CN208058242U - 一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，包括自控温电伴热装置和矿物绝缘电缆电伴热装置，自控温电伴热装置包括自控温电伴热线以及其配电箱，其配电箱内设置环境温度控制器，自控温电伴热装置中还设置有电流继电器；矿物绝缘电缆电伴热装置包括设置在伴热管道保温层下的热电阻温度传感器、电伴热带，及其配电箱，矿物绝缘电缆电伴热的回路中设置温度控制器，热电阻温度传感器与温度控制器连接；避免电伴热线长期处于带电工作状态，减缓伴热线的功率衰减，延长其使用寿命，节约电能；大大提高电伴热系统的温控精度；将各伴热回路的报警及状态信号送至DCS，实现远程监视，解决电伴热回路故障时运行人员不能及时发现并排除的问题。

Description

一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统

技术领域

本实用新型属于发电厂的电伴热系统电气控制与调节领域，具体涉及一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统。

背景技术

电伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案在电厂中一直被广泛应用，其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，利用直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。电伴热按应用场合可分为以下几类：

(1)防冻伴热：保护产品和设备不受霜冻的破坏。

(2)工艺管道伴热：简单及复杂工艺管道系统的温度维持伴热，从短到长，包括所有组件，例如法兰、阀、泵及其他设备的伴热。

(3)容器伴热：对各种容器如油管、灰仓等进行伴热，以便可靠、安全地维持贮存其中的介质的问题。

(4)分析系统伴热：对仪表测量系统从测量点到分析系统实施精确伴热。

(5)保温箱和仪表伴热：控制箱和保温箱以及为客户特制的生产仪器控制系统伴热，如压力、测流速仪、液面显示仪伴热。

(6)箱体和仓灰伴热：箱体和传送器的伴热，例如在发电厂。

(7)融雪系统。

电厂中需要伴热的管道一般以仪表管线、工艺管线及化学管线为主，还包括泵体、阀门、和罐体容积等。电厂中管线较为复杂，其中仪表管线对温度控制要求相对较高。电伴热具有热效率高，节约能源，设计简单，施工安装方便，无污染，使用寿命长，且能实现遥控和自动控制等优点。因此，在电厂管道保温及防冻方案中采用电伴热是最有效的方法。

电伴热系统以电伴热带发热、控制盘控制为核心，再加上保温、温度反馈、安装辅件等共同组成。在发电厂电伴热系统的实际设计中，较常采用的设计方案介绍如下：

1.需要伴热的管线或设备温度相对较低时(一般为200℃以内)，采用自控温电伴热方案。自控温电伴热方案主要是通过自控温电伴热线完成，自控温电伴热线本身根据感应管壁(介质) 的温度而自调发热量，是一种节能措施。自控温电伴热线由导电塑料和两根平行母线加绝缘层、金属屏蔽层、防腐外套构成。其中由塑料加导电碳粒经特殊加工而成的导电塑料是发热核心。自控温电伴热线由于整个温度控制过程是由材料本身自动调节完成的，其控制温度不会过高也不会过低。因此电伴热所具有的良好特性是其他伴热系统所无法比拟的。针对发电厂伴热的特殊技术要求，自控温电伴热系统能够准确、方便地起到保温、防冻的作用。自控温电伴热线具有如下优点：

a.功率输出与温度呈反比，温度上升，功率下降；

b.伴热温度均匀，不会过热；

c.节约电能，升温快速；

d.在选用电热带的最长使用长度内可以任意截断或在一定范围内接长使用；

e.允许多次交叉重叠而不会出现过高的温度点。

2.需要伴热的管线或设备为高温时(一般为200℃以上)，采用矿物绝缘电缆(Mineral Insulated Cable)，简称MI电伴热带。MI电伴热带是金属线芯(发热体)、线芯周围紧密的环绕着矿物质氧化镁(绝缘层)及经过多次拉制过的金属管(通常是铜、钢或是不锈钢等)构成，连续工作温度可达250-600℃，短期工作温度可至1083℃，伴热长度可达18-680米。由于这种电缆的全部材料都是采用无机材料，所以除具有良好的导电性能、机械物理性能、耐火性能、耐腐蚀性外，还具有良好的不燃性和较长的寿命。MI电伴热带功率输出基本不变，发热均匀，全长温差极小。

