瀑布溝水電站測(cè)溫系統(tǒng)介紹

張 宇，蔣 敏，王蓓蓓

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

瀑布溝水電站測(cè)溫系統(tǒng)介紹

張 宇，蔣 敏，王蓓蓓

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

結(jié)合水電站測(cè)溫系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹了瀑布溝水電站測(cè)溫系統(tǒng)的基本概況，并針對(duì)瀑布溝水電站測(cè)溫系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，介紹了一些處理測(cè)溫系統(tǒng)問(wèn)題的有效經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)瀑布溝水電站目前測(cè)溫系統(tǒng)的分析，提出了下一步測(cè)溫系統(tǒng)的改進(jìn)措施。

測(cè)溫系統(tǒng)；問(wèn)題；經(jīng)驗(yàn)

0 概述

水電站測(cè)溫系統(tǒng)通常作為監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分，綜合了水電站設(shè)備溫度的測(cè)量、處理、分析、報(bào)警和保護(hù)等功能，在水電站自動(dòng)化系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位。本文結(jié)合水電站測(cè)溫系統(tǒng)的特殊性，分析了瀑布溝水電站機(jī)組投運(yùn)后測(cè)溫系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，并介紹了相應(yīng)的解決辦法，為大型水電廠測(cè)溫系統(tǒng)的問(wèn)題分析和處理提供了有益的借鑒。

1 水電站測(cè)溫系統(tǒng)特點(diǎn)[1][2]

水電站測(cè)溫系統(tǒng)與一般的測(cè)溫系統(tǒng)相比有自己的特殊性，這主要表現(xiàn)在：

維護(hù)難度大。以水電機(jī)組軸瓦測(cè)溫為例，其測(cè)溫電阻隨軸瓦安裝在油槽內(nèi)，須停機(jī)對(duì)油槽排油后才能進(jìn)行檢修維護(hù)。發(fā)電機(jī)定子測(cè)溫電阻的檢修維護(hù)更是需要拆開(kāi)定子線棒，隨著機(jī)組大修周期的延長(zhǎng)，這就要求水電站測(cè)溫元件能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

重要程度高。機(jī)組各部軸承的瓦溫是間接衡量機(jī)組振擺量的一個(gè)指標(biāo)，瓦溫保護(hù)作為一項(xiàng)重要的水機(jī)保護(hù)，動(dòng)作后將直接出口跳機(jī)。隨著水電機(jī)組單機(jī)裝機(jī)容量的不斷增大，要求水電站機(jī)組軸瓦溫度測(cè)量可靠、線性度好。

運(yùn)行環(huán)境差。水電站機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)長(zhǎng)期工作在潮濕、振動(dòng)的環(huán)境中，特別是各部軸瓦測(cè)溫電阻及其導(dǎo)線長(zhǎng)期浸泡在溫度較高的透平油里，并時(shí)刻承受油流的沖擊。這就要求水電站機(jī)組測(cè)溫電阻和測(cè)溫導(dǎo)線防潮、耐振動(dòng)、防油腐蝕。

電磁干擾大。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)特別是漏磁產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)上導(dǎo)軸瓦、推力軸瓦以及定子測(cè)溫電阻干擾非常大，這就要求機(jī)組測(cè)溫電阻和測(cè)溫導(dǎo)線具備強(qiáng)抗電磁干擾能力。

2 瀑布溝測(cè)溫系統(tǒng)概述

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，距成都市直線距離約200 km，距重慶市直線距離約360 km，靠近負(fù)荷中心。電站共裝機(jī)6臺(tái)機(jī)組，單機(jī)600 MW。

