電站常見(jiàn)問(wèn)題

　　水電廠(chǎng)機組瓦溫測量系統

　　水電廠(chǎng)機組瓦溫測量系統運行情況直接影響整個(gè)電廠(chǎng)機組是否能夠安全運行，這因為機組瓦溫測量系統故障造成誤發(fā)信號會(huì )導致機組事故停機。這對于機組壽命及整個(gè)電網(wǎng)都會(huì )造成極大的影響，因此機組瓦溫測量系統在水電廠(chǎng)監控系統中占有很重要的地位。為了便于大家理解水電廠(chǎng)機組瓦溫測量系統的結構，根據我們長(cháng)時(shí)間服務(wù)水電廠(chǎng)以及為水電廠(chǎng)提供專(zhuān)門(mén)的瓦溫測量電阻(RTD),我們在下面將對水電廠(chǎng)機組瓦溫測溫系統結構做一個(gè)簡(jiǎn)單的描述。

　　水電廠(chǎng)機組瓦一般包括上導瓦、下導瓦、推力瓦、水導瓦，瓦的材料有巴氏合金瓦、俄羅斯的彈性金屬塑料瓦，如三峽用的是巴氏合金瓦，五強溪用的是彈性金屬塑料瓦。測溫電阻裝在瓦里邊，有的是直接與瓦接觸通過(guò)接觸法來(lái)測量機組瓦的溫度，有的是通過(guò)油、水間接來(lái)測量瓦溫的。

　　我們以推力瓦瓦溫測量示意圖來(lái)說(shuō)明，其它位置的和這個(gè)類(lèi)似：

　　1、 由上圖可以看出測溫電阻對推力瓦瓦溫進(jìn)行監測，一般水輪機的瓦數為偶數，如16快、24快等，每個(gè)瓦上裝有一個(gè)測溫電阻，有時(shí)根據現場(chǎng)不同的情況有的瓦裝有兩支測溫電阻，輸送到不同的監測位置。水電廠(chǎng)測溫電阻的分度號不盡相同，用的最多的為Cu50和PT100。

　　2、 測溫電阻從瓦里出來(lái)后，有一段距離是在油槽中，在油槽中測溫電阻導線(xiàn)會(huì )根據現場(chǎng)的情況沿著(zhù)某個(gè)方向盤(pán)在一起，最后從油槽里邊出來(lái)。出來(lái)后他們會(huì )就近接到如圖所示的端子箱1和端子箱2上，端子箱1、2根據現場(chǎng)情況可增減，如果推力或者推力油槽直徑較大可安排4個(gè)，尺寸小可安排2個(gè)，如三峽電廠(chǎng)在推力油槽部位設置了三個(gè)端子箱，漫灣電廠(chǎng)在推力油槽部位設置了兩個(gè)端子箱。這些端子箱到測溫電阻Pt100的引線(xiàn)為傳感器本身的引線(xiàn)。

　　3、 端子箱1、2出來(lái)后接到總端子箱上，這段距離一般為30米左右，根據不同的電廠(chǎng)情況不太相同，這一段導線(xiàn)走線(xiàn)比較困難，因此不易經(jīng)常更換。如果傳感器出問(wèn)題要更換時(shí)，只更換端子箱1、2到推力瓦測溫電阻這一塊。端子箱1、2到總端子箱的引線(xiàn)為屏蔽導線(xiàn)，即Pt100引線(xiàn)。大部分電廠(chǎng)都設置有現地端子箱1、2，只有一小部分電廠(chǎng)取消了，如天生橋二級電廠(chǎng)等。

　　4、 總端子箱出來(lái)后會(huì )接到現地單元1監控機的溫度巡檢裝置上，如上圖中的南瑞公司的SJ40C。它最多可以擴展到96路輸入，它的每路可以接入不同熱電阻，有兩路保護出口(可組態(tài))。當機組瓦溫升高時(shí)，鉑電阻阻值增大，模擬量信號改變，測溫巡檢儀根據模擬信號的改變判斷機組瓦溫，同時(shí)把信號傳遞給PLC，PLC通過(guò)對造、判斷、分析后，發(fā)出報警信號或停機信號。實(shí)現機組的安全運行。