3.电伴热系统配电及温度控制方案

根据伴热线敷设位置，集中设置电伴热配电箱，伴热配电箱的安装位置应尽量靠近伴热管道仪表保温柜或伴热管道附近，伴热配电箱进线电源回路引自MCC柜或就近配电箱。

a.自控温电伴热配电箱

自控温电伴热配电箱设置就地启、停按钮，不设置温度控制器，通过伴热线自限温功能实现温度控制功能，伴热线长期带电运行，具体方案如下：

①电源进线回路采用塑壳断路器+接触器方案；

②电源进线二次控制回路电源取自配电箱电源进线回路塑壳断路器下口；

③配电箱上设置就地跳、合闸按钮；

④接触器跳、合闸位置辅助触点接入信号灯指示回路；

⑤配电箱内设置A、B、C、N及PE线，PE线与箱体外壳连接；

⑥伴热配电箱各伴热回路设置30mA漏电保护功能的2P微型低压断路器，伴热负荷均匀的接在A、B、C三相上，并考虑一定备用回路。

b.MI电伴热配电箱

MI电伴热配电箱设置就地启、停按钮、转换开关和环境温度控制器。当环境温度降低到环境温度控制器设定值时，伴热线启动工作，温度升高到超过设定值5度时，伴热线停止运行。具体方案如下：

①电源进线回路采用塑壳断路器+接触器方案；

②电源进线二次控制回路电源取自配电箱电源进线回路塑壳断路器下口；

③配电箱上设置就地跳、合闸按钮；

④配电箱上设置转换开关，通过转换开关选择手动或自动起停；

⑤配电箱上设置环境温度控制器，通过环境温度控制器实现自动起停。

⑥接触器跳、合闸位置辅助触点接入信号灯指示回路；

⑦配电箱内设置A、B、C、N及PE线，PE线与箱体外壳连接；

⑧伴热配电箱馈线回路设置30mA漏电保护功能的2P微型低压断路器，伴热负荷均匀的接在A、B、C三相上，并考虑一定备用回路。

⑨采用一体化机械式环境温度控制器，其温度控制器单元安装在配电柜内，感温包单元安装在开关柜外，可固定在配电箱上。

上述发电厂电伴热方案，在实际使用中，仍存在故障率较高、使用一段时间后伴热效果下降快、伴热温度控制不稳定等诸多问题，使正常的生产和过程控制受到一定的影响。

自控温电伴热线通过电伴热线自身温度调节功能实现温度控制，此控制方式下，自控温电伴热线长期处于带电工作状态，浪费电能，且自控温电伴热带在长期使用中，有功率衰减趋向。自控温电伴热线配电箱无状态反馈至后台监控系统，伴热回路故障时无法及时发现并排除，影响设备安全运行。

MI电伴热线配电箱配置环境温度控制器，通过环境温度控制器实现温度控制功能，此温度控制方式温度控制不准确，且无法针对不同伴热回路的温度需求进行自动起停控制，MI电伴热线配电箱无状态反馈至后台监控系统，伴热回路故障时无法及时发现并排除，影响设备安全运行。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，避免了自控温电伴热线长期处于带电工作状态，延长伴热线的使用寿命，且节约电能，可监测数字式精确温度控制方案具有安装简单，耗电量低，控制精度高，防爆性能高，维护方便，解决了诸多现有技术存在的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，包括用于工作温度在200℃及200℃以下需要伴热的管线和设备的自控温电伴热装置，还包括用于工作温度在200℃以上需要伴热的管线和设备的矿物绝缘电缆电伴热装置，其中，自控温电伴热装置包括自控温电伴热线以及自控温电伴热配电箱，自控温电伴热二次控制回路中设置环境温度控制器；自控温电伴热回路中还设置有用于监测伴热回路电流异常情况并发送报警信号的电流继电器；矿物绝缘电缆电伴热装置包括设置在需伴热管道保温层下的热电阻温度传感器、电伴热带以及矿物绝缘电缆电伴热配电箱，矿物绝缘电缆电伴热的回路中设置温度控制器，热电阻温度传感器与温度控制器连接。

矿物绝缘电缆电伴热回路中的温度控制器采用数字式温度控制器。

矿物绝缘电缆电伴热回路中温度控制器上的RS485通信接口与DCS通信连接，RS485通信接口用于传输电伴热回路的设定温度阈值、电流信号、保温时间信号、RTD故障报警以及伴热线断线信号。