瀑布溝水電站的測(cè)溫系統(tǒng)布置復(fù)雜，采用測(cè)溫原理多樣，主要分為機(jī)組、母線、變壓器及電抗器等方面：

（1）機(jī)組測(cè)溫：瀑布溝機(jī)組采用PT100測(cè)溫電阻配合PLC的RTD測(cè)溫模塊對(duì)機(jī)組各部位溫度進(jìn)行采集，并由監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)處理、分析，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和保護(hù)功能。為了全面的反映機(jī)組的運(yùn)行狀況，瀑布溝機(jī)組測(cè)溫點(diǎn)布置繁多，每臺(tái)機(jī)組的測(cè)溫點(diǎn)包括：集電環(huán)罩內(nèi)2個(gè)點(diǎn)，定子鐵芯27個(gè)點(diǎn)（分上、中、下三部，每部9個(gè)點(diǎn)）、定子繞組54個(gè)點(diǎn)、定子齒壓板20個(gè)點(diǎn)，上導(dǎo)軸承16塊軸瓦18個(gè)點(diǎn)、上導(dǎo)油槽4個(gè)點(diǎn)，推力軸承20塊軸瓦24個(gè)點(diǎn)、推力油槽8個(gè)點(diǎn)，下導(dǎo)軸承24塊軸瓦26個(gè)點(diǎn)、下導(dǎo)油槽4個(gè)點(diǎn)，水導(dǎo)軸承20塊軸瓦20個(gè)點(diǎn)、水導(dǎo)油槽4個(gè)點(diǎn)，16臺(tái)發(fā)電機(jī)空氣冷卻器的冷風(fēng)、熱風(fēng)測(cè)溫各1個(gè)點(diǎn)（另在±X，±Y方向上各多加裝了1個(gè)冷風(fēng)測(cè)點(diǎn)），技術(shù)供水系統(tǒng)總管進(jìn)、出水溫各1個(gè)點(diǎn)，四部軸承冷卻水總管進(jìn)、出水溫各1個(gè)點(diǎn)，3臺(tái)水導(dǎo)外循環(huán)冷卻器進(jìn)出油溫和水溫各1個(gè)點(diǎn)、總進(jìn)出油溫各1個(gè)點(diǎn)（2、4、6號(hào)機(jī)組）等。

（2）母線測(cè)溫：瀑布溝母線測(cè)溫主要是指機(jī)組出口20kV的IPB母線測(cè)溫和主變高壓側(cè)500kV的高壓電纜測(cè)溫。其中，IPB母線測(cè)溫同時(shí)采用了紅外測(cè)溫和PT100測(cè)溫電阻分別對(duì)母線導(dǎo)體和IPB外殼進(jìn)行溫度測(cè)量，其測(cè)溫點(diǎn)分別布置在發(fā)電機(jī)出口、GCB內(nèi)側(cè)、GCB外側(cè)。而高壓電纜由于通過(guò)電纜豎井從地下至地上GIS室，傳輸距離較長(zhǎng)，所以采用了光纖測(cè)溫。

（3）變壓器及電抗器測(cè)溫：瀑布溝變壓器測(cè)溫分為主變壓器測(cè)溫、勵(lì)磁變測(cè)溫和高廠變測(cè)溫，電抗器測(cè)溫與變壓器測(cè)溫原理類似。變壓器的溫度變送器安裝于變壓器本體頂部，用以檢測(cè)并上送油面溫度。由于無(wú)法直接測(cè)量繞組溫度，在油面溫度的基礎(chǔ)上增加了電流值補(bǔ)償，作為繞組溫度值。同時(shí)，為保證主變壓器測(cè)溫可靠，還增加了帶溫度開(kāi)關(guān)量輸出的指針式溫度表。該溫度表采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，以填充惰性氣體的溫包座位測(cè)溫元件，通過(guò)惰性氣體的熱脹冷縮指示溫度值。

3 瀑布溝測(cè)溫系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題與解決的辦法

瀑布溝水電站目前已投產(chǎn)4臺(tái)機(jī)組，計(jì)劃年內(nèi)6臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)。在機(jī)組投運(yùn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的不斷分析研究、不斷改進(jìn)，目前測(cè)溫系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定。其中，主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）機(jī)組軸瓦溫度保護(hù)組態(tài)

瀑布溝機(jī)組軸瓦測(cè)溫點(diǎn)分布多，一塊軸瓦至少一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，部分軸瓦分布兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。怎樣對(duì)如此多的測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行合理、有效的組態(tài)是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