　　根據大部分水電廠(chǎng)現場(chǎng)情況來(lái)看，在整個(gè)系統中，出問(wèn)題最多的是由測溫電阻的斷線(xiàn)、導線(xiàn)的絕緣、開(kāi)裂引起的。因此選用質(zhì)量可靠、性能穩定的傳感器對整個(gè)測量系統有著(zhù)重要的意義。

　　水電廠(chǎng)測溫電阻故障及解決辦法

　　測溫電阻是水電廠(chǎng)最重要的傳感器，水電廠(chǎng)測溫電阻運行情況直接影響發(fā)電機組是否能夠安全運行。在水電行業(yè)中，測溫電阻性能不穩定、可靠性差是非常普遍的問(wèn)題，由于性能不穩定導致溫度信號誤報一直困擾著(zhù)電廠(chǎng)的運行人員和檢修人員，嚴重時(shí)可造成機組事故停機的，這對于機組壽命及電網(wǎng)的安全都會(huì )造成不可估量的影響。因此，分析測溫電阻故障原因，提高測溫電阻的長(cháng)期穩定性和可靠性是非常緊迫的一項工作。

　　在我們服務(wù)于眾多電廠(chǎng)的過(guò)程中，經(jīng)常在現場(chǎng)碰到了形形色色的問(wèn)題，起初我們以為是中小型水電廠(chǎng)存在這些問(wèn)題，后來(lái)發(fā)現在三峽、廣蓄、小浪底等國外大機組中也存在這些問(wèn)題，所以這些問(wèn)題在全行業(yè)中帶有某些共性。在這里我們把這些問(wèn)題羅列出來(lái)加以分析，并試圖解決這些問(wèn)題。

　　水電廠(chǎng)的特殊性

　　對于測溫電阻來(lái)說(shuō)，水電廠(chǎng)的運行環(huán)境是非常特殊的，這有別于其他的工業(yè)領(lǐng)域，如果把工業(yè)上通用的測溫電阻拿到水電廠(chǎng)使用是肯定要出問(wèn)題的。這些特殊性表現為：

　　1、運行時(shí)間長(cháng)、不易維護。瓦溫測溫電阻安裝在空間狹小不宜維護更換傳感器的地方，一般在大修時(shí)才有機會(huì )維護測溫電阻。而現在由于技術(shù)進(jìn)步，大修周期越來(lái)越長(cháng)，這就要求測溫電阻長(cháng)期穩定運行。

　　2、重要程度高。 推力軸承是發(fā)電機組的關(guān)鍵裝置之一，其中的測溫電阻又是監測推力瓦運行狀態(tài)的的唯一手段。而且推力瓦溫測溫電阻，一般要求接保護，重要性不言而喻。而一般的工業(yè)領(lǐng)域沒(méi)有這么高的重要性。

　　3、運行環(huán)境惡劣。還是以推力瓦測溫電阻為例，傳感器及其導線(xiàn)長(cháng)期浸泡在溫度較高的透平油里，并時(shí)刻承受油流的沖擊和機組的振動(dòng)。在這樣的環(huán)境中很少有傳感器及導線(xiàn)能經(jīng)受長(cháng)達5年的考驗。

　　4、電磁干擾的強度相當大。一般水電廠(chǎng)發(fā)電機的功率都非常大，發(fā)電機產(chǎn)生的強電場(chǎng)特別是漏磁產(chǎn)生的強磁場(chǎng)對上導瓦和推力瓦測溫電阻干擾非常大。這對傳感器及其導線(xiàn)的抗干擾能力的要求很高。

　　普遍存在的問(wèn)題

　　正是由于水電廠(chǎng)測溫電阻使用環(huán)境的特殊性，使得水電廠(chǎng)測溫電阻普遍存在如下的問(wèn)題。

　　1、長(cháng)期穩定性差、可靠性低。其實(shí)水電廠(chǎng)對測溫電阻的精度要求并不高，但對于傳感器的長(cháng)期穩定性和可靠性要求非常高。許多的電廠(chǎng)由于采用了長(cháng)期穩定性差的測溫電阻，在機組運行了幾年后，就會(huì )出現大量的誤報、跳變和沒(méi)有讀數等問(wèn)題，使工程人員很難判斷到底是機組本身的問(wèn)題還是測溫電阻的問(wèn)題，如果推力瓦測溫電阻出現上述問(wèn)題，就會(huì )造成跳機，釀成重大事故。