矿物绝缘电缆电伴热配电箱内每个伴热回路设置独立的二次控制回路，每个伴热二次控制回路通过串联接入该伴热回路对应的数字式温度控制器的辅助触点。

矿物绝缘电缆电伴热带采用不锈钢护套系列电伴热带。

自控温电伴热带包括导电塑料和两根平行设置的母线，母线外壁设置有绝缘层、金属屏蔽层和防腐外套。

自控温电伴热装置的环境温度控制器采用一体化机械式环境温度控制器，其温度控制器单元安装在配电柜内，感温包单元固定安装在配电柜外侧。

还包括用于提供电力的电源。

矿物绝缘电缆电伴热装置的数字式控制器安装在配电箱内，其热电阻温度传感器安装在伴热管道保温层下。

矿物绝缘电缆电伴热回路中和自控温电伴热的各回路中均设置有小型漏电断路器。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：在自控温配电箱内设置环境温度控制器，通过环境温度控制器实现配电箱内伴热回路的自动起停，避免了自控温电伴热线长期处于带电工作状态，减缓伴热线的功率衰减趋向，延长伴热线的使用寿命，且节约电能；通过电流继电器辅助触点将各伴热回路电流异常报警信号送至DCS；有效解决了电伴热回路故障时运行人员无法及时发现并排除，而影响电厂设备安全运行的问题，温控方案大大提高了伴热系统工作的可靠性，提高了各伴热管线及设备的温控精度。

进一步的，矿物绝缘电缆电伴热带采用不锈钢护套系列电伴热带，能有效提高仪表管线伴热系统的伴热精度和系统稳定性。

进一步的，各伴热回路中的小型漏电断路器报警触点能将伴热回路故障报警信号送至 DCS，实现自控温电伴热回路远程监视功能。

进一步的，矿物绝缘电缆电伴热根据管壁实时温度实现对伴热线的起停和管壁的温度控制，每个伴热回路设置温度控制器和热电阻温度传感器，根据各管壁的实时温度进行控制，实现各伴热回路温度独立控制。

进一步的，数字式温度控制器是一种集成电源接线盒和基于微处理器的温度控制设备，可整定高低温报警阈值、显示过程温度、高温报警、低温报警以及热电阻温度传感器故障报警，且具有远传报警的通用接口。

进一步的，将矿物绝缘电缆电伴热配电箱内各数字式温度控制器的报警信号通过温度控制器的RS485通信口引至DCS，实现对各矿物绝缘电缆电伴热回路远方监测功能。

进一步的，矿物绝缘电缆电伴热配电箱内每个伴热回路配独立的二次控制回路，每个伴热二次控制回路设置一个数字式温度控制器，安装在各伴热管道保温层下的热电阻温度传感器将温度信号反馈给相应的数字式温度控制器，各伴热回路通过数字式温度控制器实现自动起停功能，该温度控制方案大大提高了伴热系统工作的可靠性，提高了各伴热管线及设备的温度控制精度。

进一步的，通过矿物绝缘电缆电伴热配电箱内数字式温度控制器的RS485通信口将每个伴热回路的状态及报警信号上传至DCS，避免了矿物绝缘电缆电伴热回路故障时运行人员无法及时发现并排除，以至于影响电厂设备安全运行。

进一步的，电伴热系统采用可监测数字式精确温度控制方案具有安装简单，耗电量低，控制精度高，防爆性能高，维护方便，使用寿命长等技术优势。

附图说明

图1 MI电伴热配电箱主回路图(含控制回路)；

图2 MI电伴热配电箱温控器接线原理图；

图3 MI电伴热配电箱端子排接线图；

图4自控温电伴热配电箱主回路图；

图5自控温电伴热配电箱控制回路原理图；

图6自控温电伴热配电箱信号回路原理图；

图7自控温电伴热配电箱温控器接线原理图；

图8自控温电伴热配电箱端子排接线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，包括用于工作温度在200℃及200℃以下需要伴热的管线和设备的自控温电伴热装置，还包括用于工作温度在200℃以上需要伴热的管线和设备的矿物绝缘电缆电伴热装置；还包括用于提供电力的电源，

如图4～图8所示，自控温电伴热装置包括自控温电伴热线以及自控温电伴热配电箱，自控温电伴热二次控制回路中设置环境温度控制器；自控温电伴热回路中还设置有用于监测伴热回路电流异常情况并发送报警信号的电流继电器；每个伴热二次控制回路设置中间继电器，提高控制回路的安全性；

