张家口发电厂二号机组远程I/O改造工程分析
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摘要 张家口发电厂二号机组机炉部分较为集中的温度均采用热电偶温度测量法，此种方式存在很多缺点。经过前期调研、技术论证和现场施工，张电成功对其进行远程I/O改造。改造后，测量结果更为准确，操作简单，维护方便，长期运行未出现异常，达到了改造要求。
关键词 温度；远程； I/O
中图分类号 TM307.3 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0148-02
1 提出背景
张家口发电厂二号机组机炉部分较为集中的温度诸如汽机缸壁温度、抽汽温度、主汽温度、发电机定子线圈及风温、锅炉过、再热器及汽包壁温等均采用的热电偶温度测量法，通过就地恒温箱补偿装置实现温度的测量，此恒温补偿装置为上海海宁公司的JZC-15恒温补偿器，该设备的主要缺点有：
1）设备质量可靠性差，主要表现为对环境适应能力差，由于设备安装在就地，环境恶劣，设备的使用寿命不能保证，易损坏，且备件费用高。
2）设备精度差，补偿不准，即使同一补偿器，环境温度相同，但输出补偿的温度高低不同，造成温度测量显示不准。
3）对远程I/O而言，每个恒温补偿器只能接收15个温度点，每个温度输入为2根电缆，输出到远方也为2根电缆，需要耗费大量电缆。
以上缺陷会影响机组的稳定性、经济性，给机组的安全运行带来了隐患。温度测量的准确性将直接影响运行人员对机组运行状况的判断，从而影响机组运行的经济效益，甚至是机组运行的安全性，同时也给维护人员带来很大的工作量。
2 解决方案比较与选择
2.1 方案一
将现有的IDCB智能网络测控前端改为四方公司的远程I/O。此种远程I/O的优点如下：
1）进一步提高机组运行过程中温度测量的可靠性。
2）该远程I/O适应恶劣环境的能力强，可以在原来的远程I/O的位置直接改装，保留并利用原有的电源电缆和测点电缆。
3）改造后，全厂所有机组远程I/O均为四方公司的产品，给检修和维护带来便利。
2.2 方案二
保留现有设备，变单网运行为双网冗余模式，将就地接线盒移动到环境相对较好的位置。同时，和厂家沟通解决备件订货问题。以解决远程I/O网络通信问题。
2.3 方案比较
对比以上两种方案，第一种方案在前期购买设备投入较大，但可以减少后期购买电缆的费用，为检修和维护带来便利，提高设备运行的可靠性，故采用第一种方案。
3 IDCB智能网络测控前端特点
远程I/O前端是一种在就地就可以实现对模拟量信号的处理和转换，并依靠远程通讯即可实现数据采集功能的设备。其一般用于对机组安全运行并无严重影响，且设备集中的部位，这样不但维护方便，而且节约许多电缆，是新厂普遍应用的一种数据采集形式。采用远程智能 I/O 进行主辅机温度群测量的技术特点：
分散性：远程智能 I/O 系统比 DCS 系统更好地体现了信息集中、控制分散的思想。远程智能 I/O 每若干通道的数据采集处理都采用独立的电源、CPU，即使任何一个前端有故障也不影响其他前端的正常运行。DCS 仅仅实现了控制站层次的控制分散化，而远程智能 I/O 则实现了现场控制设备层次的控制分散化。
可靠性：远程智能 I/O 的安全栅、隔离器、端子柜、I/O 模件、现场电缆和接线端子的数量大大减少，现场信号采用数字传输，大大提高了系统的抗干扰能力。
精度高：远程智能 I/O 引入现场总线可消除模拟通信方式中数据传输时产生的误差，提高了传输精度。现场总线是用数字信号传输数据的，不需要 A/D 、 D/A 转换，因此也不会产生转换误差，提高了传输精度。
开放性：现场总线控制系统具有开放性，对相关标准具有一致性和公开性，强调对标准的共识与遵从。
经济性：由于远程智能 I/O 体系结构上的改变，远程智能 I/O 比 DCS 更节约硬件设备。使用远程智能 I/O ，可以大量的减少安全栅、隔离器、I/O 模件、现场电缆和接线端子，这样就节省了I/O 装置以及安装这些装置的机柜和空间，同时大大地减少了安装费用。
4 二号机组远程I/O改造的特点
张电二号机组机炉部分较为集中的温度诸如汽机缸壁温度、抽汽温度、主汽温度、发电机定子线圈及风温、锅炉过再热器及汽包壁温等采用远程I/O是必然的选择，且张电二号机组即将进行DCS系统改造，满足了采用远程I/O前端的要求。
1）远程I/O前端采集了大量较为集中的温度，通过光缆传输信号，大大节省了电缆，节省了大量开支。