　　2、電纜折斷或外皮開(kāi)裂。電纜在根部折斷現象幾乎在每個(gè)電廠(chǎng)都有，電纜長(cháng)期浸泡在流動(dòng)透平油中，如果不做特殊的處理，時(shí)間長(cháng)了導線(xiàn)就會(huì )在傳感器根部斷開(kāi)。根部斷線(xiàn)的故障占了測溫電阻故障的一半左右，應該引起重視。另外，電纜外皮在高溫及腐蝕性的透平油環(huán)境中也會(huì )開(kāi)裂。

　　3、傳感器及導線(xiàn)沒(méi)有屏蔽，或有屏蔽但沒(méi)有接好。許多電廠(chǎng)都沒(méi)有對測溫電阻實(shí)施有效的屏蔽，使發(fā)電機的強電場(chǎng)和強磁場(chǎng)對測溫電阻干擾并把干擾信號導入測溫回路中，造成測溫不準。我們見(jiàn)到過(guò)，推力瓦測溫電阻感應漏磁信號達到110V。這使得測量值無(wú)任何意義，還會(huì )導致回路中的其他器件損壞。測溫電阻和整個(gè)測溫回路，導線(xiàn)多且長(cháng)，接線(xiàn)環(huán)節多，屏蔽要求在整個(gè)環(huán)節中都要有可靠的屏蔽，只要有一個(gè)環(huán)節出現問(wèn)題，屏蔽就會(huì )無(wú)效。

　　4、傳感器安裝不規范。一般在安裝瓦溫電阻時(shí)要求傳感器與瓦體剛性連接，最好是螺紋連接，瓦內的導線(xiàn)也要可靠固定，特別是根部導線(xiàn)要與傳感器固定在同一個(gè)剛體上。但我們見(jiàn)到有些電廠(chǎng)在安裝軸瓦測溫電阻時(shí)只是簡(jiǎn)單的放置在瓦孔內，還有些是用環(huán)氧樹(shù)脂灌封在孔里。這些都是不規范的安裝方式，這樣的安裝方式都不能有效地保護導線(xiàn)根部。

　　5、線(xiàn)制和接線(xiàn)問(wèn)題。線(xiàn)制就是測溫電阻的引出線(xiàn)方式，如：4線(xiàn)制、3線(xiàn)制和2線(xiàn)制，線(xiàn)制決定了傳感器導線(xiàn)的電阻對測量結果的影響。其中4線(xiàn)制和3線(xiàn)制可以把導線(xiàn)電阻對測量結果的影響降到最低，而2線(xiàn)制則可以。以20米電纜為例，導線(xiàn)的電阻為3歐姆，換算成溫度值是6℃， 這個(gè)誤差是非常大的。三線(xiàn)制接線(xiàn)方式，同樣是20米的導線(xiàn)，只有0.1歐姆被加到了系統里，產(chǎn)生0.2℃的誤差，這個(gè)誤差是可以接受的，這說(shuō)明導線(xiàn)電阻幾乎不會(huì )影響到測量結果。如果用四線(xiàn)制測量，則導線(xiàn)電阻的影響可完全不計。我們看到很多電廠(chǎng)采用2線(xiàn)制測溫電阻，或把3線(xiàn)制接成2線(xiàn)制的，或者在中間某個(gè)環(huán)節接成2線(xiàn)制。無(wú)論如何這都會(huì )產(chǎn)生很大的誤差�？赡苡腥藭�(huì )在后端溫度模塊上對此進(jìn)行補償，但面對不同類(lèi)型不同長(cháng)度的導線(xiàn)進(jìn)行補償就不是一種好方法了。

