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1、概述

白泉大閘位于浙江省舟山市白泉鎮(zhèn)大成海塘,是1 座以排澇擋潮為主, 兼顧當(dāng)?shù)亟煌ǖ闹行退こ獭９こ坦舶惭b10 孔平板式閘門(mén), 每套啟閉機(jī)裝有2 *7.5 kW 三相異步電動(dòng)機(jī), 主變?nèi)萘?00 kVA。整個(gè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)參照 “無(wú)人值班( 少人值守) ”的要求, 同時(shí)結(jié)合先金、可靠、實(shí)用的原則, 采用開(kāi)放式分層分布式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)分為2 個(gè)層次, 一為電站管理層的上位機(jī), 即主控站工業(yè)控制機(jī); 二為面向控制對(duì)象的當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU。上位機(jī)與當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU 之間采用以太網(wǎng)絡(luò)通訊, 構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng),以?xún)?nèi)河與外海的水位差來(lái)實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的自動(dòng)開(kāi)停機(jī)控制。

2、故障現(xiàn)象

系統(tǒng)于2012 年1 月6 日調(diào)試完成, 正常運(yùn)行了3 個(gè)多月后, 4 月28 日發(fā)現(xiàn)外海側(cè)水位數(shù)據(jù)顯示為零; 連接公用PLC, 對(duì)在線(xiàn)程序觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn), 外海側(cè)投入式液位變送器上送PLC 的AD數(shù)據(jù)無(wú)變化, 而外海側(cè)實(shí)際水位已有1 m左右。對(duì)于輸出4~ 20 mA、量程為10 M的傳感器, 輸出模擬量數(shù)值應(yīng)該是5.6 mA左右。用數(shù)字式萬(wàn)用表電流檔測(cè)量傳感器輸出端, 電流數(shù)值僅為3�8 mA, 因此判斷為液位變送器的故障, 導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)停機(jī)控制流程不能順利執(zhí)行, 影響了閘門(mén)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 、原因分析

3、1 投入式液位變送器的工作原理

投入式液位變送器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成正比的原理, 采用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng), 將靜壓轉(zhuǎn)成電信號(hào)的儀器。經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線(xiàn)性校正, 轉(zhuǎn)換成4~ 20 mA的DC 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。

3、2 故障分析

由故障現(xiàn)象和液位變送器工作原理推斷, 故障很有可能出現(xiàn)在傳感器的隔離膜片上, 導(dǎo)致敏感元件的壓阻效應(yīng)失效。隔離膜片是用來(lái)隔離傳感器芯片和測(cè)量介質(zhì)( 海水) , 避免芯片被污染腐蝕從而影響傳感器的動(dòng)靜態(tài)性能甚至燒毀傳感器; 而為了保證傳感器有精準(zhǔn)的測(cè)量精度和良好的靈敏度特性, 一般情況下隔離膜片厚度小于0�1 mm, 這也決定了隔離膜片是整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)中#薄弱的環(huán)節(jié)。拆下外海側(cè)液位變送器, 發(fā)現(xiàn)隔離膜片出現(xiàn)不同程度的銹蝕及鼓包現(xiàn)象, 而且在焊接密封處也有類(lèi)似的腐蝕現(xiàn)象。

白泉大閘外海側(cè)液位變送器使用的隔離膜片是316L 材質(zhì), 奧氏體不銹鋼316L 在許多被測(cè)介質(zhì)條件中均具有很好的耐坑點(diǎn)腐蝕性能, 但在氯離子腐蝕環(huán)境中的耐應(yīng)力腐蝕能力一般。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用證明, 當(dāng)使用介質(zhì)中含有10 ppm以上的氯離子時(shí), 其應(yīng)力腐蝕的危害性相當(dāng)明顯。海水介質(zhì)中含氯離子成分比較高, 長(zhǎng)期在這種環(huán)境工況下運(yùn)行, 勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)坑點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕, 破壞隔離膜片, 直接導(dǎo)致液位變送器的傳感器發(fā)生故障。

4 處理方法

傳感器與測(cè)量介質(zhì)接觸的隔離膜片, 是利用金屬材料的力學(xué)特性, 將壓力傳遞給變送器的傳感膜片( 見(jiàn)圖1) 。為了減少壓力傳遞過(guò)程中的損耗,通常采用金屬特性較好、且厚度比較薄( 小于0.1 mm) 的材質(zhì)。在海水環(huán)境工況下使用, 既要保持良好的金屬特性, 又要防止腐蝕損壞膜片, 因此必須要選擇更加耐腐蝕的材料( 見(jiàn)表1) 。