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1、概述

白泉大閘位于浙江省舟山市白泉鎮大成海塘,是1 座以排澇擋潮為主, 兼顧當地交通的中型水利工程。工程共安裝10 孔平板式閘門, 每套啟閉機裝有2 *7.5 kW 三相異步電動機, 主變容量400 kVA。整個自動化監控系統參照 “無人值班( 少人值守) ”的要求, 同時結合先金、可靠、實用的原則, 采用開放式分層分布式結構。該系統分為2 個層次, 一為電站管理層的上位機, 即主控站工業控制機; 二為面向控制對象的當地控制單元LCU。上位機與當地控制單元LCU 之間采用以太網絡通訊, 構成分布式結構的計算機監控管理系統,以內河與外海的水位差來實現閘門的自動開停機控制。

2、故障現象

系統于2012 年1 月6 日調試完成, 正常運行了3 個多月后, 4 月28 日發現外海側水位數據顯示為零; 連接公用PLC, 對在線程序觀察數據進行檢查發現, 外海側投入式液位變送器上送PLC 的AD數據無變化, 而外海側實際水位已有1 m左右。對于輸出4~ 20 mA、量程為10 M的傳感器, 輸出模擬量數值應該是5.6 mA左右。用數字式萬用表電流檔測量傳感器輸出端, 電流數值僅為3�8 mA, 因此判斷為液位變送器的故障, 導致監控系統開停機控制流程不能順利執行, 影響了閘門計算機監控系統的正常運行。

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液體靜壓與該液體高度成正比的原理, 采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應, 將靜壓轉成電信號的儀器。經過溫度補償和線性校正, 轉換成4~ 20 mA的DC 標準電流信號輸出。

3、2 故障分析

由故障現象和液位變送器工作原理推斷, 故障很有可能出現在傳感器的隔離膜片上, 導致敏感元件的壓阻效應失效。隔離膜片是用來隔離傳感器芯片和測量介質( 海水) , 避免芯片被污染腐蝕從而影響傳感器的動靜態性能甚至燒毀傳感器; 而為了保證傳感器有精準的測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傳感器結構中#薄弱的環節。拆下外海側液位變送器, 發現隔離膜片出現不同程度的銹蝕及鼓包現象, 而且在焊接密封處也有類似的腐蝕現象。

白泉大閘外海側液位變送器使用的隔離膜片是316L 材質, 奧氏體不銹鋼316L 在許多被測介質條件中均具有很好的耐坑點腐蝕性能, 但在氯離子腐蝕環境中的耐應力腐蝕能力一般。根據大量的實驗和實際使用證明, 當使用介質中含有10 ppm以上的氯離子時, 其應力腐蝕的危害性相當明顯。海水介質中含氯離子成分比較高, 長期在這種環境工況下運行, 勢必會出現坑點腐蝕、縫隙腐蝕及應力腐蝕, 破壞隔離膜片, 直接導致液位變送器的傳感器發生故障。

4 處理方法

傳感器與測量介質接觸的隔離膜片, 是利用金屬材料的力學特性, 將壓力傳遞給變送器的傳感膜片( 見圖1) 。為了減少壓力傳遞過程中的損耗,通常采用金屬特性較好、且厚度比較薄( 小于0.1 mm) 的材質。在海水環境工況下使用, 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( 見表1) 。