水電站測溫電阻常見故障原因分析

摘要:水電站設(shè)備的測溫電阻如果發(fā)生故障,將產(chǎn)生無法監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行溫度或測量溫度值跳變、誤報(bào)等問題，對水電站的正常運(yùn)行造成困擾,并增加維護(hù)工作量。在介紹水電站常見測溫原理及測溫電阻特殊性的基礎(chǔ)上,從測溫電阻本身及測溫電阻安裝兩個(gè)方面分析歸納了常見的故障,并針對故障原因提出了相應(yīng)的解決方法,參照瀑布溝、深溪溝水電站的成功經(jīng)驗(yàn),確定了大崗山溫控電阻的安裝工藝,以期提高大崗山水電站機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
　　水電站設(shè)備運(yùn)行過程中,當(dāng)溫度或溫升超過允許極限值，設(shè)備的故障率會大大提高，如果不及時(shí)采取有效措施,還可能給設(shè)備帶來災(zāi)難性后果。目前,主要采用在水電站設(shè)備重要部位安裝測溫電阻的方式對設(shè)備運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)視,對于無法安裝測溫電阻的地方大都采用紅外測溫方式進(jìn)行定期監(jiān)視。水電站安裝測溫電阻的部位通常有發(fā)電機(jī)定子繞組、水輪發(fā)電機(jī)組各部軸承、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、變壓器本體等。
　　調(diào)查發(fā)現(xiàn),水電站中普遍存在由于測溫電阻故障造成無法監(jiān)測測點(diǎn)溫度、溫度跳變、誤報(bào)等問題，給水電站的正常運(yùn)行造成了較大困擾,也增加了維護(hù)工作量。有些故障還引起設(shè)備溫度保護(hù)誤動,造成發(fā)電機(jī)組非計(jì)劃性停運(yùn),有時(shí)溫度過高導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子繞組和機(jī)組軸承燒毀的嚴(yán)重事故。因此，分析測溫電阻故障原因,消除設(shè)備隱患，提高測溫電阻的長期穩(wěn)定性和可靠性成為一項(xiàng)非常緊迫的工作。
1常見測溫原理簡介
　　在工業(yè)應(yīng)用中,溫度測量有熱電偶和熱電阻兩種方式。熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即根據(jù)電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性進(jìn)行溫度測量,目前應(yīng)用最廣泛的金屬熱電阻材料是鉑和銅,常用的型號有Pt100和Cu50兩種。根據(jù)水電站設(shè)備運(yùn)行特征和制造工藝，國內(nèi)絕大多數(shù)水電站測溫元件均采用Pt100芯片。
　　水電站測溫電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場,與控制室之間存在一定的距離,通常電阻信號由引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或其它儀表上。一般的信號連接方式有二線制、三線制、四線制。通常水電站發(fā)電機(jī)和變壓器都配置有溫度保護(hù)裝置,保護(hù)裝置經(jīng)過邏輯計(jì)算后可發(fā)出報(bào)警信號,對溫度測量精度有高要求,所以水電站一般都采用三線制和四線制,使電纜電阻不平衡對測量結(jié)果的影響降到最小如:瀑布溝、深溪溝、漫灣電站采用三線制,龔嘴、銅街子電站采用四線制。
2測溫電阻的特殊性
(1)運(yùn)行時(shí)間長,不易維護(hù)。水電站測溫電阻投人運(yùn)行后,不受發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的影響而不間斷地長時(shí)間運(yùn)行。在電機(jī)制造過程中,定子測溫電阻預(yù)先安置在定子線圈和定子鐵芯之間，用來測量該處的平均溫度。定子測溫電阻發(fā)生故障后只能等檢修時(shí)拆除線棒后再進(jìn)行更換。同樣，機(jī)組各部軸承測溫電阻故障發(fā)生后也只有等機(jī)組檢修時(shí)打開油槽才能處理。在處理測溫電阻故障之前，故障點(diǎn)測溫元件將無法發(fā)揮作用,這樣就造成運(yùn)行人員長期無法監(jiān)視該點(diǎn)溫度,成為設(shè)備運(yùn)行隱患,不利于機(jī)組安全運(yùn)行。