瀑布溝機(jī)組軸瓦溫度保護(hù)采用“三選二”原則，即任意相鄰三塊軸瓦測(cè)溫值中有兩個(gè)溫度測(cè)量值達(dá)保護(hù)定值，則保護(hù)出口動(dòng)作停機(jī)。其中，對(duì)于一塊軸瓦上有兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的情況單獨(dú)組態(tài)，保證所有測(cè)溫點(diǎn)均能參與保護(hù)組態(tài)。以機(jī)組上導(dǎo)軸瓦溫度保護(hù)為例，其具體組態(tài)邏輯如表1所示。

表1 機(jī)組上導(dǎo)軸瓦溫度保護(hù)組態(tài)邏輯

為防止RTD溫度測(cè)量元件故障導(dǎo)致溫度保護(hù)誤動(dòng)作出口，采用相鄰軸瓦測(cè)溫點(diǎn)分別布置在不同的測(cè)溫端子和RTD測(cè)溫元件上；在PLC程序邏輯組態(tài)中，加入RTD測(cè)溫通道故障標(biāo)志位閉鎖保護(hù)組態(tài)出口，如圖1所示。

圖1 機(jī)組上導(dǎo)1/2/3號(hào)軸瓦溫度保護(hù)組態(tài)程序圖

為方便試驗(yàn)做措施和防止誤動(dòng)，瀑布溝監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)還分別設(shè)置了四部軸承的溫度保護(hù)軟聯(lián)片[3]，當(dāng)軟聯(lián)片退出時(shí)，相應(yīng)的軸承溫度保護(hù)退出，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控上位機(jī)機(jī)組四部軸承溫度保護(hù)軟聯(lián)片

按照以上機(jī)組軸瓦溫度保護(hù)的組態(tài)邏輯，瀑布溝軸瓦溫度保護(hù)運(yùn)行可靠，目前正確動(dòng)作1次，誤動(dòng)0次。

（2）機(jī)組測(cè)溫加裝保護(hù)

在瀑布溝機(jī)組投運(yùn)前期，機(jī)組溫度測(cè)量的RTD模塊大量損壞，幾個(gè)月之內(nèi)損壞達(dá)10多塊。故障現(xiàn)象為某塊RTD測(cè)溫元件上的數(shù)個(gè)測(cè)溫點(diǎn)通道故障，溫度測(cè)量值達(dá)上限。

廠家技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)測(cè)溫點(diǎn)存在持續(xù)工頻大電壓和尖峰脈沖電壓，電壓幅值最高達(dá)100V以上。針對(duì)這種情況，廠家技術(shù)人員提出采用齊納二極管抑制共模信號(hào)，試驗(yàn)接線圖如圖3所示。

圖3 測(cè)溫電阻加裝齊納二極管接線圖

加裝齊納二極管保護(hù)后，機(jī)組各測(cè)溫點(diǎn)工作正常、穩(wěn)定，波形對(duì)比圖如圖4和圖5所示。

圖4 6號(hào)機(jī)水機(jī)屏推力11號(hào)軸瓦測(cè)溫加裝齊納二極管前后波形對(duì)比

圖5 4號(hào)機(jī)測(cè)溫屏18號(hào)定子線圈測(cè)溫加裝齊納二極管前后波形對(duì)比

（3）機(jī)組定子測(cè)溫電纜更換

瀑布溝3號(hào)機(jī)機(jī)組投運(yùn)后不久，定子測(cè)溫點(diǎn)連續(xù)故障。故障現(xiàn)象為相鄰數(shù)個(gè)測(cè)溫點(diǎn)故障，測(cè)溫電纜三線之間電阻值只有幾歐姆或者跳變，某些測(cè)溫電纜之間電阻無(wú)窮大。

在查證測(cè)溫端子箱至監(jiān)控測(cè)溫屏之間電纜無(wú)異常后，初步判定故障點(diǎn)在測(cè)溫電阻至測(cè)溫端子箱之間。經(jīng)停機(jī)徹底檢查后發(fā)現(xiàn)，自定子上齒壓板穿管布置的測(cè)溫電纜嚴(yán)重?fù)p壞，部分電纜斷線，部分電纜熔化在一起。

