水電廠機(jī)組瓦溫測量系統(tǒng)運(yùn)行情況直接影響整個(gè)電廠機(jī)組是否能夠安全運(yùn)行，這因?yàn)闄C(jī)組瓦溫測量系統(tǒng)故障造成誤發(fā)信號會導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)。這對于機(jī)組壽命及整個(gè)電網(wǎng)都會造成極大的影響，因此機(jī)組瓦溫測量系統(tǒng)在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中占有很重要的地位。為了便于大家理解水電廠機(jī)組瓦溫測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)我們長時(shí)間服務(wù)水電廠以及為水電廠提供專門的瓦溫測量電阻（RTD）,我們在下面將對水電廠機(jī)組瓦溫測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做一個(gè)簡單的描述。
水電廠機(jī)組瓦一般包括上導(dǎo)瓦、下導(dǎo)瓦、推力瓦、水導(dǎo)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(qiáng)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接觸法來測量機(jī)組瓦的溫度，有的是通過油、水間接來測量瓦溫的。
我們以推力瓦瓦溫測量示意圖來說明，其它位置的和這個(gè)類似：
1、 由上圖可以看出測溫電阻對推力瓦瓦溫進(jìn)行監(jiān)測，一般水輪機(jī)的瓦數(shù)為偶數(shù)，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(jù)現(xiàn)場不同的情況有的瓦裝有兩支測溫電阻，輸送到不同的監(jiān)測位置。水電廠測溫電阻的分度號不盡相同，用的zui多的為Cu50和PT100。
2、 測溫電阻從瓦里出來后，有一段距離是在油槽中，在油槽中測溫電阻導(dǎo)線會根據(jù)現(xiàn)場的情況沿著某個(gè)方向盤在一起，zui后從油槽里邊出來。出來后他們會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(jù)現(xiàn)場情況可增減，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)，如三峽電廠在推力油槽部位設(shè)置了三個(gè)端子箱，漫灣電廠在推力油槽部位設(shè)置了兩個(gè)端子箱。這些端子箱到測溫電阻Pt100的引線為傳感器本身的引線。
3、 端子箱1、2出來后接到總端子箱上，這段距離一般為30米左右，根據(jù)不同的電廠情況不太相同，這一段導(dǎo)線走線比較困難，因此不易經(jīng)常更換。如果傳感器出問題要更換時(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到總端子箱的引線為屏蔽導(dǎo)線，即Pt100引線。大部分電廠都設(shè)置有現(xiàn)地端子箱1、2，只有一小部分電廠取消了，如天生橋二級電廠等。
4、 總端子箱出來后會接到現(xiàn)地單元1監(jiān)控機(jī)的溫度巡檢裝置上，如上圖中的南瑞公司的SJ40C。它zui多可以擴(kuò)展到96路輸入，它的每路可以接入不同熱電阻，有兩路保護(hù)出口（可組態(tài)）。當(dāng)機(jī)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(jù)模擬信號的改變判斷機(jī)組瓦溫，同時(shí)把信號傳遞給PLC，PLC通過對造、判斷、分析后，發(fā)出報(bào)警信號或停機(jī)信號。實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全運(yùn)行。
根據(jù)大部分水電廠現(xiàn)場情況來看，在整個(gè)系統(tǒng)中，出問題zui多的是由測溫電阻的斷線、導(dǎo)線的絕緣、開裂引起的。因此選用質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的傳感器對整個(gè)測量系統(tǒng)有著重要的意義。
