水電站測溫電阻常見故障原因分析

摘要:水電站設備的測溫電阻如果發生故障,將產生無法監測設備運行溫度或測量溫度值跳變、誤報等問題，對水電站的正常運行造成困擾,并增加維護工作量。在介紹水電站常見測溫原理及測溫電阻特殊性的基礎上,從測溫電阻本身及測溫電阻安裝兩個方面分析歸納了常見的故障,并針對故障原因提出了相應的解決方法,參照瀑布溝、深溪溝水電站的成功經驗,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組的安全穩定運行水平。
　　水電站設備運行過程中,當溫度或溫升超過允許極限值，設備的故障率會大大提高，如果不及時采取有效措施,還可能給設備帶來災難性后果。目前,主要采用在水電站設備重要部位安裝測溫電阻的方式對設備運行溫度進行監視,對于無法安裝測溫電阻的地方大都采用紅外測溫方式進行定期監視。水電站安裝測溫電阻的部位通常有發電機定子繞組、水輪發電機組各部軸承、發電機空氣冷卻器、變壓器本體等。
　　調查發現,水電站中普遍存在由于測溫電阻故障造成無法監測測點溫度、溫度跳變、誤報等問題，給水電站的正常運行造成了較大困擾,也增加了維護工作量。有些故障還引起設備溫度保護誤動,造成發電機組非計劃性停運,有時溫度過高導致發電機定子繞組和機組軸承燒毀的嚴重事故。因此，分析測溫電阻故障原因,消除設備隱患，提高測溫電阻的長期穩定性和可靠性成為一項非常緊迫的工作。
1常見測溫原理簡介
　　在工業應用中,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進行溫度測量的，即根據電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性進行溫度測量,目前應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。根據水電站設備運行特征和制造工藝，國內絕大多數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現場,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算機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。通常水電站發電機和變壓器都配置有溫度保護裝置,保護裝置經過邏輯計算后可發出報警信號,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)運行時間長,不易維護。水電站測溫電阻投人運行后,不受發電機組運行狀態的影響而不間斷地長時間運行。在電機制造過程中,定子測溫電阻預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。定子測溫電阻發生故障后只能等檢修時拆除線棒后再進行更換。同樣，機組各部軸承測溫電阻故障發生后也只有等機組檢修時打開油槽才能處理。在處理測溫電阻故障之前，故障點測溫元件將無法發揮作用,這樣就造成運行人員長期無法監視該點溫度,成為設備運行隱患,不利于機組安全運行。
(2)重要性。定子溫度高會導致絕緣材料性能下降,甚至擊穿絕緣材料,使發電機產生災難性后果。過高的溫度還可能損壞發電機組軸承,造成嚴重的經濟損失。因此,必須實時監視設備運行溫度,在設備溫度升高到危險溫度之前采取相應的措施,避免事故發生。
(3)運行環境差。安裝在軸承油槽里的測溫電阻長期浸泡在透平油里，并時刻承受油流的沖擊和機組的振動。此外，水電站的電磁干擾源多,且干擾強度大,特別是發電機漏磁產生的強磁場對定子推力瓦和上導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)長期穩定性差,可靠性低。測溫元件本身質量差,運行一段時間就出現誤報、跳變或沒有讀數等問題。水電站的定子繞組溫度和各軸承溫度都會用來進行溫度保護邏輯判斷,為了避免溫度保護誤動作,在更換這些測點的測溫電阻前,電站人員就不得不屏蔽掉這些測點的溫度測量通道,造成這些測點溫度長期無法監測顯示,嚴重影響運行人員對設備運行狀態的判斷。
(2)導線根部斷線。導線根部是剛性測溫電阻和柔性導線連接的部位,應力容易集中。如果導線根部無保護或保護不可靠,機組運轉時,流動的油膜不斷作用在導線根部,很容易造成導線材料的疲勞,從而出現斷線情況。
(3)導線開裂。有的水電站的測溫電阻引出導線耐油、耐溫性能比較差,長期浸泡在較高溫度的透平油中會出現變硬、變脆現象,嚴重時導線里邊的芯線還會出現裂紋,導線芯線裸露在外,可能會造成溫度測量回路短路,導致溫度測量不正確。
(4)連接不可靠。有的測溫電阻采用航空插頭結構,插針接觸面小，機組運行時,由于振動容易引起接觸不良,造成溫度跳變。
(5)固定方式設計不合理。在調查中發現,有的水電廠采用的測溫電阻探頭根部為固定螺紋結構，固定探頭時，后端導線隨著轉動,容易被擰斷。
3.2測溫電阻安裝問題
(1)油槽中布線不規范。導線固定、綁扎采用硬塑料扎帶,容易傷及導線外皮。有的采用薄鐵皮固定導線束,尖銳的薄鐵皮邊緣很容易傷及導線留下隱患。有的油槽中布線不牢靠，機組運行時油流、涌浪容易造成接頭處測溫線斷線。
(2)導線轉接問題。測溫電阻出線較短，造成在油槽中轉接點較多,每個轉接點都要焊接,而油槽空間狹小,焊接操作不方便,多一個焊接點就多一次發生隱患的概率。例如:深溪溝水電站油槽內測溫電阻導線采用螺桿轉接，每根導線通過螺母固定在環氧板上,多一次轉接就又多了一道工序,轉接環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)測溫電阻及導線沒有有效屏蔽。有的電廠“對測溫電阻沒有實施有效屏蔽,使發電機的強電場和強磁場對測溫回路產生較大干擾,造成測量不正確。
4解決方法
4.1采用穩定可靠的測溫元件
　　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,同時元件和引線之間采用激光焊接,這種焊接抗震性能優越，可保證測溫元件的長期穩定性。
4.2采用結構先進的測溫電阻
　　多個電站的運行經驗表明,航空插頭結構不適合水電廠運行工況。而采用一體化結構測溫電阻,延長導線，中間沒有聯接器和轉接點，導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。現場確實需要轉接的導線,應選用國際先進、質量可靠、防護等級較高、接插性能優異的接插聯接器。采用活動.固定卡套螺紋及可動螺紋安裝結構，以便于現場安裝固定。
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,能在水電廠發電機軸承、風洞、定子中長期工作,能夠抵御強電場和強磁場的干擾,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措施
　　在測溫元件后端加裝彈簧保護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、彎折造成導線根部斷線。
4.5優化油槽出線裝置
　　設計專門的油槽出線裝置,解決導線出油槽漏油、安裝不便等問題。導線無需一根根焊接或通過螺桿轉接,可從密封夾套中直接穿出,并具有較高防護等級。
4.6規范安裝布線作業
(1)推力、上導、下導、水導軸承油槽內,由于油體旋轉速度很快,對測溫電阻探頭和導線的連接部位沖擊力很大,現場安裝時要特別注意,可就近多點固定，盡量順著油流沖擊的方向布線以減少油流對探頭根部導線的沖擊。
(2)測溫電阻導線在油槽內走線,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,防止導線外皮磨破,避免導線在油槽內發生機械損壞。可以根據線束的大小選擇不同規格的線卡。線卡較大時，可以先用白布帶將線東纏繞后,再用線卡固定。
(4)敷設線束時,不能電源線、控制線與信號線扎在一起平行敷設,更不能穿在一根管內。在干擾較大地方,最好用有屏蔽層專用導線,并將屏蔽層端接地。
5結語
　　水電站6臺機組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。水電站建設將借鑒上述電廠的成功經驗進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驗。