LineGuard电控单元失效故障分析及对策.docx

LineGuard电控单元失效故障分析及对策李 锴，牛树伟（中国石油西气东输管道公司，上海 200122）摘要:本文介绍了艾默生公司的Shafer气液联动执行机构配套LineGuard电控单元的监测原理，对其常见故障进行了分类说 明，简述了常用分析方法，并针对故障原因进行了全面分析，提出了相应对策，特别指出控制器在对抗外界电磁干扰及电 压波动方面的缺陷。最后，以西气东输管道为例，进一步阐述了针对电控单元失效故障采取的措施及实际应用效果。 关键词:LineGuard电控单元;失效;分析;对策中图分类号:TE978文献标志码:BThe analysis and countermeasures to failures of LineGuard electronicdevicesLI Kai,NIU Shu-wei(PetroChina West-East Pipeline Company,Shanghai 200122,China)Abstract:The principles of Emersons LineGuard electronic devices based on Shafer GOV actuators are described in this paper.The common failures of these electronic devices are classified,and the analysis methods commonly used are proposed.The analysis of the comprehensive cause and the corresponding countermeasures are presented, especially the controllersinternal defects.At last,this paper describes the effects and countermeasures which deal with the failures of LineGuard electronic devices of the west-east pipeline.Key words:LineGuard electronic devices;failures;analysis; countermeasures0 引言艾默生公司的Shafer气液联动执行机构广泛应用在长输天然气管道截断阀上，可快速地实现阀门的关闭与开启。 LineGuard电控单元是配备在Shafer气液联动执行机构上的 电子爆管检测装置，通过检测天然气管线压力，实现在管 道泄漏时自动向执行机构发出关断命令，从而达到快速关 断截断 阀以保障管 道运行安 全的目的。但 实际应用中 ， LineGuard电控单元经常失效，造成监测功能失效，或向气 液联动执行机构发出误关断命令，造成截断阀关断等误动 作，给管道的安全平稳运行造成严重影响1。1 LineGuard电控单元监测原理1.1 部件组成目前在国内应用的Li ne Gu a rd 电控单元主要为 Li ne Gua rd2200和LineGuard2300型，后者为前者的升级 版本， 两者基本原 理相近。 本文主要以当 前应用最广 的 LineGuard2200为例进行论述。LineGuard 2200型电控单元主要由Fisher ROC300系列 远程控制器组成，安装lashPAC流量管理硬件和固件。使 用两套用户程序实现电子单元的功能：Fisher提供的基于 Windows 平台的RocLink软件，用于压力监控、数据记录和 阀门控制；Daniel工业部提供Spectracom软件，用于Modbus 信息处理。另外，电控单元配套了压力传感器、电磁阀及 备用蓄电池等2,3。1.2监测原理压力传感器每5s对管线压力取样一次，并按设定的取 样周期计算出平均压力。当平均压力或其压降速率达到报 警值时，控制器产生相应的报警。当关断报警延时超过限 值后控制器发出关断命令，电磁阀动作使得气路导通，从 而使执行机构利用气缸中的动力执行关断命令。电控单元 的报警参数、延迟时间等均可由用户设定，报警记录自动 保存在控制器中。2故障类型及常分析方法2.1按关断影响分类从能否导致阀门关断从而对生产运行产生直接影响来 看，LineGuard电控单元失效故障可分为一般失效故障和误 关断故障。一般失效是指电控单元失去正常的监控功能， 从而无法对管线破裂、超压等情况失去后续的事故防控能 力，这会造成管道运行的安全隐患。而电控单元误关断故 障则直接造成管道输气中断，若处置不及时，则严重影响 管道安全平稳运行，具有很大的危害性。