水電廠測溫電阻故障及解決辦法
測溫電阻是水電廠zui重要的傳感器，水電廠測溫電阻運(yùn)行情況直接影響發(fā)電機(jī)組是否能夠安全運(yùn)行。在水電行業(yè)中，測溫電阻性能不穩(wěn)定、可靠性差是非常普遍的問題，由于性能不穩(wěn)定導(dǎo)致溫度信號誤報(bào)一直困擾著電廠的運(yùn)行人員和檢修人員，嚴(yán)重時(shí)可造成機(jī)組事故停機(jī)的，這對于機(jī)組壽命及電網(wǎng)的安全都會造成不可估量的影響。因此，分析測溫電阻故障原因，提高測溫電阻的長期穩(wěn)定性和可靠性是非常緊迫的一項(xiàng)工作。
在我們服務(wù)于眾多電廠的過程中，經(jīng)常在現(xiàn)場碰到了形形色色的問題，起初我們以為是中小型水電廠存在這些問題，后來發(fā)現(xiàn)在三峽、廣蓄、小浪底等國外大機(jī)組中也存在這些問題，所以這些問題在全行業(yè)中帶有某些共性。在這里我們把這些問題羅列出來加以分析，并試圖解決這些問題。
水電廠的特殊性
對于測溫電阻來說，水電廠的運(yùn)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使用是肯定要出問題的。這些特殊性表現(xiàn)為：
1、運(yùn)行時(shí)間長、不易維護(hù)。瓦溫測溫電阻安裝在空間狹小不宜維護(hù)更換傳感器的地方，一般在大修時(shí)才有機(jī)會維護(hù)測溫電阻。而現(xiàn)在由于技術(shù)進(jìn)步，大修周期越來越長，這就要求測溫電阻長期穩(wěn)定運(yùn)行。
2、重要程度高。 推力軸承是發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵裝置之一，其中的測溫電阻又是監(jiān)測推力瓦運(yùn)行狀態(tài)的的*手段。而且推力瓦溫測溫電阻，一般要求接保護(hù)，重要性不言而喻。而一般的工業(yè)領(lǐng)域沒有這么高的重要性。
3、運(yùn)行環(huán)境惡劣。還是以推力瓦測溫電阻為例，傳感器及其導(dǎo)線長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(jī)組的振動(dòng)。在這樣的環(huán)境中很少有傳感器及導(dǎo)線能經(jīng)受長達(dá)5年的考驗(yàn)。
4、電磁干擾的強(qiáng)度相當(dāng)大。一般水電廠發(fā)電機(jī)的功率都非常大，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電場特別是漏磁產(chǎn)生的強(qiáng)磁場對上導(dǎo)瓦和推力瓦測溫電阻干擾非常大。這對傳感器及其導(dǎo)線的抗干擾能力的要求很高。
普遍存在的問題
正是由于水電廠測溫電阻使用環(huán)境的特殊性，使得水電廠測溫電阻普遍存在如下的問題。
1、長期穩(wěn)定性差、可靠性低。其實(shí)水電廠對測溫電阻的精度要求并不高，但對于傳感器的長期穩(wěn)定性和可靠性要求非常高。許多的電廠由于采用了長期穩(wěn)定性差的測溫電阻，在機(jī)組運(yùn)行了幾年后，就會出現(xiàn)大量的誤報(bào)、跳變和沒有讀數(shù)等問題，使工程人員很難判斷到底是機(jī)組本身的問題還是測溫電阻的問題，如果推力瓦測溫電阻出現(xiàn)上述問題，就會造成跳機(jī)，釀成重大事故。
2、電纜折斷或外皮開裂。電纜在根部折斷現(xiàn)象幾乎在每個(gè)電廠都有，電纜長期浸泡在流動(dòng)透平油中，如果不做特殊的處理，時(shí)間長了導(dǎo)線就會在傳感器根部斷開。根部斷線的故障占了測溫電阻故障的一半左右，應(yīng)該引起重視。另外，電纜外皮在高溫及腐蝕性的透平油環(huán)境中也會開裂。
3、傳感器及導(dǎo)線沒有屏蔽，或有屏蔽但沒有接好。許多電廠都沒有對測溫電阻實(shí)施有效的屏蔽，使發(fā)電機(jī)的強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場對測溫電阻干擾并把干擾信號導(dǎo)入測溫回路中，造成測溫不準(zhǔn)。我們見到過，推力瓦測溫電阻感應(yīng)漏磁信號達(dá)到110V。這使得測量值無任何意義，還會導(dǎo)致回路中的其他器件損壞。測溫電阻和整個(gè)測溫回路，導(dǎo)線多且長，接線環(huán)節(jié)多，屏蔽要求在整個(gè)環(huán)節(jié)中都要有可靠的屏蔽，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，屏蔽就會無效。
