JP3639005B2 - 多点温度測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ボイラのメタル温度など広範囲に分散する温度を測定する多点温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電を主目的とするような大型ボイラ（以下、事業用ボイラ）では、温度、圧力、流量などのプロセスデータを測定し、中央操作室で制御、監視のために利用する。特に近年では、火力発電は、電力の負荷追従のため昼間運転し、夜間停止する運転方法（ＤＳＳ）を採用する場合が多く、その結果としてボイラ内の圧力、温度変動が激しく、ボイラ各部に過大なストレスが加わる危険が増し、ストレス検出用の温度計、圧力計などを多く設置する傾向にある。そのため、センサの設置、布線工事費は増加の一方である。
【０００３】
また、特に火炉やヘッダのストレスは、ボイラ点火、消火時の温度不均衡時が最も大きいため、試運転時にストレスを十分確認し、ストレスの少ない運転、制御パラメータを確認すれば、ボイラ寿命の確保、ボイラ立ち上げ時間の短縮による燃料費低減などが可能となる。
【０００４】
そのため、火炉炉壁には、ボイラ試運転時だけのために、百点近くもの熱電対を仮設置する場合もある。
【０００５】
ここで、熱電対の仮設置に際しては、ボイラ上部から補償導線にて機械室まで布設するため、熱電対百本の増加はそのまま百本分の布設工事が増加することとなる。
【０００６】
このように、熱電対設置数の増加は、そのまま工事量の増加につながり、工事期間の増加、工事価格の増加につながる。特に配線の布設工事は、足場の必要な配管工事、配管ベント部内への布設など複雑な作業が増加する。
【０００７】
このような点を解消するため、熱電対をある程度まとめ、布設数を低減する装置が提案されている。
【０００８】
具体的には、ボイラと中央操作室間にターミナル装置を設置し、一旦ターミナル装置に信号を集線し、ターミナル装置にて多重化し、１本の信号線にて計測信号を伝送する構成である。
【０００９】
本ターミナル装置は、１台あたり３２点の計測点を集線でき、信号はわたり配線で接続できる特長がある。
【００１０】
しかし、本装置は、ターミナル装置への電源供給方法に考慮が足らない点が問題である。本点につき次に述べる。
【００１１】
本ターミナル装置を利用した場合、仮に９０点の熱電対を集線化する場合、３台のターミナル装置をボイラ回りに配置し、わたり配線で接続する。
【００１２】
図５にターミナル装置を利用した場合の接続例を図示する。
【００１３】
図５において、１は電源ダクト、２は信号・制御用ダクト、３，４，５はターミナル装置、６は電源線、７は信号線、８は電源用分電盤、９は電源線、１０は信号線、１１はボイラ、１２は熱電対である。
【００１４】
ボイラ１１上部の各部に取り付けた熱電対１２は、各々近いターミナル装置３，４，５に接続される。
【００１５】
１台あたり最大３２本の熱電対をターミナル装置３，４，５に集約できる。
【００１６】
ターミナル装置３，４，５間は信号線７にて接続され、信号線７は、信号・制御用ダクト２内を通り、信号線１０から中央操作室建屋内に布線される。
【００１７】
また、ターミナル装置３，４，５に接続される電源は電源線６にて電源用分電盤８から供給し、電源用分電盤８には、電源ダクト１を経由し、電源線９にて中央操作室建屋内から供給される。
【００１８】
このときの信号線７および電源線６は、配管内を通し布線される。
【００１９】
信号・制御用ダクト、配管と電源用ダクト、配管の分離の必要性は、電源線の発生するノイズが信号・制御線に飛び込み、その結果として信号・制御値が乱れ、プラントの運転に悪影響を及ぼすことを防ぐことにある。
【００２０】
そのために通常は、ケーブルの種類を、使用電圧により電源線（ＡＣ１００Ｖ）と、信号・制御線（ＡＣ，４８Ｖ，２４Ｖ）に分け、それぞれ専用のダクト、配管内を布線するものである。
【００２１】
ボイラ１１の大きさを、５０，０００ｍｍ×５０，０００ｍｍとしたときの布線長を以下に示す。
【００２２】
配管長：電源線：２００，０００ｍｍ 信号線：１５０，０００ｍｍ
配管曲がり部：１５カ所
ダクト長：電源線：２００，０００ｍｍ 信号線：２００，０００ｍｍ
ここで例えば、ターミナル装置の信号電圧は３〜１０Ｖであり、電源電圧は１００Ｖであるとすると、ノイズの点から考慮すれば必然的に配管、ダクトを分離せざるを得ない。また多くのプラントの規則では、信号・制御用ダクトと電源用ダクトは分離するように定められている。
