自动控制系统中模拟量数据准确性分析

摘 要

针对目前自动控制系统中模拟量信号不仅用于显示、协调控制而且参与联锁保护的比例也日益增加，数据的准确性、可靠性也越来越重要。针对实际运行中出现的一些问题，采用与实验室试验相同的方法进行数据量值传递至自动控制系统的试验，排查采样信号在传输过程中出现的一系列外界因素干扰、数据偏差等问题，进行分析，使模拟量数据在自动控制系统中得以准确的运用。

【关键词】模拟量 量值传递 准确性分析

近年来，随着自动化水平的不断提高，各类压力、温度、电测变送器得到了大量的应用。其数据直接进入分散控制系统（DCS）、可编程控制装置（PLC）等自动控制系统中进行显示、调节，甚至参与到联锁保护中。如今，电气操作系统全部为ECS电气控制系统，也纳入到DCS系统中进行监控。电气模拟量信号如有功功率、无功功率、电流、电压、频率等电量参数通过现场电测量变送器转换为4～20mA直流模拟量直接送至ECS控制系统内的板卡，进行A/D转换，由数字量传输至ECS自动控制系统中。它不仅能通过终端显示器显示出被测量的大小以便运行人员的监视设备运行状况，更重要的是在DCS系统中参与AGC、一次调频等调节控制。通过十几年的应用，各类变送器在准确度、稳定性和被测量读取数据的精确性和维护方面都比指示仪表有了很大程度的提高，但电测量变送器的现场所测的实际数值的准确性常常会得到一定的质疑。那么试验室里检验合格的变送器在现场使用中与检验的结果有没有发生变化？在发电生产过程中出现的变送器输出至自动控制装置后数字跳变等现象，能否通过现场检修中的数据源与采集终端比对的方法提前发现问题，并在设备投入运行前得以解决。

1 异常情况介绍及分析

（1）设备停运时CRT显示被测量一次值为负值，变送器零值输出漂移，主要考虑电磁干扰，输入信号衰减、放大，工作环境温度变化等原因。

（2）当变送器有输出给AI卡时，CRT仍无示值显示。经检查变送器输出至A/D转换AI卡出现跳线错误，人为错误，经检查DCS控制系统AI板卡跳线有两种方式，改变跳线后，显示正常。

（3）某机组（600MW）一次调频频率变送器跳变，在50Hz标准值±0.05Hz来回波动，使调频自动跟踪频繁启动。检查人员通过并接频率变送器将频率信号送至故障录波器记录波动信号。在一次调频变送器再次跳变时发现故障录波器所采集的频率信号并无波动。最终查找出是一次调频变送器输出信号屏蔽电缆未可靠接地，可靠接地后现象消失。

（4）某机组（300MW）400V系统顶轴油泵电机电流出现CRT显示值跳变波动，随后变成坏点显示。现场检查，因信号电缆受外介干扰产生交流电压75V，使板卡输出错误，并烧坏AI板卡。断开电缆对地测量，电压消失，再重新接入又有电压，为消除输出量在传输中受一次设备的交流量干扰，更换了信号电缆备用线芯，并在输出信号量接入AI板卡前端加装无源信号隔离器，屏蔽掉交流干扰信号，显示恢复正常。

（5）某机组（300MW）有功功率波动造成AGC跳闸。机组有功功率无规律地出现十几次的有功功率波动情况，波动范围分别为270～306MW、268～307MW、220～250MW等，最大值由268～307MW（每次波动时间均不超过1秒钟），其有功变送器输出去DEH三只变送器均有突跃值，波动30MW左右，PMU同步测量装置也偶尔记录波动情况。发电机机端电流、电压，励磁电流、电压均有不周程度的波动。在排除有功功率变送器故障、二次回路故障、4-20mA输出量畸变、输出量屏蔽故障及一次设备故障之后，分析：一为有功功率变送器和调频变送器测量上限（对应一次参数）偏大使用，AGC、DEH自动装置用三选一变送器误差方向不一致，扩大了波动范围，将自动系统用三选一的发电机有功功率和频率变送器误差方向调整到一致或非常接近，重复进行变送器输出纹波含量和响应时间的测试，得出结论均在该等级允许范围内。二为电缆槽盒内敷设的动力电缆和信号电缆的敷设受空间影响无法做到完全分层隔离；更换成带屏蔽外壳的电测量变送器，将变送器输出至电子间模拟量板卡前加装无源交流信号隔离器，使信号电缆在电缆槽里不受交流电缆的干扰；三对机组实际有功功率输入采样信号和指令信号的偏差在工程师站的组态中增加采样速率变化限幅，限制在180MW/min（30mw/s）的幅值变化，同时增加采样时间宽度以避开信号的突变值。经过以上处理后机组没有再出现有功功率波动情况，有功功率输出至自动装置值正常。

2 做电测量变送器现场校准实验

在300mw机组400V开关室内对顶轴油泵电机电流变送器进行校准，在前面运行过程中出现CRT显示值跳变波动，随后变成坏点显示现象进行现场测试。经脱开CT二次回路和变送器输出至AI卡信号电缆后检查发现，电量变送器输出正常，测输出至AI板卡信号电缆有75V左右的交流电压。经热工人员检查为AI板卡被烧坏，因信号电缆受外界干扰产生交流电压，使用板卡输出错误。断开电缆对地测量，电压消失，再重新接入又有75V电压，为消除输出量在传输中受一次设备的交流量干扰，进行下列试验，通过试验，将故障消除在萌芽中。

2.1 现场试验方法

（1）在变送器端子接线处接入0.05级便携式电测量变送器校验标准装置，（使用的0.05级便携式电测量变送器校验装置必须是在合格的有效期使用范围）；

（2）在变送器输出至ECS控制系统A/D转换板卡处串接一块5位半的标准数字电压表；

（3）根据一次电压、电流变比和变送器输出值，对应计算出CRT应显示的数值与CRT实际显示值比较，判断A/D转换AI板卡的转换准确性。这也实现了对AI板卡数字转换的又一次校准。

2.2 现场试验接线原理图

如图2所示。

2.3 现场试验数据

电流变送器参数 型号：****

等级指数：0.5级 输入：AC 5A 50Hz

输出：DC 4-20mA/0-5A 辅助电源：AC 220V

一次倍率：150A/5A

如表1所示。

2.4 电流变送器响应时间的现场试验

按照上述电流变送器的接线原理，继续做电流变送器的响应时间的现场试验。标准装置自动输出变送器满量程一阶跃值，测得上响时间178.2ms，下响时间185.7ms，这时查看CRT同步显示的历史数据，交流电流显示有明显的突变值，显示150.7A，189ms。通过响应时间试验，说明变送器在接收输出突变值时能在规程规定的时间内做出相应的输出反应。

由于是对变送器现场工作情况的了解和新设备的调试，所以只作示值的测试。

从各试验数据与试验室试验结果比较可得：变送器现场误差测试，在允许参比条件范围的环境中，其误差基本上不受影响，但可以排查测量设备的多方面影响量的故障。

3 结论

电流变送器的试验方法也可运用到其他电测变送器及压力、温度变送器等其他模拟量信号中，将数据源的实验室数据与控制系统中的数据进行比对找出偏差并进行校准。通过对自动控制系统中的模拟量进行现场试验及数据准确性分析，可避免因整套检测设备在模拟量经过三次转换过程中出现问题，以及变送器在现场环境下的误差改变情况。充分利用自动控制系统中模拟量的越限报警、历史数据查询等功能，保证了整个控制系统的正常运作。

作者单位

皖能铜陵发电有限公司 安徽省铜陵市 244000