水輪機(jī)組溫度保護(hù)系統(tǒng)的研究與改進(jìn)

【摘要】近年來，水輪機(jī)組容量不斷增大，每臺(tái)機(jī)組測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)量也越來越多。對(duì)用來判斷事故停機(jī)的溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行合理規(guī)劃，從而達(dá)到分散風(fēng)險(xiǎn)、提高溫度保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的，是當(dāng)前溫度保護(hù)系統(tǒng)研究的重中之重。本文主要分析了影響水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素，并提出了針對(duì)性的提高穩(wěn)定性的措施。

【關(guān)鍵詞】水輪機(jī)組；測(cè)溫系統(tǒng)；穩(wěn)定性

引言

電力行業(yè)能耗較大，在眾多發(fā)電方式中，水力發(fā)電不失為一種綠色節(jié)能低碳的發(fā)電方式，長(zhǎng)期以來，水力發(fā)電為緩解我國(guó)電力供應(yīng)緊張的局面扮演者重要的角色。近些年來，工業(yè)生活用電量不斷攀升，水力發(fā)電機(jī)組為了滿足日益高漲的用電需求不斷增大發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量，這就引發(fā)了一系列的安全隱患。水利發(fā)電機(jī)組職責(zé)重要不容有失，一旦發(fā)生意外事故，輕則機(jī)組無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重則導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備的損壞，就會(huì)威脅到電網(wǎng)的安全。因此，我們要加強(qiáng)水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作，確保水電站正常運(yùn)行。衡量水利發(fā)電廠運(yùn)行是否正常的指標(biāo)有很多，其中溫度是一個(gè)核心參數(shù)，可以有效評(píng)估水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

1、水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)常見問題

如某水電站水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)，其運(yùn)行中存在的主要問題具有一般性和參考性，該水電廠水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)由各部測(cè)溫傳感器、RTD測(cè)溫模板和單點(diǎn)溫控表組成（見圖1），除定子線棒采用G分度號(hào)測(cè)溫電阻外，其他測(cè)溫?zé)犭娮璨捎肳ZC-200型Cu50熱電阻。測(cè)溫回路為不完全三線制，即測(cè)溫傳感器采用兩線制，接線盒至測(cè)溫盤電纜采用三線制。主要存在以下幾個(gè)方面的問題：

（1）機(jī)組穩(wěn)定工況下軸承瓦溫顯示波動(dòng)幅值較大（RTD模板、智能數(shù)字表溫度量顯示波動(dòng)均較大），測(cè)溫系統(tǒng)抗干擾信號(hào)性能差。

（2）測(cè)溫回路數(shù)值誤差大。同一軸承相鄰?fù)邷夭畛^2℃。

（3）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，其中推力測(cè)溫電阻根部斷線發(fā)生幾率最大。

2、影響測(cè)溫系統(tǒng)可靠性的因素

2.1測(cè)溫系統(tǒng)抗干擾性能差

測(cè)溫電阻電纜的屏蔽效果不甚理想是導(dǎo)致抗干擾性能差的主要原因，測(cè)溫電阻非一體化屏蔽也是原因之一。大功率的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)尤其是漏磁產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)上導(dǎo)瓦和推力瓦測(cè)溫電阻干擾非常大，因而對(duì)傳感器及其導(dǎo)線的抗干擾能力的要求很高。測(cè)溫系統(tǒng)的端子箱、接線盒、儀表、模塊等都應(yīng)該就近接到電廠的公共接地端。

2.2測(cè)溫回路測(cè)量誤差大

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫回路一般采用的是不完全三線制，而且現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫電阻為Cu50銅電阻，這直接導(dǎo)致了測(cè)溫回路測(cè)量誤差較大。因?yàn)椴煌耆€制測(cè)量，會(huì)將測(cè)溫電阻后端導(dǎo)線2倍的電阻值直接加到測(cè)溫電阻的元件中。

2.3測(cè)溫電阻和測(cè)溫導(dǎo)線易損壞

測(cè)溫電阻和測(cè)溫導(dǎo)線易損壞的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)使用的導(dǎo)線耐油、耐高溫性能不符合要求，導(dǎo)線線徑太小。測(cè)溫電阻在水輪機(jī)組的保護(hù)系統(tǒng)中屬于最為基礎(chǔ)和最為關(guān)鍵的部件，其性能的穩(wěn)定性直接影響著溫度信號(hào)的處理結(jié)果，而如果診斷失誤將可能直接造成機(jī)組的停機(jī)。因此，在水輪機(jī)組的溫度保護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)測(cè)溫電阻和測(cè)溫導(dǎo)線的質(zhì)量可靠性分析，追蹤和分析測(cè)溫電阻的故障成因，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化。