如图1～图3所示，矿物绝缘电缆电伴热装置包括设置在需伴热管道保温层下的热电阻温度传感器、电伴热带以及矿物绝缘电缆电伴热配电箱，矿物绝缘电缆电伴热的回路中设置温度控制器，热电阻温度传感器与温度控制器连接，矿物绝缘电缆电伴热配电箱内每个伴热回路设置独立的二次控制回路，每个伴热二次控制回路通过串联接入该伴热回路对应的数字式温度控制器的辅助触点，矿物绝缘电缆电伴热回路中的温度控制器采用数字式温度控制器；矿物绝缘电缆电伴热回路中温度控制器上的RS485通信接口与DCS通信连接，RS485通信接口用于传输电伴热回路的设定温度阈值、电流信号、保温时间信号、RTD故障报警以及伴热线断线信号，实现矿物绝缘电缆电伴热回路的远程监测；矿物绝缘电缆电伴热带采用不锈钢护套系列电伴热带，矿物绝缘电缆电伴热装置的数字式控制器安装在配电箱内，其热电阻温度传感器安装在伴热管道保温层下；矿物绝缘电缆电伴热回路中和自控温电伴热的各回路中均设置有小型漏电断路器；矿物绝缘电缆电伴热装置的数字式温度控制器设置在配电箱内，热电阻温度传感器设置在管道外壁，通过信号线连接。

本实用新型优选的，使用不锈钢护套系列矿物绝缘电缆电伴热带能满足温度为200℃及 200℃以上的工作条件和大发热功率，即发热功率达到269W/m的需要，其最高承受温度可达 600℃，导体电阻值的范围从28000～19.2Ω/km。

自控温电伴热带包括导电塑料和两根平行设置的母线，母线外壁设置有绝缘层、金属屏蔽层和防腐外套，自控温电伴热装置的环境温度控制器采用一体化机械式环境温度控制器，其温度控制器单元安装在配电柜内，感温包单元固定安装在配电柜外侧。

电伴热系统通过如下两种方式来实现对温度的控制：

1、根据环境温度控制：

根据环境温度进行控制的电伴热系统，采用温度控制器来探测周围环境温度，将环境温度和预先设定的温度值进行比较，对伴热带进行开启和关停控制；在二次控制回路中，将转换开关、温控器辅助触点与接触器线圈串联，当环境温度降低到低于环境温度开关设定值5度时，环境温度的设定值根据所处的环境进行设定，温控器辅助触点闭合，接触器线圈带电，接触器吸合，配电箱内所有电伴热回路启动工作；温度升高到超过设定值5度时，温控器辅助触点断开，接触器线圈失电，接触器断开，配电箱内所有电伴热回路停止运行。

2、根据管壁的温度控制：

根据管壁的温度进行对仪表管线和工艺管线的温度控制；仪表管线和工艺管线的温度需要保持在管壁温度±5℃，管壁温度根据具体工程工艺专业需要进行调整；用温度控制器和热电阻温度传感器来探测管道的管壁温度，在预先设定的温度点对伴热带进行开启和关停控制。

自控温电伴热装置的各伴热回路中设置电流继电器，并将各电流继电器辅助触点并联后引致DCS，各伴热回路中的小型漏电断路器的辅助触点接入各工作运行信号灯指示回路；通过小型漏电断路器报警触点将伴热回路故障报警信号传输至DCS，实现自控温电伴热回路远程监视功能。

矿物绝缘电缆电伴热配电箱内各伴热回路的二次控制回路设置数字式温度控制器，数字式温度控制器通过安装在需要电伴热管道和设备保温层下的热电阻温度传感器取得的温度信号，将实际管壁温度与设定的温度进行比较，实现矿物绝缘电缆电伴热回路的自动开启和关停。

矿物绝缘电缆电伴热配电箱内每个伴热回路设置独立的二次控制回路，每个伴热二次控制回路通过串入该伴热回路对应的数字式温度控制器的辅助触点启动中间继电器，通过中间继电器辅助触点接通其伴热回路电源。

结合附图对本实用新型采用的温度控制方案做进一步详细描述。

a.自控温电伴热装置配电箱，如图1～图4所示：

①电源进线回路采用塑壳断路器+接触器方案；

②电源进线二次控制回路电源取自配电箱电源进线回路塑壳断路器下口；

③二次控制回路设置一个转换开关，通过转换开关选择手动或自动起停；

④二次控制回路设置一个环境温度控制器，通过环境温度控制器实现配电箱内伴热回路的自动起停，各伴热回路同起同停；

⑤采用一体化机械式环境温度控制器，其温度控制器单元安装在配电柜内，感温包单元安装在开关柜外；

⑥各伴热回路中设置电流继电器，并将各电流继电器辅助触点并联后引致DCS，作为各伴热回路电流异常报警信号；

⑦各伴热回路小型漏电断路器的辅助触点接入各工作运行信号灯指示回路；各伴热回路小型漏电断路器的报警触点并联后引致DCS，作为伴热回路故障报警信号；

⑧接触器合闸位置辅助触点接入运行信号灯指示回路，设工作电源信号灯指示回路；

⑨配电箱内设置A、B、C、N及PE线，PE线与箱体外壳连接；

⑩伴热配电箱馈线回路设置30mA漏电保护功能的2P微型低压断路器，伴热负荷均匀的接在A、B、C三相上，仪表伴热箱内伴热回路应与热控仪表箱内仪表回路数目保持一致，工艺伴热箱内伴热回路考虑25～35％的备用回路，作为由于现场实际安装情况或工艺管道后期伴热管道增加引起的伴热回路增加的备用回路。