2.2按故障部位分类硬件故障方面，按电控单元故障部位进行分类，主要 有气路连接故障、压力传感器失效故障、主板硬件故障和 供电故障。软件故障方面，主要有程序丢失、主板数据漂 移等。此外，电控单元自身缺陷也会导致失效，本文将重 点针对自身缺陷进行分析并提出对策。欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息EIC Vol.19 2012 No.6 81仪器仪表用户检修维护2.3 常用故障分析方法日常巡检时，可从电控单元外部显示面板可查看供电 电压、在线监测压力等参数，发现存在的故障。同时，可 利用软件RocLink软件、Spectracom软件查看报警数据、各 参数设置和数据记录。当阀门发生误动作故障，一个重要 的分析方法就是通过RocLink软件访问ROC控制器，分析报 警信息，从导致异常的各个环节层层分析4。图1为西气东输管道某阀室发生截断阀误关断后调取的报警截图。从图1中可以看出，在发生压降速率大事件报警(Major RoD，第11行)180 s后，控制器发出了关断命令(AutoClose Init，第9 行)。由此可初步判断可能为管道泄漏导致压降速率超限而 造成关断。但检查现场后，发现管道运行压力平稳，没有 任何泄漏，可能为压力传感器故障所致。经对压力传感器 进行检定，结果合格，排除传感器原因导致故障。再对供 电系统进行检查，发现供电电压记录中在发生故障时段电 压降至8V以下，可判定是由于供电电压过低导致误关断。3.1.3 电控单元主板硬件故障电控单元主板上电后，通讯指示灯不亮，或电控单元 主板不能与电脑进行连接，数据不能读取，可判断为主板 损坏。对于主板配套的通信等板卡故障，可采用替代法， 更换为 同型号部件 进行验证 、维修。信号 输入通道故 障 时，应更换相应的通道，这时应更改相应的配置参数。3.1.4 供电故障电控单元可接入外部供电，或从配套的太阳能系统接 入电源。电压转换器将供电电压从24 V降至13.8 V，或将 交流电转换为12 V左右的交流电给控制器供电。若此模块 损坏，则控制器供电失效。雷电干扰是电压转换模块故障 的主要原因，较早的Lineguard控制器通常未设置浪涌保护 器，需增加。若供电电压过低，比如使用太阳能供电时长 期阴雨，蓄电池放电过度会导致主控板不能正常工作。这 就需要定期检查控制器供电电压，一般应在11 V以上。3.2软件故障3.2.1 主控板程序丢失主控板中的程序文件丢失，一般是控制器纽扣电池失 电或外部电磁干扰等原因。这时应重新上载程序文件。日 常管理中，应定期检查控制器程序文件是否正常。参数变 动后，应及时备份以备后期恢复之用。3.2.2 主控板数据漂移LineGuard2200控制器对压力的检测通过测量250 标 准电阻上的电压计算得到，电阻流通的电流即压力传感器 的输出电流。控制器内置有自身的换算方式，即0.1 V对应0 psi，2 V对应500 psi，3 V对应1000 psi。由于温度、湿度变 化等因素的影响，引起内部线路的老化，就可能造成电路 板内计算部分出现零点漂移现象。发生漂移时，若无可替 换备件，可采取临时措施，修改变送器输出零点值，对零 点漂移现象进行校正。3.3电控单元缺陷3.3.1 电控单元缺陷的典型表现当存在雷电等外部外部电磁干扰时，控制器可能发生图1 某阀室LineGuard报警截图3故障原因分析及对策3.1硬件故障3.1.1 气路连接故障由于引压管路泄漏、堵塞造成所检测压力并非管道干 线实际压力，从而使得电控单元所采集压力值失真。此类 故障人为误操作导致监测失效的案例较多，如对引压管排 污或拆卸压力传感器时，关闭截止阀后忘记开阀，就会使 得压力检测失效。若引压管连接处持续缓慢泄漏，则最终 会导致低压关断报警。日常检查中除了及时排污、检查引 压管密封外，还要注意引压管各截止阀的状态5。3.1.2 压力传感器失效压力传感器连线断开或虚接，或者传感器自身故障产 生测量偏差均会导致压力检测值失真。Lineguard一般配套 Durk PTX 或Swagelock系列压力传感器，量程0-2000 psi， 传感器准确度0.5级，采用两线制结构。实际应用中，发现 有传感器测量偏差大或故障导致压力测量值超出报警限值 而造成阀门关断的现象。对此类故障，要定期对传感器进 行检定，确保检测准确度符合要求，并注意在检定作业时 对压力检测口的清洗工作，以免杂质损伤压力敏感元件。6工作紊乱 。此时，测得的压力值已经不正常，但控制器程序仍按预定的方式在执行压力和压降速率计算、判断和关 阀逻辑，并记录此过程的数据和事件，最后往往导致发出 关阀命令。此情况下，通常伴随有输入电压和主板温度检 测数据的紊乱。常见的失误是，此故障往往被判断为传感 器故障，且在更换传感器后对控制器重新上电，一切恢复 正常。