　　6、傳感器尾部結構問(wèn)題。傳感器尾部結構有全密封的和帶連接器的區別，現在起碼有一半的電廠(chǎng)在使用尾部連接器的結構，這種結構的優(yōu)點(diǎn)是方便拆卸，一旦傳感器有問(wèn)題可以在不用動(dòng)導線(xiàn)的情況下把傳感器換下來(lái)。但這樣的結構只適合安裝在油水冷卻器或空冷器的地方，對于軸瓦的溫度監測就不合適了。例如在推力軸承內傳感器是完全浸泡在透平油里，而且透平油在不停地流動(dòng)著(zhù)，加上軸瓦的振動(dòng)，尾部連接器非常容易漏油或觸點(diǎn)脫開(kāi)，從而降低了傳感器的長(cháng)期穩定性。實(shí)際上如果傳感器本身長(cháng)期穩定性高，應該是很少維護或根本不需要維護。

　　7、Pt100和Cu50的問(wèn)題。這是測溫電阻分度值的問(wèn)題，Pt100和Cu50是目前電廠(chǎng)最常用的測溫電阻，基本上99%的水電廠(chǎng)都在使用。Pt100是用鉑金材料作為敏感元件，Cu50是用銅做敏感元件。Cu50與Pt100的比較有幾個(gè)缺點(diǎn)：首先銅比鉑的阻值小，需要很長(cháng)的銅絲繞制成敏感元件，鉑則相對短一些，一般的越長(cháng)越細的材料可靠性越低。第二，鉑電阻是主流的測溫電阻，大的制造商、特別是德國廠(chǎng)家都以光刻濺射工藝生產(chǎn)Pt100芯片，非常成熟可靠。幾乎沒(méi)有廠(chǎng)家生產(chǎn)Cu芯片，這樣如果要用Cu50產(chǎn)品只有自己繞制線(xiàn)圈來(lái)做敏感元件，可靠性大大降低。這也就是有些電廠(chǎng)使用的Cu50測溫電阻經(jīng)常壞的原因。

　　8、非常好的傳感器用錯了地方。在三峽和小浪底等電廠(chǎng)，由于是VOITH 和ALSTON的機組，所以傳感器都是瑞士或德國的傳感器。傳感器本身非常好，但由于不是為特定的使用環(huán)境制作的傳感器，結果也經(jīng)常出現一些問(wèn)題。如：傳感器結構的問(wèn)題、導線(xiàn)在根部斷開(kāi)的問(wèn)題。不同的電廠(chǎng)有不同的特點(diǎn)，對測溫電阻的要求也是不同的，到現在為止，我們還沒(méi)有發(fā)現測溫電阻完全一樣的水電廠(chǎng)。對于特定的電廠(chǎng)而言，測溫電阻沒(méi)有針對性的進(jìn)行設計，再好的傳感器也仍然會(huì )出問(wèn)題。

　　解決辦法

　　一切努力都是為提高測溫電阻的長(cháng)期穩定性和可靠性。這要求在測溫電阻的制造和安裝各個(gè)環(huán)節上下功夫。

　　1、 采用高品質(zhì)的Pt100芯片。前面提到了鉑電阻要優(yōu)于其他材料的測溫電阻，而鉑電阻芯片的品質(zhì)也是千差萬(wàn)別的。應該采用濺射光刻工藝制作的Pt100芯片，精度要求達到A級。這類(lèi)芯片的漂移很小，長(cháng)期穩定性高，而且抗沖擊和振動(dòng)。芯片引腳采用鉑鎳合金。因為芯片引腳最終要和導線(xiàn)或鎧裝絲的芯線(xiàn)焊接，焊接容易導致金屬材料發(fā)脆而斷開(kāi)，所以這也是個(gè)薄弱環(huán)節。芯片引腳采用鉑鎳合金可以保證焊接后引線(xiàn)的機械性能，避免導線(xiàn)在傳感器內斷開(kāi)。

　　2、 采用特制的導線(xiàn)。導線(xiàn)長(cháng)期浸泡在油里出現變硬變脆是由于導線(xiàn)最外層絕緣層材料選擇不合理造成的，例如導線(xiàn)的外皮材料是PVC材料，其耐油、耐溫性能比較差。在溫度較高場(chǎng)合，它的耐油性能會(huì )大大的降低，使用壽命會(huì )縮短很多。在較高溫度的油中長(cháng)時(shí)間浸泡后，導線(xiàn)會(huì )出現變硬、變脆的現象。我們選用耐油、耐溫的導線(xiàn)材料。我們選用的是聚全氟乙丙烯(FEP)簡(jiǎn)稱(chēng)F-46，是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，是聚四氟乙烯的改性材料。它具有優(yōu)良的耐油、耐腐蝕和耐熱性能，可在-250～250℃溫度內長(cháng)期使用。除在高溫高壓下氟元素和熔融狀態(tài)的堿金屬對它有腐蝕作用，其它諸如強酸(包括濃硝酸和王水)、強堿、強氧化劑、油脂、酮、醚、醇等即使在高溫下 也對它不起作用。另外它的耐開(kāi)裂性能也非常突出，可以徹底解決導線(xiàn)長(cháng)時(shí)間泡在油中出現開(kāi)裂的問(wèn)題。

