发电厂压力开关和压力变送器选型研究

发电厂压力开关和压力变送器选型研究

赵飞苏益杨超

（浙江火电建设有限公司国际工程分公司浙江杭州310000）

摘要：通过对压力开关和压力变送器的保护回路的独立性、测量准确性、响应时间、经济性等方面对比，得出了在不同场合压力开关和变送器的选型参考方案。

关键词：供电；准确性；响应时间；监视；设定值

引言

随着科学技术的发展，新技术、新产品层出不穷，应用在发电厂的压力开关和压力变送器也是种类齐全，应有尽有，使得压力开关和压力变送器的选型成为一项棘手的工作。特别是在一些两者通用的场合，相关规范又没有明确要求的情况下，如何在两者间进行选择，更是值得研究。本文从安全可靠性、经济实用性等方面，探讨其中之利弊，以供参考。

1压力开关及压力变送器简介

1.1压力开关

下文阐述的压力开关，以应用最为广泛的机械式压力开关为例，其工作原理是纯机械形变导致微动开关动作。当压力变化时，作用在不同的传感压力元器件（膜片、波纹管、活塞）产生形变，通过栏杆弹簧等机械结构，最终启动微动开关，改变输出触点通断状态，达到控制目的。

1.2压力变送器

压力变送器用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，然后将压力信号转变成4-20mADC信号输出。压力变送器有水银浮子式、膜盒式、位移式、压阻式、电感式等多种类型，下文阐述的压力变送器，以发电厂较常用的罗斯蒙特3051C电容式变送器和EJA-E单晶硅谐振式变送器为例。

2压力开关和压力变送器对比

2.1安全可靠性

2.1.1联锁保护回路的独立性：

机械式压力开关为机械结构，最大的优点是无需外供电源驱动，其输出接点可以通过硬接线，直接串入控制回路，实现联锁保护功能，如接入电气控制回路，直接分合电气开关，从而启停设备。在DCS/PLC控制系统故障或电源故障时，压力开关的硬接线回路完全不受影响，仍能正常工作。

压力变送器有CPU微处理器等模块，需要外部供电才能正常工作，其输出的4-20mADC信号，不能直接串入电气控制回路，需通过DCS/PLC系统的AI模块和控制器，进行信号处理、逻辑判断后，再由DCS/PLC系统的DO模块，发出联锁信号，才能实现联锁保护功能。在DCS/PLC控制系统故障时，相应的联锁保护功能将不能正常工作。

2.1.2测量准确性

机械式压力开关的精度一般为1%-1.5%，压力变送器精度一般为0.5%或0.25%，高精度变送器可达到或高于0.075%。

机械式压力开关的测量重复性误差在短期内为量程的±1%~±3%，变送器的测量重复性误差为量程的±0.1%。

变送器抗振动性能较好，在现场或高振动级（10-60HZ，振幅0.21mm/60-2000HZ，3g）的条件下，振动引起的测量误差＜0.1%量程上限。机械式压力开关的抗振动性能较差，须安装在振动较小的场所，或选择专门的抗振型压力开关。

2.1.3联锁保护的回路响应时间

假设工艺参数达到设定值后，测量仪表的响应时间为t1，控制系统数据采集通道扫描周期为t2，控制系统控制器扫描周期为t3（含逻辑判断和信号输出时间），则:

联锁保护的回路响应时间T=t1+t2+t3①

因不同产品的响应时间存在差异，取各设备的典型响应时间值如下：

压力开关的响应时间t1=50ms，控制系统DI通道扫描周期t2=1ms;

压力变送器的响应时间t1=90ms，控制系统AI通道扫描周期t2=20ms;

控制系统控制器扫描周期t3=100ms;

分别代入①式，计算得：

压力开关经硬接线实现联锁保护的回路响应时间为50ms；压力开关经DCS系统实现联锁保护的回路响应时间为151ms；压力变送器经控制系统实现联锁保护的回路响应时间为210ms。

2.1.4仪表自身工作状态的监视

机械式压力开关为非智能仪表，无法监视自身工作状态。即，使用者平时无法判断其是否在正常工作状态下，无法及时发现和排除相关的故障，如微动开关触点锈蚀、粘死，取压导管堵塞或泄漏，信号回路故障（接线松动、断线）等。存在压力开关误报、不报等联锁保护回路误动、失灵的隐患。

压力变送器为智能仪表，可监视自身工作状态，其输出为连续的4-20mADC模拟量信号，使用者平时可以根据显示的压力数值的变化情况判断变送器的工作状态，也可以通过HART协议或数据总线，实时在线监视其工作状态，有利于及时发现和排除相关的故障，提高测量及联锁保护回路的可靠性。

2.2经济实用性

2.1.1设备成本：

同档次仪表价格，压力变送器比压力开关约贵10~20%。对应的控制系统单个AI通道价格比DI开关量通道约贵2倍。虽然，单个压力变送器的成本比压力开关高，但是，一个压力开关一般只有一到两个设定值，而压力变送器可以在逻辑中设定多数个设定值。当同一测点，有多个设定值，执行多套控制策略时，使用少量的变送器实现控制，反而能降低成本。

2.1.2使用的便利性：

压力开关调整设定值比较麻烦，必须将其拆回试验室重新校验或者用便携式校验工具在现场校验，但调整完以后可以立即投入，控制系统无需作任何修改。

压力变送器调整设定值很便捷，只需修改逻辑组态中的设定值，但调整完以后需要将新的组态文件下装到控制器。在调试期间比较便利，但在机组运行时，在线下装逻辑存在一定风险。

3选型建议及总结

压力开关和压力变送器因其工作原理不同，各有特点，在设备选型时，应结合实际情况，充分分析控制策略对测量仪表的要求，扬长避短，因地制宜。对于安全等级要求高、响应速度要求快、测量精度要求低、安装环境振动小的场合，如汽机油系统、锅炉炉膛压力、辅机油站等联锁保护回路，可优先选择使用压力开关。对于测量精度要求高、控制策略多、需要连续监视、响应速度要求低、安装环境振动大的场合，如高低加液位、各种滤网差压等联锁保护回路，可优先选择使用压力变送器。必要时，也可以两者同时组合使用。

参考文献

[1]张振兴，压力开关自动检测系统研究，西安理工大学，2013年.

[2]徐国栋，智能压力变送器的研究[D]，山东科技大学，2010年.

[3]金建勋，压力传感器校准方法的研究，大连理工大学，2014年.