某电厂模拟量回路故障解决方法浅析

朱力 陈纳强 石培 周春 张子轩 李科 曾竹松 代喜国

摘 要：大型水电厂为了监视机组的有功、无功、频率、电压、各部位压力、母线电压等，通常方法是在监控LCU配置AI模块，现地各种模拟量信号经AI模块上送至监控LCU，最后实现上位机的远方监视。某些重要的模拟量信号上送至调度机构，还有些直接影响机组的发电控制，模拟量的正常显示对发电厂的安全稳定运行有着重要的作用。本文针对模拟量信号接入LCU的不同情况进行了深入分析，在模拟量信号异常时提出了不同的解决思路，便于大家快速解决问题。

关键词：LCU；模拟量；有源；无源

1概述

下位机即现地控制单元，简称LCU。LCU一般通过网络或串行口与上位机通讯，具有很强的独立工作能力。LCU通过自身配置的开关量、模拟量、温度量模件完成各类辅助设备信号的采集与处理，并将信号上送至上位机系统，同时接受上位机下发的操作指令，紧急情况下自动启动机组事故停机流程保证电站安全。现地控制单元LCU是计算机网络设备的基础，是实现对水电站主辅设备的监测和控制的枢纽设备。

现地变送器输出的模拟量信号，经模拟量隔离器（滤波用，抗干扰）或者直接接至AI模块，通过监控LCU的CPU进行信号处理及上送至监控系统，它传输为4000-20000码值，即回路中为4-20mA电流量，上位机数据库中配置有相应的高低量程，根据实时上送的码值换算成相应的测值。

模拟量信号分为无源、有源回路，无源回路中需要提供24VDC，有源回路中不需要提供24VDC。

2回路介绍

2.1 不带模拟量隔离器，变送器为无源

变送器为无源，比如罗斯蒙特的压力变送器，外部需要提供24VDC，变送器、模拟量模块、24VDC构成一个回路。常用的模拟量模块为140ACI04000，有16个模拟量通道，可以同时接入16组模拟量信号至监控LCU，每个模拟量通道的电阻为250Ω，假设模拟量模块的第一个通道接入回路中，模拟量回路中传输的为4-20mA电流量，如图一。

上图中，模拟量模块每个通道电阻为250Ω，对应模拟量模块通道电压cd=250*（4-20mA）=1～5VDC，则有变送器两侧电压ab=24-cd=19～23VDC。

2.2 不带模拟量隔离器，变送器为有源

变送器为有源，比如多功能变送器输出的电压、频率，给变送器提供220VAC的工作电压，输入CT、PT信号时，根据内部配置，变送器会输出电流，根据电流大小来表示各个模拟量的数值。

输出的模拟量不需要提供24VDC电压，变送器、模拟量模块构成一个回路。每个模拟量通道的电阻为250Ω，假设模拟量模块的第一个通道接入回路中，模拟量回路中传输的为4-20mA电流量，如图二。

上图中，模拟量模块每个通道电阻为250Ω，对应模拟量模块通道电压dc=250*（4-20mA）=1～5VDC，则有变送器两侧电压ab=dc=1～5VDC。

2.3 带模拟量隔离器，变送器为无源

模拟量隔离器主要用于对模拟量信号进行滤波，起到抗干扰的作用，一些重要的信号回路中会增加模拟量隔离器装置来防止信号的跳变、抖动，提高信号的灵敏度。模拟量隔离器有输入端、输出端，需要单独给模拟量隔离器供电，当输入端电流多大时，输出端就有多大。

变送器为无源，外部需要提供24VDC，变送器、模拟量隔离器的输入端、24VDC构成一个回路。模拟量隔离器的输出端、模拟量模块构成另外一个回路，模拟量隔离器需要单独提供24VDC的工作电压，模拟量隔离器输出为有源信号。假设模拟量模块的第一个通道接入回路中，模拟量回路中传输的为4-20mA电流量，如图三。