　　3、 在導線(xiàn)與測溫電阻的結合部位加保護裝置。主要解決導線(xiàn)根部斷線(xiàn)的問(wèn)題。根據現場(chǎng)的情況，選擇不同的保護形式，如錐形彈簧保護管、波紋管和鎧裝絲延伸保護等。這里特別要強調鎧裝絲延伸保護方式，將傳感器內部的鎧裝絲一直延伸出來(lái)，這樣導線(xiàn)受到油流沖擊的部分全部是鎧裝絲，實(shí)際上鎧裝絲是可以任意彎折的不銹鋼導線(xiàn)，抗腐蝕、沖擊和振動(dòng)的性能非常好，這樣可徹底解決導線(xiàn)受油腐蝕和沖擊的問(wèn)題。使用壽命更久，性能更可靠。

　　4、 測溫電阻及其導線(xiàn)的一體化網(wǎng)狀屏蔽。理論上說(shuō)磁場(chǎng)比電場(chǎng)更難屏蔽，對于強磁場(chǎng)的干擾來(lái)說(shuō)，網(wǎng)狀屏蔽是最有效的方案。由于推力和上導軸承最接近發(fā)電機，所以推力和上導瓦的測溫電阻的網(wǎng)狀屏蔽特別重要。測溫系統的導線(xiàn)多且長(cháng)，中間環(huán)節又多，在布線(xiàn)時(shí)要特別仔細，在每個(gè)環(huán)節上都要求把導線(xiàn)的屏蔽線(xiàn)可靠地接到公共接地端。

　　5、 三線(xiàn)制以上的接線(xiàn)方式。我們推薦用三線(xiàn)制的接線(xiàn)方式，傳感器本身要做成三線(xiàn)制的，測溫系統中各個(gè)環(huán)節都要用三線(xiàn)制的方式來(lái)接線(xiàn)，這樣才能有效的保證測量精度。這里特別強調，一定不要采用二線(xiàn)制的接線(xiàn)方式。

　　6、 封裝工藝和結構。全鎧裝封裝工藝，采用德國專(zhuān)業(yè)化廠(chǎng)生產(chǎn)的鎧裝絲，這種鎧裝絲經(jīng)過(guò)高純度氧化鎂填充、高溫干燥、拉絲、滾軋和退火的工序制作完成，其特點(diǎn)是壽命長(cháng)、響應速度快、機械強度高和絕緣性好。用于瓦溫和瓦內油溫的測溫電阻一定不要采用尾部連接器的結構。

　　7、 定做測溫電阻。對于特定的電廠(chǎng)，測溫電阻都要有針對性地進(jìn)行設計和制造.

　　水電廠(chǎng)測溫電阻導線(xiàn)問(wèn)題原因分析和解決方案

　　一、水電廠(chǎng)測溫電阻導線(xiàn)問(wèn)題：

　　1、導線(xiàn)長(cháng)期浸泡在導軸承、推力軸承油槽里，使導線(xiàn)變硬變脆，導線(xiàn)很難彎折。導線(xiàn)表面出現很多裂紋，嚴重時(shí)導線(xiàn)里邊的芯線(xiàn)也出現裂紋，導線(xiàn)線(xiàn)芯裸露在外邊。

