摘要：針對壓力開關在火力發電機組運行中經常出現問題，干擾技術人員的判斷，給設備安全運行帶來隱患。文章分析了壓力開關測量的原理及存在的問題，提出了優化的必要性和可行性，并利用機組停機期間進行改造。優化后，效果非常明顯，排除了信號誤報、監視困難等問題，提高了機組運行的可靠性。
0引言
發電廠是一個龐大、復雜的熱力系統，測點數量巨大，測量方式多樣。其中，壓力作為非常基本的測量信號，其布置非常廣泛，大到汽水系統，小到輔機油站等，都離不開對壓力的測量。從測量類型分類，壓力測量可分為開關量、模擬量。開關量測量主要元件是壓力開關，實現對系統壓力、濾網差壓、物位高低等的測量。模擬量測量主要元件是變送器，完成同樣的功能。然而，不管采用何種測量方式，都要求信號可靠、及時、誤差在允許范圍內，滿足熱力系統、設備的監視及保護功能。本文根據機組實際運行中，壓力開關經常出現誤動以及無法監視壓力等情況，對壓力開關測量方式進行了詳細地分析、探討及改造，從而使壓力測量更合理、更可靠，便于技術人員分析，及時消除系統存在的隱患。
1事件簡介
案例1：某廠主機和小機的調節保安系統用油均采用高壓抗燃油。抗燃油系統設置兩臺柱塞式油泵，每個油泵出口裝有濾網，并在濾網筒體上安裝差壓開關，進行油泵出口濾網差壓監視。此差壓開關為彈簧管型開關。在機組運行過程中，開關經常動作，發出報警信號。隨后，維護人員進行濾網、壓力開關更換，但都沒有*解決問題，以致此差壓信號失去監視的意義，極大地影響機組安全運行。
案例2：某廠引風機小機油系統采用兩臺雙聯葉片泵，一臺運行，一臺備用，提供小汽輪機及減速機的潤滑用油和小汽輪機的控制用油。其中控制油管道安裝兩個壓力開關，定值分別為2.8MPa、3.2MPa。在一次小機閥門電磁閥泄露事件中，控制油兩個壓力開關全部動作，并聯啟備用泵。事后分析發現，運行人員當時無法及時發現油壓變化并采取安全措施，當一個壓力開關動作時，認為誤報警，非常后油壓降至2.8MPa；另一個開關動作聯啟油泵后，才采取有效措施。事后也只能借助就地壓力表，判斷油壓是否穩定、系統能否繼續運行，并進行事故處理。
2問題分析
2.1測量原理
壓力開關使用彈性元件，如膜片、膜盒、彈簧管、波紋管等作為感受件。其接受外界的壓力信號，轉換為彈性元件的彈性位移輸出。當結構、材料一定時，在彈性限度內彈性元件發生彈性形變所產生的位移與被測量的壓力值有確定的對應關系。壓力開關利用這一彈性位移量，使內部金屬接點閉合或斷開，實現對壓力的監測功能。
2.2壓力開關存在的問題
1）蠕變和疲勞形變
彈性元件經過長時間的負荷作用，當負荷取消后，不能恢復原來的形態，這種特性稱為彈性元件的蠕變。在實際應用中，當壓力開關使用時間長，其定值會偏差比較大。尤其安裝在泵出口的壓力差壓開關，隨著泵的啟停次數增多，其容易產生形變，導致測量不準。以上案例1屬于此種。
2）溫度影響
由于溫度的變化，彈性元件材料的彈性模量相應變化，所以彈性元件的剛度發生變化，這將影響彈性元件的輸出特性。有些壓力開關直接安裝在被測設備上，與被測流體實時接觸，其受流體溫度變化影響比較大。
3）振動影響
在振動較大的地方，壓力開關容易誤動或設定點發生偏移。
3優化必要性
3.1壓力開關定值容易跑
在日常儀表抽查及檢修過程中可以發現，很多壓力開關定值跑了，即壓力開關實際動作值與原設定值偏差比較大，超出了允許誤差。但相比較而言，壓力變送器出現偏差的現象是非常少的，除少數微差壓。某次檢修，進行爐膛壓力測點校驗，記錄數據如表1、表2所示。
從表1可以看出，3個壓力開關誤差都比較大，已不滿足測量要求。而表2中，爐膛變送器誤差雖有一定偏差，但基本滿足工作要求。
3.2測量功能單一
開關量測量屬于點的監控，功能過于單一，不利于運行人員及時發現系統、設備出現的異常，不利于技術人員對問題的分析和判斷。
在實際運用中，為了便于對系統參數進行有效地檢測，往往設計多個不同定值的壓力開關。在重要的系統中，為了聯鎖、保護可靠性，每個壓力等級下，又設置兩個、3個冗余開關，并且要求每個開關單好取樣，從而使得測量系統變得非常復雜。
3.3工作可靠性低
壓力開關接點有兩種形式，即常開接點和常閉接點，可以根據系統實際應用選擇接點類型。然而，無論常開接點還是常閉接點，可靠性都不高[3]。其主要原因：1）壓力開關無法有效提供其本身測量回路故障的報警。例如工作電壓失去、回路斷線、開關故障等；2）感受元件容易受振動、溫度的影響而誤發信號或失靈。
3.4日常維護量大
