱。
　　維護不當和人為破壞所造成的故障，可統稱為人為因素故障，這是由于維護人員個人技術原因或者責任心不強對儀表進行了不規范的維護，使儀表產生了故障或者由于儀表部件、電纜被盜而造成的儀表不能正常工作，人為因素故障的比例達到了28%，針對前一種情況，維護人員必須認真學習專業技術和操作規程，并嚴格按照技術要求和操作規程進行操作，并樹立敬業愛崗的精神；對于后一種情況，必須加強電廠的設備監控及防盜管理。
　　非人為破壞是指在電廠的自動化流水作業過程中，由于非正常情況（如異常物料或者異常工況等）對熱工自動化儀表產生的破壞或者損傷而引起的儀表故障，這種情況出現的概率雖然較低，但由于其突發性和不可預測性，防治比較困難，這種情況要求現場人員集中注意力，對所負責工作一絲不茍，充分檢查電廠作業流程，及時發現異常并采取措施以保證作業的正常進行。
　　振動問題雖然在所有原因中所占的比例不高,但也是不容忽視的問題,常見的有儀表的固定螺絲或者卡套松動、儀表接線不良、焊口裂縫等故障現象。可采取相應的對策如牢固擰緊固定螺絲或卡套，每個螺絲都保證配有防松彈簧墊片，增加橡膠墊、支撐架來緩解振動，加強日常巡檢，將隱患消滅在萌芽狀態。
　　3、結束語
　　通過介紹幾種主要的熱工自動化儀表的應用原理及應用場所，說明了熱工自動化儀表在自動化電廠中起著關鍵性的作用，接著分析了熱工自動化儀表經常出現的故障原因和相應的維護對策，總結了如果能提前做好維護工作，就能避免絕大多數的儀表故障，就能更好地保證自動化電廠各個環節的正常工作，還可以減少維護強度和備件費用等，保證熱力設備安全、經濟運行，為自動化電廠更好的運行提供強有力的保證。
　　參考文獻
　　[1]丘梅，黃世光，黃華祥.自動化在線檢測儀表在污水處理中的應用[J].給水排水.2006(5).
　　[2]華東六省一市電機工程（電力）協會.熱工自動化[M].北京:中國電力出版社.2006.
　　[3]黃相農.熱工測量及調節儀表[J].能源技術.2005.2
　　[4]鮑澍.自動化儀表在水處理系統中的應用[J].中小企業科技(創業版).2006(6).