【００２３】
このため、全体の長さは合計７５０，０００ｍｍの布線、また作業工数の多い配管曲がり部は最低１５カ所必要とし、熱電対設置数の増加による工事量の増加を解消していなかった。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、ターミナル装置の電源配線の点について配慮がされておらず、信号線と別ダクト、配管を必要とする電源線の布設工事が信号線の長さ以上になる問題点があった。
【００２５】
本発明の目的は、ダクト・配管に対し、電源線と信号線を最適に配置選択し、全体の布線工事を低減することができる多点温度測定装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内部基板で使用する電圧まで昇、降圧するトランスを設けた多点入力変換器と、
ボイラ上部付近に設置され、接続する複数の多点入力変換器の員数分だけ巻線を有して各多点入力変換器に独立に電源を供給するトランスを設け、前記複数の多点入力変換器と接続され、多点入力変換器からの信号を集約する集線装置と、
この集線装置と前記多点入力変換器の間を接続するメタル通信線と信号レベルの電源線とを複合したメタル復合ケーブルと、
前記集線装置と接続され、多点入力変換器からの検出信号に基づき温度表示を行うと共に、集線装置及び多点入力変換器に電力を供給する表示・電源供給ユニットと、
この表示・電源供給ユニットから集線装置に商用電源電圧を供給する電源線と、集線装置と表示・電源供給ユニットの間を接続する光ファイバとを複合した光複合ケーブルとを備えたことを特徴とする。
【００２７】
【作用】
本発明においては、集線装置から多点入力変換器に供給される電源電圧を信号電圧に近いレベル、例えばＡＣ２４Ｖに設定する。このようにすることで、信号線と電源線を同一配管で布設することが可能となる。
【００２８】
また集線装置と表示・電源供給ユニット間の電源電圧をＡＣ１００Ｖとし、大電力供給のための線材径を最適化し、かつ、信号線に光ケーブルを使用することで、電源ダクト内で布線できるようにした。
さらに、多点入力変換器と集線装置のそれぞれにトランスを設け、信号電圧に近いレベルのＡＣ２４Ｖを供給グラウンドと分離することで、グラウンドから回り込む電源回りのノイズの影響を減少させることができる。
【００２９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１は実施例に係る多点温度測定装置の構成図であり、（ａ）は全体システム構成図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ部の断面図である。
【００３１】
図１において、２１は電源ダクト、２２は信号・制御用ダクト、２３はプラントモニタ装置、２４は集線装置、２５，２６，２７は多点入力変換器、２８はメタル複合ケーブル、２９は光複合ケーブル、３０は熱電対、３１は中央操作室建屋、３２はオペレータコンソール、３３は交流無停電電源装置、３４は光電変換装置、３５はトランス、３６は光ファイバ、３７は電源線、３８はメタル通信線、３９は信号レベルの電源線である。なお、プラントモニタ装置２３、オペレータコンソール３２、交流無停電電源装置３３で、特許請求の範囲に記載した表示・電源供給ユニットが構成される。
【００３２】
以下、動作を説明する。
【００３３】
まず、電源系統を説明する。電源は、中央操作室建屋３１内に設置の交流無停電電源装置３３から、交流１００Ｖにて光複合ケーブル２９内の電源線３７に供給する。電源は、電源用ダクト２１に設置の光複合ケーブル２９内を経由し、ボイラ最上階付近に設置した集線装置２４内のトランス３５に接続される。トランス３５にて交流１００Ｖの電圧を交流２４Ｖに変換する。
【００３４】
トランス３５は、集線装置２４に接続する多点入力変換器２５，２６，２７の員数分の２４Ｖ巻線を有するため、集線装置２４から個々の多点入力変換器２５，２６，２７に独立電源を供給できる。
【００３５】
交流２４Ｖの電圧は、メタル複合ケーブル２８中の信号レベルの電源線３９を経由し、多点入力変換器２５，２６，２７にそれぞれ接続する。
【００３６】
このように、電源電圧を交流２４Ｖとすることにより信号と電源用に共通ダクトが利用でき、布線が容易となる。
【００３７】
多点入力変換器の内部構成を図２に示す。
【００３８】
２５は多点入力変換器、３０は熱電対、４２は熱電対接続端子台、４３はマルチプレクサ基板、４４はＡＤコンバータ基板、４５はＣＰＵ基板、４６は電源基板、４７はトランス、２８はメタル複合ケーブルである。