　　2、導線(xiàn)根部斷線(xiàn)情況比較嚴重，有的直接斷掉，有的外部絕緣層斷開(kāi)。

　　3、導線(xiàn)線(xiàn)徑太小，包括導線(xiàn)外徑和單股導線(xiàn)芯線(xiàn)的線(xiàn)徑。

　　二、原因分析：

　　1、 導線(xiàn)長(cháng)期浸泡在油里出現變硬變脆是由于導線(xiàn)最外層絕緣層材料選擇不合理造成的，例如導線(xiàn)的外皮材料是PVC材料，其耐油、耐溫性能比較差。在溫度較高場(chǎng)合，它的耐油性能會(huì )大大的降低，使用壽命會(huì )縮短很多。在較高溫度的油中長(cháng)時(shí)間浸泡后，導線(xiàn)會(huì )出現變硬、變脆的現象。

　　2、 導線(xiàn)根部斷線(xiàn)的情況根據不同的機組、現場(chǎng)使用環(huán)境會(huì )有不同，其中推力出現斷線(xiàn)的可能性最大。導線(xiàn)根部斷線(xiàn)原因如下：

　　1) 導線(xiàn)長(cháng)時(shí)間受到油流的沖擊。機組運轉起來(lái)，形成流動(dòng)的油膜不斷作用在導線(xiàn)的根部。導線(xiàn)根部是剛性(傳感器)和柔性(導線(xiàn))連接的部位，正好是一個(gè)應力容易集中的部位，這樣很容易造成導線(xiàn)材料的疲勞，從而出現斷線(xiàn)情況。

　　2) 不同的機組、現場(chǎng)的使用環(huán)境。抽水蓄能機組和混流式機組的現場(chǎng)使用環(huán)境就不太相同，抽水蓄能機組由于大軸的旋轉方向頻繁切換，因此機組瓦溫測溫電阻根部會(huì )受到兩個(gè)相反方向油流作用力的來(lái)回沖擊，這樣傳感器根部出現斷線(xiàn)的可能性更大。另一種情況是抽水蓄能機組的開(kāi)停機頻率遠遠高于其它形式的機組，這就要求傳感器的可靠性能更高。

　　3、 導線(xiàn)外徑不符合現場(chǎng)的使用環(huán)境和機組的具體要求，對于不同容量的機組，其油膜甩起來(lái)的速度，沖擊力都不盡相同，要按照現場(chǎng)的具體情況選擇合適的導線(xiàn)外徑，導線(xiàn)線(xiàn)徑太小，很難承受一定的作用力，對傳感器的壽命會(huì )構成影響。

　　三、解決方案

　　1、我們選用耐油、耐溫的導線(xiàn)材料。我們選用的是聚全氟乙丙烯(FEP)簡(jiǎn)稱(chēng)F-46，是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，是聚四氟乙烯的改性材料。它具有優(yōu)良的耐油、耐腐蝕和耐熱性能，可在-250～250℃溫度內長(cháng)期使用。除在高溫高壓 下氟元素和熔融狀態(tài)的堿金屬對它有腐蝕作用，其它諸如強酸(包括濃硝酸和王水)、強堿、強氧化劑、油脂、酮、醚、醇等即使在高溫下 也對它不起作用。另外它的耐開(kāi)裂性能也非常突出，可以徹底解決導線(xiàn)長(cháng)時(shí)間泡在油中出現開(kāi)裂的問(wèn)題。

　　2、我們對導線(xiàn)根部做了保護裝置。

　　1)們給傳感器后端做了彈簧保護裝置，防止油流沖擊、振動(dòng)、彎折造成的導線(xiàn)根部斷線(xiàn)。

　　2)我們將傳感器根部用鎧裝絲一直延伸出來(lái)，這樣導線(xiàn)受到油流沖擊的部分全部是鎧裝絲，由于鎧裝絲是可以任意彎折的，這樣導線(xiàn)就成了具有不銹鋼外殼的導線(xiàn)，徹底解決導線(xiàn)受油腐蝕和沖擊的問(wèn)題。使用壽命更久，性能更可靠。

　　4、我們導線(xiàn)的外徑大小可以根據電廠(chǎng)的實(shí)際情況和客戶(hù)的具體要求來(lái)定做，我們給別的電廠(chǎng)提供的測溫電阻導線(xiàn)外徑分別是:三芯、四芯的為5mm左右，6芯的為6mm左右。導線(xiàn)是帶網(wǎng)裝屏蔽層，線(xiàn)芯為鍍銀線(xiàn)芯，性能非常穩定。