上图中，R为模拟量隔离器输入端电阻，R为模拟量隔离器输出端电阻，模拟量模块通道电压dc=250*（4-20mA）=1～5VDC，变送器两侧电压ab=24-R*（4-20mA）。

2.4 带模拟量隔离器，变送器为有源

变送器为有源，无需外部提供24VDC，变送器、模拟量隔离器的输入端构成一个回路，模拟量隔离器的输出端、模拟量模块构成另外一个回路，模拟量隔离器需要单独提供24VDC的工作电压，模拟量隔离器输出为有源信号。假设模拟量模块的第一个通道接入回路中，模拟量回路中传输的为4-20mA电流量，如图四。

上图中，R为模拟量隔离器输入端电阻，R为模拟量隔离器输出端电阻，模拟量模块通道电压dc=250*（4-20mA）=1～5VDC，变送器两侧电压ab=R*（4-20mA）。

3故障排查

1）针对图一回路，若模拟量信号出现异常，首先测量回路电压是否正常，然后利用钳形电流表测量回路电流、或者利用万用表电流档串入回路测量电流、或者万用表直流电压档测量cd端电压，然后除以250得出回路中的电流，电流异常表明传感器或者模拟量通道故障。利用特稳校验仪校验模拟量通道来确定模拟量通道有无故障。

2）针对图二回路，若模拟量信号出现异常，解开回路，甩开模拟量通道接线，直接利用钳形电流表测量变送器输出的电流、或者利用万用表电流档串入变送器两端测量电流，电流异常表明传感器故障，若电流正常，表明模拟量通道有故障，需要特稳校验仪校验模拟量通道来进一步确认。

3）针对图三回路，若模拟量信号出现异常，首先检查模拟量隔离器供电是否正常及回路电压是否正常。若供电无异常后，直接利用钳形电流表测量模拟量隔离器的输入回路电流、或者利用万用表电流档串入回路测量电流。

若输入电流正常，甩开模拟量隔离器输出端接线，直接测量模拟量隔离器的输出端电流，输出电流正常表明模拟隔离器无异常，模拟量通道有故障，需要特稳校验仪校验模拟量通道来进一步确认；若输入电流正常，输出电流异常，表明模拟量隔离器故障；若输入电流异常，则表明传感器故障。

4）针对图四回路，若模拟量信号出现异常，首先检查模拟量隔离器供电电压是否正常。若供电正常后，解开回路，甩开模拟量隔离器输入端接线，直接利用钳形电流表测量变送器输出的电流、或者利用万用表电流档串入变送器两端测量电流。

若输入电流异常，表明变送器输出故障；若输入电流正常，解开模拟量隔离器输出端接线，输出电流异常，表明模拟量隔离器故障；若输入、输出都正常，表明模拟隔离器无异常，模拟量通道有故障，需要特稳校验仪校验模拟量通道来进一步确认。

上述针对不同的模拟量回路分析了不同的故障排除方法，有些模擬量回路检查过程中不能断开回路，此时只能通过钳形电流表测量电流。

4 总结

经过实践证明，上述几种处理模拟量信号异常的方法简单有效，安全可靠，针对运行中的机组，能及时消除模拟量信号异常带来的潜在风险。

参考文献

[1] 马晓磊，水电厂机组计算机监控异常分析与处理，中国水能及电气化，2014年第11期；

[2] 林鹏，水电厂自动化监控系统研究，科技世界，2017年11期。

作者简介

朱力（1987-），男，工程师，雅砻江流域水电开发有限公司，从事水电厂二次设备检修维护工作，E-mail：zhuli1@ylhdc.com.cn。

陈纳强（1987-），男，助理工程师，雅砻江流域水电开发有限公司，从事水电厂二次设备检修维护工作，E-mail：chennaqiang@ylhdc.com.cn。

（作者单位：雅砻江流域水电开发有限公司）