2）远程I/O前端现场显示和组态，本身都带有LED指示，用于指示前端的工作和通讯状态，同时可配字符液晶显示，用于显示测量和组态数据，方便调试和维护，并可进行现场在线组态，结构简单，易于维护。
3）远程I/O前端就地设备集中、轻便、美观。
4）每一个I/O前端均安装在IP65防护等级的钢制外壳内，且其对环境温度的适应能力强，抗干扰能力强，因此设备的使用寿命能得到充分保证。
5）I/O前端通过通讯电缆和MODLEBUS协议与DCS系统实现远程通讯，可靠性增强。
二号机组远程I/O改造后，热电偶温度测量集中部位，汽机侧即原进入汽机热电偶温度补偿器柜的温度测点均集中在汽机侧6.5米远程I/O柜，锅炉侧原进入锅炉热电偶温度补偿器柜的温度测点集中在锅炉9层布置，发电机系统温度将在发电机下6.5米5段抽汽管道靠墙集中布置。DCS系统内设置每个远程I/O的地址及温度点组态，远程I/O通过通讯与DCS系统连接，实现温度的测量与显示。
5 二号机组远程I/O改造施工过程
首先，拆掉旧的海宁的温度补偿器，将新的远程I/O终端安装好；从就地温度测点到远程终端重新布置新的补偿导线，严格按照机柜进线及配线要求将电缆接到I/O终端的端子排上；然后，集中从主机到远程终端拉一根光纤实现与主机DCS系统的通讯。
具体施工措施如下：
1）保留汽机6.5米原恒温补偿器安装柜，拆除其内部安装的海宁恒温补偿器，测量远程I/O前端设备安装孔距离，在柜子侧面开螺丝安装孔，安装5个远程I/O前端。
2）撤掉原来恒温补偿器柜所有至主控的旧电缆，保留现有补偿导线，同时每个远程I/O至主控室拉一根3×2×0.75mm2电缆（两芯备用），除此之外，柜子至主控还应拉一根2×2×1.5 mm2电源电缆。在柜内安装电源5对，断路器上口并联，下口输出到每个远程I/O前端，保证每个前端都可以单独断电。
3）将温度测点补偿导线分别接入I/O前端下方的输入端子，接入的原则为同一类型温度接入不同的I/O前端，诸如左电动主汽门前蒸汽温度和左电动主汽门后蒸汽温度应分别接入不同的前端，保证一个前端故障后，运行人员可以监视系统管路的部分温度。
4）对于锅炉侧过再热器、下降管、汽包壁温、转向室烟温、预热器出口风温等温度，需要将现有恒温补偿器柜拆除，并选择合适的位置重新焊接支架，安装I/O前端。安装位置分别为锅炉侧过再热器、下降管、汽包壁温等原锅炉8层半恒温补偿器柜内温度采用集中布置，需安装I/O前端4台。焊接支架长度应能满足四台前端及一个450×350×150端子盒（内装电源断路器4对）安装要求，高度应以方便工作为宜。拆掉原来转向室烟温、预热器出口风温等温度在锅炉六层的恒温补偿装置及支架，并在远离锅炉300mm位置重新焊接支架，安装一个远程I/O前端，支架长度应能满足一台前端及一个250×150×150端子盒（内装电源断路器一对）安装要求，高度应以方便工作为宜。
5）撤掉原来恒温补偿器柜所有至主控的旧电缆，保留现有补偿导线，同时每个远程I/O至主控室拉一根3×2×0.75mm2电缆（两芯备用），除此之外，就地端子盒至主控还应拉一根2×2×1.5 mm2电源电缆。
6）就地端子盒内电源断路器上口并联，下口输出到每个远程I/O前端，保证每个前端都可以单独断电。
7）送电，将I/O前端内输入信号类型均改为K型热电偶。
然后，在DCS系统DAS机柜内按照就地远程终端上的温度点号对应来组态画面上的温度显示点，同时设置远程I/O前端的通讯地址以此来进行联系。
最后，给每个远程终端柜上电，调试。实现发电机系统温度的DCS显示，方便运行人员监控；保证所有进入远程I/O前端温度显示的准确性，I/O前端温度显示偏差小于0.05度，保证了许多机组经济性参数计量的可靠性。
6 改造后的运行情况
自二号机组远程I/O改造后，有效集中地采集和传输了机组汽机缸壁温度、抽汽温度、主汽温度、发电机定子线圈及风温、锅炉过再热器及汽包壁温。相比过去的巡测仪，测量结果更为准确，未出现测温点损坏的现象。远程I/O前端在现场高温环境下运行未出现任何异常，外壳完好无损。维护较为便利。调取某个温度点，直接从现场画面点击即可，查看趋势也较为简单，达到了改造的各项要求。
参考文献
[1]《中华人民共和国电力行业技术标准》中华人民共和国电力行业协会.
[2]《IDCB智能数据采集网络使用说明书》无锡华东电站自动化仪表厂.
作者简介
李琴（1985—），女，电力工程技术助理工程师，张家口发电厂设备部自动化专业点检员。