(2)重要性。定子溫度高會導(dǎo)致絕緣材料性能下降,甚至擊穿絕緣材料,使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生災(zāi)難性后果。過高的溫度還可能損壞發(fā)電機(jī)組軸承,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此,必須實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行溫度,在設(shè)備溫度升高到危險(xiǎn)溫度之前采取相應(yīng)的措施,避免事故發(fā)生。
(3)運(yùn)行環(huán)境差。安裝在軸承油槽里的測溫電阻長期浸泡在透平油里，并時(shí)刻承受油流的沖擊和機(jī)組的振動。此外，水電站的電磁干擾源多,且干擾強(qiáng)度大,特別是發(fā)電機(jī)漏磁產(chǎn)生的強(qiáng)磁場對定子推力瓦和上導(dǎo)瓦測溫電阻的干擾大。
3測溫電阻故障分析
3.1測溫電阻自身問題
(1)長期穩(wěn)定性差,可靠性低。測溫元件本身質(zhì)量差,運(yùn)行一段時(shí)間就出現(xiàn)誤報(bào)、跳變或沒有讀數(shù)等問題。水電站的定子繞組溫度和各軸承溫度都會用來進(jìn)行溫度保護(hù)邏輯判斷,為了避免溫度保護(hù)誤動作,在更換這些測點(diǎn)的測溫電阻前,電站人員就不得不屏蔽掉這些測點(diǎn)的溫度測量通道,造成這些測點(diǎn)溫度長期無法監(jiān)測顯示,嚴(yán)重影響運(yùn)行人員對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷。
(2)導(dǎo)線根部斷線。導(dǎo)線根部是剛性測溫電阻和柔性導(dǎo)線連接的部位,應(yīng)力容易集中。如果導(dǎo)線根部無保護(hù)或保護(hù)不可靠,機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),流動的油膜不斷作用在導(dǎo)線根部,很容易造成導(dǎo)線材料的疲勞,從而出現(xiàn)斷線情況。
(3)導(dǎo)線開裂。有的水電站的測溫電阻引出導(dǎo)線耐油、耐溫性能比較差,長期浸泡在較高溫度的透平油中會出現(xiàn)變硬、變脆現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)線里邊的芯線還會出現(xiàn)裂紋,導(dǎo)線芯線裸露在外,可能會造成溫度測量回路短路,導(dǎo)致溫度測量不正確。
(4)連接不可靠。有的測溫電阻采用航空插頭結(jié)構(gòu),插針接觸面小，機(jī)組運(yùn)行時(shí),由于振動容易引起接觸不良,造成溫度跳變。
(5)固定方式設(shè)計(jì)不合理。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),有的水電廠采用的測溫電阻探頭根部為固定螺紋結(jié)構(gòu)，固定探頭時(shí)，后端導(dǎo)線隨著轉(zhuǎn)動,容易被擰斷。
3.2測溫電阻安裝問題
(1)油槽中布線不規(guī)范。導(dǎo)線固定、綁扎采用硬塑料扎帶,容易傷及導(dǎo)線外皮。有的采用薄鐵皮固定導(dǎo)線束,尖銳的薄鐵皮邊緣很容易傷及導(dǎo)線留下隱患。有的油槽中布線不牢靠，機(jī)組運(yùn)行時(shí)油流、涌浪容易造成接頭處測溫線斷線。
(2)導(dǎo)線轉(zhuǎn)接問題。測溫電阻出線較短，造成在油槽中轉(zhuǎn)接點(diǎn)較多,每個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)都要焊接,而油槽空間狹小,焊接操作不方便,多一個(gè)焊接點(diǎn)就多一次發(fā)生隱患的概率。例如:深溪溝水電站油槽內(nèi)測溫電阻導(dǎo)線采用螺桿轉(zhuǎn)接，每根導(dǎo)線通過螺母固定在環(huán)氧板上,多一次轉(zhuǎn)接就又多了一道工序,轉(zhuǎn)接環(huán)氧板接線端子容易松動和氧化,造成接觸不良,引起溫度值跳變。
