1　问题背景

本案例的工程是一个位于浙江舟山市白泉镇的大型的海塘，其功能主要是用以排涝，同时作为当地的重要的中型水利工程。该工程一共安装了十孔平板式闸门，每套都配备籽2-7.5千瓦的电动机，总变压容量为400KVA。该工程的的系统运行采用了“无人值守”方案，结合可靠实用，保证技术先进的前提下，运用开放分层分布结构。分为两个层次，首先层次为电站管理层的上位机,即主控站工业控制机; 第二层次为面向控制对象的当地控制单元LCU。采用以太网络通讯将上位机与当地控制单元LCU之间连接,构成分布式结构的计算机监控管理系统,以内河与外海的水位差来实现闸门的自动开停机控制。

　　2　故障现象

该系统在2012年1月6日调试完成,经过3个多月的正常运行后，发现外海侧水位数据显示为零;连接公用PLC,对在线程序观察数据进行检查发现,外海侧投入式液位变送器上送PLC的AD数据无变化,而外海侧实际水位已有1m左右。对于输出4～20mA、量程为10M的传感器,输出模拟量数值应该是5.6mA左右。通过用数字式万用表电流档测量传感器的输出端,发现电流数值仅为3.8mA,至此可以判断为变送器故障,导致监控系统开停机控制流程不能顺利执行,影响了闸门计算机监控系统的正常运行。

　　3　原因分析

　　3.1　投入式液位变送器的工作原理

　　投入式液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理,采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应,将静压转成电信号的仪器。经过温度补偿和线性校正,转换成4～20mA的DC标准电流信号输出。

　　3.2　故障分析

　　由故障现象和投入式液位变送器工作原理推断,故障很有可能出现在传感器的隔离膜片上,导致敏感元件的压阻效应失效。隔离膜片是用来隔离传感器芯片和测量介质(海水),避免芯片被污染腐蚀从而影响传感器的动静态性能甚至烧毁传感器;而为了保证传感器有精准的测量精度和良好的灵敏度特性,一般情况下隔离膜片厚度小于0.1mm,这也决定了隔离膜片是整个传感器结构中薄弱的环节。拆下外海侧液位变送器,发现隔离膜片出现不同程度的锈蚀及鼓包现象,而且在焊接密封处也有类似的腐蚀现象。

     外海侧投入式液位变送器使用的隔离膜片是316L材质,奥氏体不锈钢316L在许多被测介质条件中均具有很好的耐坑点腐蚀性能,但在氯离子腐蚀环境中的耐应力腐蚀能力一般。根据大量的实验和实际使用证明,当使用介质中含有10ppm以上的氯离子时,其应力腐蚀的危害性相当明显。海水介质中含氯离子成分比较高,长期在这种环境工况下运行,势必会出现坑点腐蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀,破坏隔离膜片,直接导致传感器故障。

　　4　处理方法

       传感器与测量介质接触的隔离膜片,是利用金属材料的力学特性,将压力传递给变送器的传感膜片。为了减少压力传递过程中的损耗,通常采用金属特性较好、且厚度比较薄(小于0.1mm)的材质。在海水环境工况下使用,既要保持良好的金属特性,又要防止腐蚀损坏膜片,因此必须要选择更加耐腐蚀的材料(见表1)经比较分析,后选择了由合肥中亚传感器有限公司生产的PT311L1投入式液位变送器,其隔离膜片使用了哈氏合金材质。

5　结　语

　　更换哈氏合金材质的液位传感器后,经过一时间的运行,未出现外海侧水位数据显示不正常的现象,大大提高了闸门计算机监控系统的可靠性。