【００３９】
交流２４Ｖの電圧は、多点入力変換器２５内のトランス４７にて内部基板である、マルチプレクサ基板４３、ＡＤコンバータ基板４４、ＣＰＵ基板４５にて使用する電圧まで昇・降圧した上で、電源基板４６にて直流化し、各基板にて使用する。 次に、信号系統を説明する。
【００４０】
図２において、多点入力変換器２５は３６点の熱電対入力を有する。熱電対３０は、熱電対接続端子台４２に接続し、マルチプレクサ基板４３を経由し、Ａ／Ｄコンバータ基板４４にてデジタルデータに変換される。
【００４１】
本データをＣＰＵ基板４５にて通信用符号に変換し、電圧±５Ｖにてメタル複合ケーブル２８内のメタル通信線３８にて集線装置２４まで伝送する。
【００４２】
図１において、集線装置２４内の光電変換装置３４にて信号を光信号に変換し、光複合ケーブル２９にて中央操作室建屋３１内のプラントモニタ装置２３にこの信号を導く。この信号により収集した温度データは、オペレータコンソール３２にて表示する。
【００４３】
図３に、図１と図２にて図示した構成における布線図を示す。
【００４４】
本実施例における布線状況を図４に示す。
【００４５】
ボイラ１１において布線されているものであり、具体的には以下のようになっている。
【００４６】
配管長：電源線・信号線：２００，０００ｍｍ
配管曲がり部：７カ所
ダクト長：電源線・信号線：２００，０００ｍｍ
全体の配管長は４００，０００ｍｍであり、配管長、配管曲がり部共に従来技術の約１／２に低減できる。
【００４７】
上記実施例での多点入力変換器２５〜２７は熱電対３０を例としたが、入力は熱電対以外のプロセスデータでもよい。
【００４８】
また、従来よく使用されている、４〜２０ｍＡの統一計装信号のケーブルを中央操作室または機械室からスター状に大量に配線する代わりに、各フロアに集線装置を設置し、集線装置間と中央操作室または機械室を、例えばリング状に結ぶ構成とすることで、大幅に配線量が低減できると共に電力配線を複合ケーブル内に吸収できる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、集線装置から多点入力変換器に供給される電源電圧を信号電圧に近いレベル、例えばＡＣ２４Ｖに設定する。このようにすることで、信号線と電源線を同一配管で布設することが可能となり、工期、費用などを圧縮することができる。
【００５０】
また、集線装置と表示・電源供給ユニット間の電源電圧をＡＣ１００Ｖとし、大電力供給のための線材径を最適化し、かつ、信号線に光ケーブルを使用することで、電源ダクト内で布線できるようになる。
また、多点入力変換器と集線装置のそれぞれにトランスを設け、信号電圧に近いレベルのＡＣ２４Ｖを供給グラウンドと分離することで、グラウンドから回り込む電源回りのノイズの影響を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る多点温度測定装置の構成図である。
【図２】 多点入力変換器の構成図である。
【図３】 本発明の多点温度測定装置における布線図である。
【図４】 本発明における布線状況を示すボイラの斜視図である。
【図５】 従来の布線状況を示すボイラの斜視図である。
【符号の説明】
２１ 電源ダクト
２３ プラントモニタ装置
２４ 集線装置
２５，２６，２７ 多点入力変換器
２８ 複合ケーブル
２９ 光複合ケーブル
３０ 熱電対

Claims (1)

1. 内部基板で使用する電圧まで昇、降圧するトランスを設けた多点入力変換器と、
   ボイラ上部付近に設置され、接続する複数の多点入力変換器の員数分だけ巻線を有して各多点入力変換器に独立に電源を供給するトランスを設け、前記複数の多点入力変換器と接続され、多点入力変換器からの信号を集約する集線装置と、
   この集線装置と前記多点入力変換器の間を接続するメタル通信線と信号レベルの電源線とを複合したメタル復合ケーブルと、
   前記集線装置と接続され、多点入力変換器からの検出信号に基づき温度表示を行うと共に、集線装置及び多点入力変換器に電力を供給する表示・電源供給ユニットと、
   この表示・電源供給ユニットから集線装置に商用電源電圧を供給する電源線と、集線装置と表示・電源供給ユニットの間を接続する光ファイバとを複合した光複合ケーブルとを備えたことを特徴とする多点温度測定装置。

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