經(jīng)專家現(xiàn)場(chǎng)論證后認(rèn)為，此現(xiàn)象是由于定子磁場(chǎng)在測(cè)溫線金屬屏蔽層、穿線金屬管上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，且各點(diǎn)感應(yīng)電勢(shì)不一樣，電纜裸露屏蔽層直接搭在金屬管上造成金屬屏蔽層多點(diǎn)接地，由于電勢(shì)的作用對(duì)地形成電流，造成電纜燒損。特別是穿線金屬管管口由于金屬毛刺放電作用造成局部放電，燒損情況更為嚴(yán)重。

針對(duì)這種情況，采取了以下防范措施：

（1）將測(cè)溫端子箱本體接地點(diǎn)與接地銅排直接連接，并使測(cè)溫電纜金屬屏蔽層在測(cè)溫端子箱處單端接地，嚴(yán)禁雙端接地，避免在金屬屏蔽層中產(chǎn)生環(huán)流。

（2）測(cè)溫電纜沿定子基座外沿布線，遠(yuǎn)離定子齒壓板。

（3）對(duì)電纜金屬屏蔽層裸露部分進(jìn)行絕緣處理，避免與定子基座和穿線金屬管搭接在一起。

（4）全部更換已損壞的測(cè)溫電纜，應(yīng)重新選用屏蔽層絕緣的阻燃電纜。

采用以上防范措施后，目前機(jī)組所有定子測(cè)溫點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。

4 下一步的改進(jìn)措施

目前瀑布溝水電站的測(cè)溫系統(tǒng)工作雖然基本穩(wěn)定，但結(jié)合其實(shí)際運(yùn)行環(huán)境分析，下一步仍將有工作要做。

（1）目前水導(dǎo)軸瓦測(cè)溫電阻采用航空插頭形式，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，持續(xù)的油流沖擊容易造成接觸不良。

（2）目前布置在軸承油槽內(nèi)的測(cè)溫電纜存在有中間接頭，長(zhǎng)期浸泡在熱油中，工作可靠性較低。

（3）目前軸瓦測(cè)溫電阻電纜頭采用短軟彈簧保護(hù)，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，持續(xù)的油流沖擊容易造成測(cè)溫電纜斷口。

（4）目前油槽內(nèi)測(cè)溫電纜用扎帶固定，在熱油中長(zhǎng)期浸泡容易脆化。

針對(duì)以上問(wèn)題，瀑布溝水電站將結(jié)合機(jī)組檢修對(duì)軸瓦測(cè)溫進(jìn)行整治。將軸瓦測(cè)溫全部更換為鎧裝絲的結(jié)構(gòu)，對(duì)浸泡在熱油中的測(cè)溫電纜采用耐腐蝕的聚合物包裹，定制測(cè)溫電纜保證油槽內(nèi)部無(wú)中間接頭，油槽內(nèi)測(cè)溫電纜用白布固定，并刷灰漆處理。

5 結(jié)語(yǔ)

溫度作為電力設(shè)備運(yùn)行正常的一個(gè)重要判據(jù)，在設(shè)備監(jiān)測(cè)和保護(hù)、故障診斷和分析等方面有著重要的作用。本文介紹了瀑布溝水電站測(cè)溫系統(tǒng)的主要組成，分析并解決了測(cè)溫系統(tǒng)出現(xiàn)的軸瓦溫度組態(tài)問(wèn)題、機(jī)組測(cè)溫干擾問(wèn)題和定子測(cè)溫電纜損壞問(wèn)題，提高了測(cè)溫系統(tǒng)的可靠性和科學(xué)性，為電站安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]孔凡場(chǎng),王永譚.水電廠測(cè)溫電阻故障原因分析及解決辦法[C].中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專委會(huì)2008年年會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2008.

[2]蘭寶杰,孔凡場(chǎng).水電廠測(cè)溫電阻故障原因及改進(jìn)[J].電力安全技術(shù)，2008，（6）.

[3]張龍，李鐵瑾.機(jī)組測(cè)溫回路溫度過(guò)高聯(lián)片在發(fā)電機(jī)組保護(hù)中的應(yīng)用［J］.電力學(xué)報(bào)，2010，（1）.

TP216+.2

B

1672-5387（2010）06-0092-04

2010-10-08

張宇（1984-），男，助理工程師，從事水電廠運(yùn)行維護(hù)工作。