b.矿物绝缘电缆(MI)电伴热配电箱，如图5～图8所示：

①电源进线回路采用塑壳断路器；

②每个伴热回路配独立的二次控制回路，二次控制回路电源取自各伴热回路小型漏电断路器下口；

③各伴热二次控制回路设置一个转换开关，各伴热二次控制回路通过转换开关选择手动或自动起停；

④各伴热二次控制回路设置一个数字式温度控制器，各伴热回路通过数字式温度控制器实现自动起停功能。

⑤将各温度控制器报警信号通过通信口引至DCS，温度控制器具有RS485通信口，采用 Modbus通信协议。

⑥数字式温度控制器可设置报警值、报警上限值、报警下限值，能输出回路电流监测、保温时间监测、漏电流监测、RTD故障报警以及伴热线断线监测等信号；

⑦配电箱内设置A、B、C、N及PE线，PE线与箱体外壳连接；

⑧伴热配电箱馈线回路采用30mA漏电保护功能的2P微型低压断路器+接触器方案，伴热负荷均匀的接在A、B、C三相上，仪表伴热箱内伴热回路应与热控仪表箱内仪表回路数目保持一致，工艺伴热箱内伴热回路考虑约25～35％的备用回路，作为现场实际安装情况或工艺管道后期伴热管道增加引起的伴热回路增加的备用回路。

⑨各伴热回路接触器合闸位置辅助触点接入各运行信号灯指示回路，设工作电源信号灯指示回路；

⑩数字式控制器均安装在配电箱内，其热电阻温度传感器安装在伴热管道保温层下。

两种温控方案实施时电伴热启动和关停动作中电器元件和开关的动作过程如下：当监测温度低于温控器设定值时，温控器辅助触点闭合，接触器线圈带电，接触器吸合，接触器辅助触点闭合，相应的电伴热回路带电工作，相应的电伴热回路运行指示灯亮；当监测温度升高到超过设定值时，温控器辅助触点断开，接触器线圈失电，接触器断开，接触器辅助触点断开，相应的电伴热回路停止工作，相应的电伴热回路运行指示灯熄灭。

Claims (10)

1.一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，包括用于工作温度在200℃及200℃以下需要伴热的管线和设备的自控温电伴热装置，还包括用于工作温度在200℃以上需要伴热的管线和设备的矿物绝缘电缆电伴热装置，

其中，自控温电伴热装置包括自控温电伴热线以及自控温电伴热配电箱，自控温电伴热二次控制回路中设置环境温度控制器；自控温电伴热回路中还设置有用于监测伴热回路电流异常情况并发送报警信号的电流继电器；

矿物绝缘电缆电伴热装置包括设置在需伴热管道保温层下的热电阻温度传感器、电伴热带以及矿物绝缘电缆电伴热配电箱，矿物绝缘电缆电伴热的回路中设置温度控制器，热电阻温度传感器与温度控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，矿物绝缘电缆电伴热回路中的温度控制器采用数字式温度控制器。

3.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，矿物绝缘电缆电伴热回路中温度控制器上的RS485通信接口与DCS通信连接，RS485通信接口用于传输电伴热回路的设定温度阈值、电流信号、保温时间信号、RTD故障报警以及伴热线断线信号。

4.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，矿物绝缘电缆电伴热配电箱内每个伴热回路设置独立的二次控制回路，每个伴热二次控制回路通过串联接入该伴热回路对应的数字式温度控制器的辅助触点。

5.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，矿物绝缘电缆电伴热带采用不锈钢护套系列电伴热带。

6.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，自控温电伴热带包括导电塑料和两根平行设置的母线，母线外壁设置有绝缘层、金属屏蔽层和防腐外套。

7.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，自控温电伴热装置的环境温度控制器采用一体化机械式环境温度控制器，其温度控制器单元安装在配电柜内，感温包单元固定安装在配电柜外侧。

8.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，还包括用于提供电力的电源。

9.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，矿物绝缘电缆电伴热装置的数字式控制器安装在配电箱内，其热电阻温度传感器安装在伴热管道保温层下。

10.根据权利要求1所述的一种火力发电厂可监测数字式电伴热系统，其特征在于，矿物绝缘电缆电伴热回路中和自控温电伴热的各回路中均设置有小型漏电断路器。