布朗机组热电偶温度显示偏高的原因分析和解决方案
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【摘要】某电厂1#机组停机期间，发现所有的热电偶的温度普遍偏高，针对这种状况，根据热电偶的原理和现场的情况，采用冷端延长法对热电偶进行温度补偿，确保机组安全运行。
【关键词】热电偶；温度偏差；冷端延长；温度补偿
1、问题的发现和危害
某油田自备电厂的两台PG5361燃气轮发电机组承担着为该油田发供电的任务。发电机组的温度控制检测系统在机组的运行中，起着监视和控制机组运行状况的任务，对机组的安全稳定运行有重要意义。在该厂1#机组停机期间，发现所有的热电偶的温度普遍偏高，在环境温度9°左右时，所有热电偶显示温度都在22°左右，如果热电偶的温度显示不准确，就会对机组的运行造成一定的影响。
2、热电偶的基本工作原理
2.1热电偶的测量原理
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体（称为热电偶丝材或热电极）组成闭合回路，当接合点两端的温度不同，存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电势EAB，这就是所谓的塞贝克效应，如图1所示。
热电势包括两部分，即接触电势和温差电势，热电势是二者之和，其中温差电势比接触电势小很多，在计算时，一般忽略不计，因此热电势就是热电偶两个接点温度T和T0的函数，一般表示为：
EAB（T，T0）= EAB（T）-EAB（T0）
当保持T0不变时，热电势就变成温度T这一个变量的函数。
EAB（T，T0）=f（T）
一般情况下把温度较高的一端称为工作端（也称为测量端，温度为T），温度较低的一端为自由端（也称为补偿端，温度为T0），自由端通常处于某个恒定的温度下（最好为0℃）。
2.2热电偶的温度补偿
在实际测量中将热电偶的补偿端保持在0℃是很不现实的。所以，在工程实际中一般使用冷端延长法进行温度补偿。
冷端延长法的思路就是用廉价的导线取代热电偶电极贵金属材料，这样可以降低测量成本，又避免引起测量误差。当远距离测温时，廉价的补偿导线所产生的热电势等于使用昂贵的电极材料的导线在此范围内产生的热电势，即保持EAB（T，T0）基本不变，也就是说使用与热电偶相配的补偿导线进行远距离接线，相当于把热电偶的冷端温度Tn（即冷端温度T0）延伸到温度Ta处，如图2所示：
3.1该电厂的热电偶测温系统的构成
如图3所示，现场的热电偶接线于现场端子箱，然后通过补偿导线引入控制室TS3000控制柜接线端子，从接线端子排到温度变送器之间的导线使用了普通导线，经过温度变送器对热电偶的毫伏电压信号进行运算处理后，输出4-20毫安信号到TS3000模拟信号输入卡件，参与燃机运行的检测和控制。
3.2测温偏差的产生
如上安装有个问题，按照冷端延长法的理论来讲，新的冷端（即热电偶的冷端补偿点）是在TS3000的接线端子排上面，也就是控制室的室温T3，而P+F温度变送器在对热电偶的信号进行运算时，是用其上部的热敏电阻测得的温度T4做为冷端补偿点的。在理论情况下，如果T3=T4，那么温度变送器计算出的温度（T）应该与测量点的温度（T1）是一样的，即：T=T1。但实际情况是，由于温度变送器在工作的时候，有热量产生，且紧密排列，散热效果不好，其热敏电阻测得的温度T4大于室温T3，导致温度变送器计算出的温度（T）与实际测点的温度（T1）之间就有了差值T，即：T=T1+T。在本例中，经过现场实际测量，在测量点温度为9℃，控制室温度为26℃，温度变送器上部温度为38℃的情况下，温度变送器计算出的温度（T）为21.16℃，即：显示温度比实际测量点的温度高了约12.16℃。
为了验证的分析，在一个温度测点进行了试验。如下表所示，在燃机的温度测点中发电机的定子温度采用的是热电阻测量元件，测量值约9℃左右，与大气温度相近，是准确的。而排气温度和轮机间温度采用的是热电偶，测量值为20℃左右，与大气温度存在较大误差。
在机组停机的情况下，用补偿导线替换了一级前外侧轮间热电偶aTTWS1AO2的普通导线，使原显示温度22℃变化为较为准确的8.8℃，基本与大气温度一致。
上述实验结果验证了的分析，即：测量误差是由于温度变送器采用的冷端补偿点温度与延长导线的冷端补偿点不一致产生的。
4、解决方案
4.1方案选择
第一种解决方案
把P+F温度变送器重新编程，使用固定的外部补偿温度。比如，使用空调设备使室温基本维持在25℃，通过编程等手段使温度变送器采用25℃作为固定的补偿温度值。优点是不增加硬件改造，操作较简单，缺点是在室温变化时，会有相应的偏差，同时费用也无法确定。
第二种解决方案
把TS3000接线端子到温度变送器之间的普通导线换为补偿导线。优点是费用较小，操作简单，方案较易实现，缺点是需要购买补偿导线进行接线改造。
5、结论
通过试验说明，可以用价格相对低廉的导线取代热电偶电极贵金属材料，解决该机组热电偶测量出现的温度差。同时，通过此案例，建议在热电偶安装施工中，一定要注意一些很小的细节问题，避免由于小的疏忽产生的人为误差，使设备的测量更准确，来保证设备的准确监测和安全运行。
参考文献
[1]TS3000燃气轮机控制系统.TRICONEX
[2]热电偶测温（美）P.A.金齐.1980年，原子能出版社