火电机组空冷岛温度监测系统

陈建伟

摘 要：直接空冷技术广泛地应用于北方火力发电厂中。机组现有温度测点仅能显示单列散热器凝结水混合后温度，无法显示各单元散热器温度分布，为保证空冷机组安全经济运行，需要完善空冷岛温度场数据。采用无线传感器技术和OPC技术，对现场数据进行采集，可出了一套空冷岛温度场监测系统。

关键词：温度场；无线测温；OPC

我国山西省北部盛产煤炭，因气候原因降水量逐渐减少，加上用水量增加导致水源紧张，直接空冷机组是以环境空气而非水作为汽轮机排汽的冷却介质，节约用水，占地面积少是其最大的优点，故而在缺水富煤地区得到越来越广泛的应用。由于冬季低负荷运行时蒸汽流量小，空冷凝汽器管束内水较少而且温度较低，容易造成局部管束冻结现象，导致机组不能正常运行甚至停机事故，机组冬季运行时低温时段防冻压力较大。掌握空冷岛内不同凝汽器单元温度场的变化，对于指导空冷凝汽器的安全高效运行具有重要意义。

空冷系统的规模过于庞大，现有技术上难于实现大规模监测空冷凝汽器空气侧温度。传统的热电偶。热电阻测温传感器在空冷岛现场安装困难，很难避免对原有流动场和温度场产生干扰，难以实现空冷岛整体的温度测量。国内外电厂仅仅在凝结水收集系统和抽真空系统中安装热电偶温度计来监测空冷岛温度场温度，测点覆盖面狭窄，只能监测空冷岛局部区域的温度变化。国内外尚无完善的空冷温度场监测系统。

空冷岛表面散热面积巨大，温度分布存在很大差异。根据实际运行情况，在冬季逆流单元比顺流单元温度低，更容易结冰。在逆流单元上部，接近凝汽器顶端，空气的流通面积减小，相应的风速增加，空气冷却能力增强，由于蒸汽的凝结剩下未凝气体以及携带的残余蒸汽，导致温度较低。这部分区域最容易在低温环境下冻结，为空冷岛温度场监测的最关键区域。基于空冷岛预防冻结角度，在逆流单元和外部顺流单元组密集布置测点；在内部顺流单元可稀疏布置测点。在低环境温度下，散热管发生变形会导致相邻管段翅片间距增大，从而使得冷却风量增大导致结冻危险性增大，形成冻结恶性循环。因此测点位置需根据机组情况进行布置和调整。

在夏季因环境空气温度较高，导致空冷岛散热冷凝效果差，需要通过增大风扇频率或通过喷水减温来提高冷凝效果，了解空冷岛的温度场同样重要。

采用一体化结构的无线式温度传感器，测量精度为±05℃，热缩外套封装，防尘防水，采用锂电池供电，工作寿命可达5年，传输距离为250 m，工作温度范围一35至100℃的环境。将传感器测温面与散热器表面接触，通过卡子张力固定在散热器表面的翅片上，安装过程中对散热器表面无破坏，由于传感器尺寸较小，安装时不会受到现场环境的限制，可避免对空冷岛原有流场产生干扰。

每个无限温度传感器有一个编码，无限温度传感器的接受装置通过编码确定采集那个温度传感器的数据。无限温度传感器出现故障时，只要把新的测温传感器的编码替换故障传感器的编码即可，测温点更换简单。这也是无限测温传感器的优点。每个无限温度传感器的接受装置都具有一个RS485网络接口，在单一总线上，无中继的情况下，可连接128个测温设备，通过RS485网络接口，可将无线传感器信息传送到上位计算机，每个网络中，需要有一台计算机，可管理无线传感器接收设备256个。无线传感器接收设备按照接收测点数量分为8点，16点，24点及48点。

通过合理的选择温度测点位置，确定测点的数量，确定无线传感器接收设备的数量和种类。在空冷岛平台上合适位置安装温度传感器的接收装置，可以准确的接收无线温度传感器的温度信号，降低大量温度传感器信号的交互影响，提高接收装置的灵敏度，保证数据的可靠性。

温度传感器接收装置的RS485通讯接口采用标准异步串行通信方式，格式由1位起始位，8位数据位，和1位停止位组成，无校验位。多台温度传感器接收装置设定相同的波特率，如9600bps，可构成总线网络，每个设备都具有一个唯一的设备地址号，这个设备地址号用于主機（网络中的一台上位计算机）与设备通讯时使用，它可以由用户自己设定。每个设备地址由一个字节组成，这表明设备地址的整个分布空间为256个地址可供使用，但对于不同的设备又有不同的限制，例如若设备地址分配表如下：

表明此设备地址的分布空间为254个地址可供使用。

构成的总线网络采用主从通讯方式，温度传感器接收装置作为网络中的从设备工作，主机（网络中的一台上位计算机）数据采集程序发出命令帧，与其相匹配的温度传感器接收装置会响应该命令帧，并发出响应帧。这样运行在主机上的数据采集程序就能采集到温度传感器接收装置中的数据。

为适应不同的上位监视软件，在主机上的数据采集程序采用OPC标准通讯协议，建立OPC服务器，上位监视软件安装OPC客户端即可把空冷岛温度场的实时数据采集到相对应的数据库中，并显示在监视器上。同时DCS及CSS系统均可以OPC客户服务器方式读取到空冷岛的温度数据。

直接空冷系统是当今火电厂发展的一个重要方向。机组在冬季运行中，由于凝汽器进汽量较少，尤其是启停机过程以及供热运行状态下，可能发生空冷散热片冻裂的现象。因此，本文研究空冷岛温度场监测系统，具有重要的应用价值。本系统的研究成功，能够为解决空冷机组冬季运行防冻问题提供数据依据，积累冬季运行经验，为北方寒冷地区空冷机组生产建设提供可靠保障。

参考文献：

[1]曹旭，胡洪华，臧瑞起.直接空冷机组空冷岛优化运行研究[J].热力发电，201l，40（8）：5-7，21.

[2]许铁，金秀章.基于iFIX的空冷岛温度场监测系统[J]，电力科学与工程，2013-7，29（7），74-77.