3、提高可靠性的技術(shù)措施

3.1采用屏蔽抗干擾措施

對(duì)于測(cè)溫系統(tǒng)抗干擾信號(hào)性能差的問題，測(cè)溫電阻及引出導(dǎo)線可采用一體化的網(wǎng)狀屏蔽。如此就能夠增強(qiáng)測(cè)溫系統(tǒng)的屏蔽保護(hù)。

3.2采用三線制Pt100測(cè)溫電阻

對(duì)于測(cè)溫回路數(shù)值誤差大的問題，可將兩線制Cu50測(cè)溫電阻更換為Pt100三線制測(cè)溫電阻。按照《水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)規(guī)范》，新設(shè)計(jì)的水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)選用Pt100測(cè)溫電阻。與Cu50測(cè)溫電阻相比，Pt100測(cè)量電阻具有測(cè)溫精度等級(jí)高、穩(wěn)定性好和測(cè)溫元件體積小的特點(diǎn)。Pt 100三線制測(cè)溫電阻與三線制接線等能真正構(gòu)成三線制測(cè)溫回路，把導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最低。推力、上導(dǎo)、水導(dǎo)三大軸承中重要的測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)溫電阻可采用雙元件結(jié)構(gòu)，雙路信號(hào)可以分別送到測(cè)溫RTD模塊和相應(yīng)單點(diǎn)溫控表。如此就使得軸瓦溫度信號(hào)的記錄更準(zhǔn)確和詳細(xì)，可靠性得到了保障。

3.3測(cè)溫電阻根部保護(hù)措施

（1）采用錐形彈簧保護(hù)

對(duì)測(cè)溫電阻根部電纜加裝保護(hù)裝置。由于彈簧鋼具有較高的彈性模量系數(shù)，用彈簧鋼制成的錐形彈簧就能夠有效地提供緩沖保護(hù)作用。需要指出的是，彈簧管內(nèi)徑與導(dǎo)線的外徑要保證在一定的比例關(guān)系中，同時(shí)需要將錐形彈簧的一端與傳感器內(nèi)壁焊接在一起。

（2）鎧裝絲保護(hù)管

鎧裝絲保護(hù)管的制作安裝是基于對(duì)導(dǎo)線的硬性保護(hù)，將傳感器尾端的導(dǎo)線加裝不銹鋼外皮，同時(shí)也可以有效降低現(xiàn)場(chǎng)斷線的概率。

3.4接線盒處導(dǎo)線接觸不良及滲油的控制措施

（1）采用油槽出線方式

油槽出線是將測(cè)溫導(dǎo)線混結(jié)一起的形式從油槽臂彎管中引出，由于出口要比油槽導(dǎo)線高出一些，可以用乙烯帶纏繞將導(dǎo)線纏繞包扎，以防止導(dǎo)線長(zhǎng)時(shí)間接觸油。

（2）采用密封接頭

測(cè)溫電阻導(dǎo)線中部采用密封接頭，在出線后就能夠有效地避免油的溢出，同時(shí)采用活動(dòng)接頭結(jié)構(gòu)以后，在外部旋轉(zhuǎn)螺母時(shí)能夠起到保護(hù)導(dǎo)線的作用。此外，還可以采取減少測(cè)溫回路接線轉(zhuǎn)接、選擇合適的屏蔽電纜等措施，進(jìn)一步提高測(cè)溫系統(tǒng)的可靠性。

4、結(jié)束語

要想確保水電廠的安全運(yùn)行，就必須精確測(cè)定水輪機(jī)瓦溫、定子轉(zhuǎn)子溫度、油溫等并且正確動(dòng)作。目前為止，我們將很大一部分精力放在了水輪機(jī)電氣保護(hù)系統(tǒng)研究和改進(jìn)等方面，對(duì)于水輪機(jī)組溫度保護(hù)系統(tǒng)相關(guān)方面的研究稍有欠缺。從實(shí)際運(yùn)行故障實(shí)例分析，很多時(shí)候的事故的發(fā)生都是由于溫度保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)引起的。一旦出現(xiàn)停機(jī)、燒瓦等現(xiàn)象，就會(huì)給電站帶來巨大的損失。近些年來，電力改革不斷深化，無人值班電站日益普及，水輪機(jī)組不斷向著高度自動(dòng)化和超大型機(jī)組方向發(fā)展，這就對(duì)水輪機(jī)組溫度保護(hù)系統(tǒng)提出了許多更高的要求，需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)加以設(shè)計(jì)和改進(jìn)，以謀求水電站的正常運(yùn)行。

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