4、傳感器安裝不規(guī)范。一般在安裝瓦溫電阻時(shí)要求傳感器與瓦體剛性連接，是螺紋連接，瓦內(nèi)的導(dǎo)線也要可靠固定，特別是根部導(dǎo)線要與傳感器固定在同一個(gè)剛體上。但我們見到有些電廠在安裝軸瓦測溫電阻時(shí)只是簡單的放置在瓦孔內(nèi)，還有些是用環(huán)氧樹脂灌封在孔里。這些都是不規(guī)范的安裝方式，這樣的安裝方式都不能有效地保護(hù)導(dǎo)線根部。
5、線制和接線問題。線制就是測溫電阻的引出線方式，如：4線制、3線制和2線制，線制決定了傳感器導(dǎo)線的電阻對測量結(jié)果的影響。其中4線制和3線制可以把導(dǎo)線電阻對測量結(jié)果的影響降到zui低，而2線制則可以。以20米電纜為例，導(dǎo)線的電阻為3歐姆，換算成溫度值是6℃，這個(gè)誤差是非常大的。三線制接線方式，同樣是20米的導(dǎo)線，只有0.1歐姆被加到了系統(tǒng)里，產(chǎn)生0.2℃的誤差，這個(gè)誤差是可以接受的，這說明導(dǎo)線電阻幾乎不會影響到測量結(jié)果。如果用四線制測量，則導(dǎo)線電阻的影響可*不計(jì)。我們看到很多電廠采用2線制測溫電阻，或把3線制接成2線制的，或者在中間某個(gè)環(huán)節(jié)接成2線制。無論如何這都會產(chǎn)生很大的誤差?？赡苡腥藭诤蠖藴囟饶K上對此進(jìn)行補(bǔ)償，但面對不同類型不同長度的導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)償就不是一種好方法了。
6、傳感器尾部結(jié)構(gòu)問題。傳感器尾部結(jié)構(gòu)有全密封的和帶連接器的區(qū)別，現(xiàn)在起碼有一半的電廠在使用尾部連接器的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是方便拆卸，一旦傳感器有問題可以在不用動(dòng)導(dǎo)線的情況下把傳感器換下來。但這樣的結(jié)構(gòu)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(jiān)測就不合適了。例如在推力軸承內(nèi)傳感器是*浸泡在透平油里，而且透平油在不停地流動(dòng)著，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，從而降低了傳感器的長期穩(wěn)定性。實(shí)際上如果傳感器本身長期穩(wěn)定性高，應(yīng)該是很少維護(hù)或根本不需要維護(hù)。
7、Pt100和Cu50的問題。這是測溫電阻分度值的問題，Pt100和Cu50是目前電廠zui常用的測溫電阻，基本上99%的水電廠都在使用。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，需要很長的銅絲繞制成敏感元件，鉑則相對短一些，一般的越長越細(xì)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、特別是德國廠家都以光刻濺射工藝生產(chǎn)Pt100芯片，非常成熟可靠。幾乎沒有廠家生產(chǎn)Cu芯片，這樣如果要用Cu50產(chǎn)品只有自己繞制線圈來做敏感元件，可靠性大大降低。這也就是有些電廠使用的Cu50測溫電阻經(jīng)常壞的原因。
8、非常好的傳感器用錯(cuò)了地方。在三峽和小浪底等電廠，由于是VOITH 和ALSTON的機(jī)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(jié)果也經(jīng)常出現(xiàn)一些問題。如：傳感器結(jié)構(gòu)的問題、導(dǎo)線在根部斷開的問題。不同的電廠有不同的特點(diǎn)，對測溫電阻的要求也是不同的，到現(xiàn)在為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)測溫電阻*一樣的水電廠。對于特定的電廠而言，測溫電阻沒有針對性的進(jìn)行設(shè)計(jì)，再好的傳感器也仍然會出問題。