壓力開關維護量大主要體現在以下方面：1）開關定值容易跑。因此，需要縮短校驗周期，以確保其準確性；2）在開關突發報警而又缺乏其它有效數據判斷的情況下，譬如模擬量歷史趨勢等，通常需要把壓力開關退出系統，拆除并運回試驗室，重新校驗；3）壓力開關更改定值麻煩。在一些場合需要零點遷移或更改定值時，需要重新校驗開關，而變送器只需要通過HART475手操器在允許范圍內直接遷移即可。
3.5誤差精度低
壓力開關精度等級比變送器低。在常規儀表校驗過程中，壓力開關一般按1.0級校驗，壓力變送器按0.5級校驗。實際上，現在智能壓力變送器的精度等級非常高[1]。例如常用的羅斯蒙特壓力變送器精度出廠設計為0.075級或0.1級。
4可行性
隨著變送器的精度等級越來越高，以及智能變送器的普遍應用，壓力變送器在精度、參數可靠性、日常維護以及監控功能上都優于壓力開關。但是，根據測量原理，壓力開關進入控制系統的采集時間比變送器快[2]，以及壓力開關在價格方面也有一定優勢。
4.1數據采集時間
對DCS系統而言，壓力開關輸出為數字量輸入（DI）信號，變送器輸出為模擬量輸入(AI)信號。模擬量信號需要經過采樣、保持、量化、編碼轉換為數字量信號才能進入DCS控制器運算處理。因此，在采集時間上壓力開關比變送器快。以下為兩個DCS系統數字量與模擬量采集時間。
從圖2中可以看出，ABB分散控制系統數據采集時間AI為8ms，DI非常快為2ms[5]；OVATION分散控制系統數據采集時間AI為40ms~50ms，DI為3ms~7ms[4]。由于每個DCS系統特性不同，其數據采集時間有一定偏差，但是不管是開關量輸入還是變送器輸入，其采集時間都能滿足發電廠熱力系統的控制要求（除汽輪機超速保護控制系統）。
4.2不同元件反應時間測試
選取火檢冷卻風系統進行測試，該系統包括5個壓力開關、1個變送器，共6個測點。本試驗選擇了其中的定值6.0KPa壓力開關1，定值5.5KPa壓力開關2，壓力變送器（量程0KPa~16KPa），通過啟停風機，來建立或卸放冷卻風壓力。各測量元件把檢測到的壓力變化信號送至DCS系統。在DCS內部，變送器進行壓力低判斷，壓力開關則直接把感受到的壓力低信號輸出至SOE系統。
試驗一，更改壓力變送器邏輯判斷定值為6.0KPa，使之與壓力開關1同定值，試驗數據如表3所示。
試驗二，更改壓力變送器邏輯判斷定值為5.5KPa，使之與壓力開關2同定值，試驗數據如表4所示。
試驗三，SOE系統時間測試，同一時刻觸發信號，記錄結果如表5所示。
以上可以看出，SOE系統正常記錄（見試驗三），在相同定值情況下，變送器整個運算輸出比壓力開關快0s~3s，這與4.1所述不符。這種情況出現與壓力開關整定值與實際動作值有偏差以及壓力開關本身性能有一定關系。
4.3價格比較
普通壓力開關價格約1000元~5000元，如SOR、UE、PALL等；普通壓力變送器價格4000元~6000元，如羅斯蒙特、西門子、橫河等。壓力開關價格相差比較大，總體而言比變送器便宜，但現場常用的壓力開關價格與變送器相差不大。
5優化案例及效果
案例1：原抗燃油系統差壓開關安裝在每臺油泵出口的濾網筒體上，與濾網筒為一體設計，無法直接更換為變送器。另外，由于抗燃油泵管道本身的原因，亦無法直接開孔取樣，但是系統原設計有壓力表，可以利用壓力表預制的取樣管來解決變送器取樣問題。在油泵出口壓力表取壓管安裝三通閥，接出一路取樣管到差壓變送器正壓側；在抗燃油母管壓力表取樣管安裝三通閥，接出另一路取樣管到差壓變送器負壓側。對于差壓變送器，根據壓力大小，選擇高靜壓變送器。改造后，系統運行時差壓信號再無出現問題，使運行人員可以監視濾網差壓變化，從而判斷濾網工作情況，并采用有效措施，保證系統的安全。
案例2：引風機控制油系統原安裝兩個壓力開關，其接頭為標準接口。在不增加額外成本的基礎上，直接拆除其中一個壓力開關，更換為變送器，相應地把信號接線從開關量卡件移至相鄰的模擬量卡件，并在DCS里進行相應的設置，從而完成了壓力開關的優化改造。改造完成后，運行人員可以時刻監視控制油壓的大小，準確地做出判斷。
6結論
1）本文分析得出壓力開關存在如下缺點：定值容易變化、功能單一、可靠性低、日常維護大、精度低；
2）在數據采集上，壓力開關輸出為數字量信號，變送器輸出為模擬量信號。因此，壓力開關理論工作速度比變送器快，但不影響壓力變送器所在的模擬量在熱力系統的控制要求。在實際測試中發現，壓力變送器整個運算周期反而比壓力開關短；
3）壓力開關價格優于變送器，但常用的壓力開關與變送器價格相差不大；
4）通過兩個案例的發生，說明了壓力開關在實際應用中誤動作不利于監視。非常后利用各種方法改造成變送器后，測點可靠性極大提高，方便了運行人員對系統運行的監控。
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