但若对所谓的故障传感器进行检测，往往发现其性 能正常。实际上，不更换传感器而采取重新启动控制器的 方法也能使电控单元恢复正常。此外，当供电电压超出正常工作范围(8-30 V DC)，控 制器也会发生紊乱，往往表现为压力检测值的跳变。图1中 所示的报警截图中，在一段较长时间内断断续续发生压力 高小事件报警(Minor High)、压降速率高小事件报警(Minor RoD)以及压降速率高大事件报警(Major RoD)，明显属于检 测值不正常现象。在排除压力传感器故障的原因后，最终82 EIC Vol.19 2012 No.6仪器仪表用户检修维护确定供电压力低导致误关断。3.3.2 电控单元缺陷的对策为消除雷电等电磁干扰，对LineGuard机箱内电源进 线、压力变送器信号通道应设置防浪涌保护器7。部分较 晚供货的电控单元中，电源进线与压力传感器共用一个浪 涌保护器，采用MTL品牌SLP32D型双通道产品。SLP32D 保护侧的残压仍然有40 V，超出ROC312的30 V的最高工 作电压。40 V的瞬间电压虽然不至于造成元器件的永久性 损坏，但是可能使其工作异常。瞬变的浪涌消失之后，若 元器件不能自动恢复正常，则会对LineGuard的功能造成影 响，使其失效，甚至造成阀门误关断。建议选择残压值不 高于30 V的浪涌保护器。对于外部电磁干扰产生的压力测量值异常的问题，艾 默生公司对LineGuard2200电控单元提供了压力检测补丁程 序。该补丁程序用于监测压力传感器的高压和低压失效状 况，一旦超出设定限值，补丁程序将通过初始化压传感器 (使压传感器在重新上电并稳定5秒后控制器再采用压力检 测值)或重新热启动控制器来使压力变送器恢复到正常工作 状态。当读取到合格的压力值时，将压力检测功能重新设 置到自动扫描状态。LineGuard2300电控单元控制器本身已 具备了压力检测补丁程序的相应功能。对于供电电压过低造成控制器工作异常的问题，艾默 生公司提供了电压异常补丁程序，用于监测控制器的电源 电压。如果电源电压低于压力传感器的最低正常工作电压 (可根据情况设定限值)，且系统未处在自动关断的过程中， 该补丁程序将使LineGuard的自动关断功能失效，直到电 源电压再次等于或大于设定值；若低于限值时系统正处在 自动关断的过程中，程序将等待自动关断功能完成后，再 使自动关断功能失效，直到电源电压再次等于或大于设定 值。电问题造成。经过分析，直接原因为雷电感应或太阳能供电不足造成电控单元检测的压力数据异常，产生压力高、 低及压降速率超限报警所致。结合现场情况，公司采取了 一系列整改措施。由于早期投用的LineGuard2200电控单元 未设置浪涌保护器，易受外界电磁干扰，故加装了浪涌保 护器。同时，考虑到管道压力超高的可能性极小，取消了 高压关断机制。并且，对于控制器自身缺陷，安装了压力 监测补丁程序和电源异常补丁程序。此外，还对现场的防 雷接地系统进行了完善。通过这些改造措施，电控单元失 效导致阀门误动作故障大幅减少，整改效果明显。5 结束语LineGuard电控单元失效故障除部分是由于日常维护维护不到位，使得气路连接、压力传感器及蓄电池故障等所 致外，电控单元自身存在的对外部电磁干扰、供电波动免 疫能力低的缺陷也是重要因素。LineGuard电控单元在保障 长输天然气管道的安全运行方面起着重要作用。日常运行 中，除应及时实施检查、检定等预防性维护措施外，针对 不同型号的电控单元的缺陷进行防浪涌措施改造、程序升 级也是必要的手段。参考文献1 曾亮泉,傅贺平.天然气进出管道设置截断阀的重要性J.天然气与 石油,2005,23(1):24-28.2 朱喜平.气液联动阀的应用与维护J.油气储运,2004,23(5):53-56.3 刘润刚,宋华.气液联动阀的维护与保养J.油气储运,2006,25(5):36-39.4 邵建恩,任小林,赵杨文,等.线路快速截断阀误动作故障探讨J.石 油工业技术监督,2009,25(1):19-22.5 汪世军.Shafer气液联动阀执行机构功能与维护J.油气储 运,2010,29(4):296-298.6 张志新.自动化系统的雷电防护J.自动化与仪表,2006,21(6):80-83. 7 徐义亨.工业控制工程中的抗干扰技术M.上海:上海科学技术出版社,2010:128-133.作者简介:李锴(1963-)，男，高级工程师，从事天然气市场研究和天然 气管道生产运行管理；牛树伟(1977-)，男，高级工程师，从事天然气 管道仪表运行管理。收稿日期:2012-07-304失效预防实例西气东输管道干线截断阀全部采用了Shafer气液联动执行机构，配套LineGuard2200电控单元。2011年共计发生17 次阀门误动作故障，其中大部分