解決辦法
一切努力都是為提高測溫電阻的長期穩(wěn)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(jié)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)也是千差萬別的。應(yīng)該采用濺射光刻工藝制作的Pt100芯片，精度要求達(dá)到*。這類芯片的漂移很小，長期穩(wěn)定性高，而且抗沖擊和振動(dòng)。芯片引腳采用鉑鎳合金。因?yàn)樾酒_zui終要和導(dǎo)線或鎧裝絲的芯線焊接，焊接容易導(dǎo)致金屬材料發(fā)脆而斷開，所以這也是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。芯片引腳采用鉑鎳合金可以保證焊接后引線的機(jī)械性能，避免導(dǎo)線在傳感器內(nèi)斷開。
2、 采用特制的導(dǎo)線。導(dǎo)線長期浸泡在油里出現(xiàn)變硬變脆是由于導(dǎo)線zui外層絕緣層材料選擇不合理造成的，例如導(dǎo)線的外皮材料是PVC材料，其耐油、耐溫性能比較差。在溫度較高場合，它的耐油性能會大大的降低，使用壽命會縮短很多。在較高溫度的油中長時(shí)間浸泡后，導(dǎo)線會出現(xiàn)變硬、變脆的現(xiàn)象。我們選用耐油、耐溫的導(dǎo)線材料。我們選用的是聚全氟乙丙烯（FEP）簡稱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(nèi)長期使用。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(qiáng)酸（包括濃硝酸和王水）、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、油脂、酮、醚、醇等即使在高溫下也對它不起作用。另外它的耐開裂性能也非常突出，可以*解決導(dǎo)線長時(shí)間泡在油中出現(xiàn)開裂的問題。
3、 在導(dǎo)線與測溫電阻的結(jié)合部位加保護(hù)裝置。主要解決導(dǎo)線根部斷線的問題。根據(jù)現(xiàn)場的情況，選擇不同的保護(hù)形式，如錐形彈簧保護(hù)管、波紋管和鎧裝絲延伸保護(hù)等。這里特別要強(qiáng)調(diào)鎧裝絲延伸保護(hù)方式，將傳感器內(nèi)部的鎧裝絲一直延伸出來，這樣導(dǎo)線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(dǎo)線，抗腐蝕、沖擊和振動(dòng)的性能非常好，這樣可*解決導(dǎo)線受油腐蝕和沖擊的問題。使用壽命更久，性能更可靠。
4、 測溫電阻及其導(dǎo)線的一體化網(wǎng)狀屏蔽。理論上說磁場比電場更難屏蔽，對于強(qiáng)磁場的干擾來說，網(wǎng)狀屏蔽是zui有效的方案。由于推力和上導(dǎo)軸承zui接近發(fā)電機(jī)，所以推力和上導(dǎo)瓦的測溫電阻的網(wǎng)狀屏蔽特別重要。測溫系統(tǒng)的導(dǎo)線多且長，中間環(huán)節(jié)又多，在布線時(shí)要特別仔細(xì)，在每個(gè)環(huán)節(jié)上都要求把導(dǎo)線的屏蔽線可靠地接到公共接地端。
5、 三線制以上的接線方式。我們推薦用三線制的接線方式，傳感器本身要做成三線制的，測溫系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都要用三線制的方式來接線，這樣才能有效的保證測量精度。這里特別強(qiáng)調(diào)，一定不要采用二線制的接線方式。
6、 封裝工藝和結(jié)構(gòu)。全鎧裝封裝工藝，采用德國專業(yè)化廠生產(chǎn)的鎧裝絲，這種鎧裝絲經(jīng)過高純度氧化鎂填充、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、響應(yīng)速度快、機(jī)械強(qiáng)度高和絕緣性好。用于瓦溫和瓦內(nèi)油溫的測溫電阻一定不要采用尾部連接器的結(jié)構(gòu)。
7、 定做測溫電阻。對于特定的電廠，測溫電阻都要有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造.