(3)測溫電阻及導(dǎo)線沒有有效屏蔽。有的電廠“對測溫電阻沒有實(shí)施有效屏蔽,使發(fā)電機(jī)的強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場對測溫回路產(chǎn)生較大干擾,造成測量不正確。
4解決方法
4.1采用穩(wěn)定可靠的測溫元件
　　采用光刻濺射工藝制作的薄膜鉑電阻元件,是將鉑粉噴在陶瓷骨架上,用激光刻回路,同時(shí)元件和引線之間采用激光焊接,這種焊接抗震性能優(yōu)越，可保證測溫元件的長期穩(wěn)定性。
4.2采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)的測溫電阻
　　多個(gè)電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,航空插頭結(jié)構(gòu)不適合水電廠運(yùn)行工況。而采用一體化結(jié)構(gòu)測溫電阻,延長導(dǎo)線，中間沒有聯(lián)接器和轉(zhuǎn)接點(diǎn)，導(dǎo)線一直延伸到端子箱,可大大堿少由于接觸不良造成的故障。現(xiàn)場確實(shí)需要轉(zhuǎn)接的導(dǎo)線,應(yīng)選用國際先進(jìn)、質(zhì)量可靠、防護(hù)等級較高、接插性能優(yōu)異的接插聯(lián)接器。采用活動.固定卡套螺紋及可動螺紋安裝結(jié)構(gòu)，以便于現(xiàn)場安裝固定。
4.3采用專用屏蔽電纜
　　專用屏藏電纜必須耐油、耐腐蝕和耐熱性能好,能在水電廠發(fā)電機(jī)軸承、風(fēng)洞、定子中長期工作,能夠抵御強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場的干擾,能夠長距離傳輸微弱電壓、電流、電阻信號。
4.4在測溫元件根部采取保護(hù)措施
　　在測溫元件后端加裝彈簧保護(hù)裴置或者直接將測溫元件根部用鎧裝絲延伸出來,防止油流沖擊、振動、彎折造成導(dǎo)線根部斷線。
4.5優(yōu)化油槽出線裝置
　　設(shè)計(jì)專門的油槽出線裝置,解決導(dǎo)線出油槽漏油、安裝不便等問題。導(dǎo)線無需一根根焊接或通過螺桿轉(zhuǎn)接,可從密封夾套中直接穿出,并具有較高防護(hù)等級。
4.6規(guī)范安裝布線作業(yè)
(1)推力、上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承油槽內(nèi),由于油體旋轉(zhuǎn)速度很快,對測溫電阻探頭和導(dǎo)線的連接部位沖擊力很大,現(xiàn)場安裝時(shí)要特別注意,可就近多點(diǎn)固定，盡量順著油流沖擊的方向布線以減少油流對探頭根部導(dǎo)線的沖擊。
(2)測溫電阻導(dǎo)線在油槽內(nèi)走線,每隔30cm用白布帶綁扎,然后用的AB膠,將A膠和B膠按1:1的比例混合后,用無水乙醇稀釋,或選用浸泡好的蟲膠漆,涂刷在白布帶綁扎處，使其固化、引線集結(jié)成束,減少油流沖擊的影響。
(3)沿油槽底部將測溫電阻引線集結(jié)成一束,每隔50cm用線卡將線束固定在油槽壁或支架上。采用由耐油橡膠包裹著的線卡,防止導(dǎo)線外皮磨破,避免導(dǎo)線在油槽內(nèi)發(fā)生機(jī)械損壞。可以根據(jù)線束的大小選擇不同規(guī)格的線卡。線卡較大時(shí)，可以先用白布帶將線東纏繞后,再用線卡固定。
(4)敷設(shè)線束時(shí),不能電源線、控制線與信號線扎在一起平行敷設(shè),更不能穿在一根管內(nèi)。在干擾較大地方,最好用有屏蔽層專用導(dǎo)線,并將屏蔽層端接地。
5結(jié)語
　　水電站6臺機(jī)組4部軸承全部測溫電阻已按上述方法改造完成,取得了良好的效果,深溪溝、漫灣水電站也將按上述方法開展測溫電阻改造工作。水電站建設(shè)將借鑒上述電廠的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測溫電阻選型和安裝工作。也希望上述方法能夠給其他水電站測溫電阻改造和新建水電站測溫電阻選型、安裝提供一些借鑒經(jīng)驗(yàn)。