水電廠測溫電阻導(dǎo)線問題原因分析和解決方案
一、水電廠測溫電阻導(dǎo)線問題：
1、導(dǎo)線長期浸泡在導(dǎo)軸承、推力軸承油槽里，使導(dǎo)線變硬變脆，導(dǎo)線很難彎折。導(dǎo)線表面出現(xiàn)很多裂紋，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)線里邊的芯線也出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)線線芯裸露在外邊。
2、導(dǎo)線根部斷線情況比較嚴(yán)重，有的直接斷掉，有的外部絕緣層斷開。
3、導(dǎo)線線徑太小，包括導(dǎo)線外徑和單股導(dǎo)線芯線的線徑。
二、原因分析：
1、導(dǎo)線長期浸泡在油里出現(xiàn)變硬變脆是由于導(dǎo)線zui外層絕緣層材料選擇不合理造成的，例如導(dǎo)線的外皮材料是PVC材料，其耐油、耐溫性能比較差。在溫度較高場合，它的耐油性能會大大的降低，使用壽命會縮短很多。在較高溫度的油中長時(shí)間浸泡后，導(dǎo)線會出現(xiàn)變硬、變脆的現(xiàn)象。
2、導(dǎo)線根部斷線的情況根據(jù)不同的機(jī)組、現(xiàn)場使用環(huán)境會有不同，其中推力出現(xiàn)斷線的可能性zui大。導(dǎo)線根部斷線原因如下：
1）導(dǎo)線長時(shí)間受到油流的沖擊。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)起來，形成流動(dòng)的油膜不斷作用在導(dǎo)線的根部。導(dǎo)線根部是剛性（傳感器）和柔性（導(dǎo)線）連接的部位，正好是一個(gè)應(yīng)力容易集中的部位，這樣很容易造成導(dǎo)線材料的疲勞，從而出現(xiàn)斷線情況。
2）不同的機(jī)組、現(xiàn)場的使用環(huán)境。抽水蓄能機(jī)組和混流式機(jī)組的現(xiàn)場使用環(huán)境就不太相同，抽水蓄能機(jī)組由于大軸的旋轉(zhuǎn)方向頻繁切換，因此機(jī)組瓦溫測溫電阻根部會受到兩個(gè)相反方向油流作用力的來回沖擊，這樣傳感器根部出現(xiàn)斷線的可能性更大。另一種情況是抽水蓄能機(jī)組的開停機(jī)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它形式的機(jī)組，這就要求傳感器的可靠性能更高。
3、導(dǎo)線外徑不符合現(xiàn)場的使用環(huán)境和機(jī)組的具體要求，對于不同容量的機(jī)組，其油膜甩起來的速度，沖擊力都不盡相同，要按照現(xiàn)場的具體情況選擇合適的導(dǎo)線外徑，導(dǎo)線線徑太小，很難承受一定的作用力，對傳感器的壽命會構(gòu)成影響。
三、解決方案
1、我們選用耐油、耐溫的導(dǎo)線材料。我們選用的是聚全氟乙丙烯（FEP）簡稱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(nèi)長期使用。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(qiáng)酸（包括濃硝酸和王水）、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、油脂、酮、醚、醇等即使在高溫下也對它不起作用。另外它的耐開裂性能也非常突出，可以*解決導(dǎo)線長時(shí)間泡在油中出現(xiàn)開裂的問題。
2、我們對導(dǎo)線根部做了保護(hù)裝置。
1）們給傳感器后端做了彈簧保護(hù)裝置，防止油流沖擊、振動(dòng)、彎折造成的導(dǎo)線根部斷線。
2）我們將傳感器根部用鎧裝絲一直延伸出來，這樣導(dǎo)線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(dǎo)線就成了具有不銹鋼外殼的導(dǎo)線，*解決導(dǎo)線受油腐蝕和沖擊的問題。使用壽命更久，性能更可靠。
4、我們導(dǎo)線的外徑大小可以根據(jù)電廠的實(shí)際情況和客戶的具體要求來定做，我們給別的電廠提供的測溫電阻導(dǎo)線外徑分別是:三芯、四芯的為5mm左右，6芯的為6mm左右。導(dǎo)線是帶網(wǎng)裝屏蔽層，線芯為鍍銀線芯，性能非常穩(wěn)定。
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