大型水力發(fā)電機(jī)組溫度傳感器故障分析及改進(jìn)措施

王茹玉，茍小軍，羅宏平

（國(guó)網(wǎng)甘肅劉家峽水電廠，甘肅省永靖縣 731600）

0 引言

劉家峽水電廠1～4號(hào)機(jī)組為懸吊式水輪發(fā)電機(jī)組，推力、上導(dǎo)、水導(dǎo)三部軸承支撐機(jī)組運(yùn)行時(shí)的軸向力和徑向力，軸承溫度是監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的重要手段，軸瓦溫度接入機(jī)組保護(hù)，若溫度超高則會(huì)報(bào)警或停機(jī)，重要性不言而喻。但在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，特別是汛期大發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)，各軸瓦測(cè)溫電阻出現(xiàn)不同程度的誤報(bào)、跳變和沒(méi)有讀數(shù)等問(wèn)題，很難判斷到底是機(jī)組本身的問(wèn)題還是測(cè)溫電阻的問(wèn)題，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

1 水輪機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在工業(yè)應(yīng)用中，溫度測(cè)量有熱電偶和熱電阻兩種測(cè)量原理。熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。目前應(yīng)用最廣泛的金屬熱電阻材料是鉑和銅，常用的分度號(hào)有Ptl00和Cu50兩種[1]。劉家峽水電廠機(jī)組軸承部分均采用Ptl00測(cè)溫電阻。

測(cè)溫電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制盤(pán)柜之間存在一定的距離，電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到計(jì)算機(jī)采集模塊上。一般采用的信號(hào)連接方式有二線制、三線制、四線制。由于劉家峽水電廠機(jī)組軸瓦溫度超過(guò)定值后直接動(dòng)作于發(fā)信號(hào)和跳閘，對(duì)溫度測(cè)量精度有較高要求，為將電纜電阻不平衡對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最小，所以軸瓦溫度測(cè)量采用三線制接線方式[2]。

2 存在問(wèn)題

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）后發(fā)現(xiàn)，測(cè)溫電阻運(yùn)行中主要存在：測(cè)量值頻繁跳變；測(cè)溫元件短路，阻值為0Ω；測(cè)溫元件斷路，阻值為∞；顯示值與實(shí)際測(cè)量值偏差大等問(wèn)題。

表1 4～11月測(cè)溫系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of defects in temperature measurement system from April to November

3 故障原因分析

3.1 運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、不易維護(hù)

推力及各導(dǎo)軸承瓦測(cè)溫電阻安裝在空間狹小不宜維護(hù)更換的地方，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中傳感器和部分導(dǎo)線長(zhǎng)期浸泡在溫度較高的透平油中，并時(shí)刻承受油流的沖擊和機(jī)組的振動(dòng)，因此機(jī)械破壞較為嚴(yán)重。由于軸承位置測(cè)溫元件一般在A級(jí)檢修進(jìn)行機(jī)組分解時(shí)才有機(jī)會(huì)檢查維護(hù)。在平時(shí)若需對(duì)故障元件進(jìn)行處理，需申請(qǐng)機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)，并進(jìn)行排油、拆除彈簧油箱、抽瓦等一系列工作，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、難度大。因此，在正常運(yùn)行時(shí)測(cè)溫電阻出現(xiàn)跳變、斷線等現(xiàn)象時(shí)，通常無(wú)法及時(shí)處理，需將故障點(diǎn)暫時(shí)退出運(yùn)行。而軸承溫度屬于機(jī)組運(yùn)行的重要參數(shù)，長(zhǎng)期缺失軸承部分測(cè)點(diǎn)溫度，會(huì)使運(yùn)行人員無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確判斷機(jī)組運(yùn)行情況，直接危及設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 測(cè)溫電阻自身問(wèn)題

3.2.1 元件固定部位無(wú)彈簧

由于安裝在軸瓦部位的測(cè)溫元件在運(yùn)行時(shí)一直受到持續(xù)振動(dòng)，固定部位無(wú)彈簧無(wú)法緩沖振動(dòng)對(duì)元件造成的影響。

3.2.2 測(cè)溫導(dǎo)線外部無(wú)保護(hù)

測(cè)溫導(dǎo)線耐油、耐腐蝕、耐熱性能比較差；長(zhǎng)期在油浸的環(huán)境中，容易出現(xiàn)變硬、變脆、外皮開(kāi)裂等現(xiàn)象，縮短其使用壽命；長(zhǎng)期振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線在傳感器根部斷開(kāi)（見(jiàn)圖1、圖2）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，根部斷線的故障幾乎占了測(cè)溫電阻故障總數(shù)的50%。

圖1 傳感器根部斷線Figure 1 Root wire of the sensor is broken

圖2 傳感器根部斷線Figure 2 Root wire of the sensor is broken

3.3 測(cè)溫電阻安裝問(wèn)題

3.3.1 導(dǎo)線轉(zhuǎn)接問(wèn)題

測(cè)溫電阻出線較短造成在油槽中轉(zhuǎn)接點(diǎn)較多，每個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)都要焊接，油槽中位置狹小，焊接操作不便，容易出現(xiàn)虛焊、脫焊等現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)溫元件在運(yùn)行中受到振動(dòng)及油流沖擊后出現(xiàn)焊點(diǎn)部位斷開(kāi)。如：以劉家峽水電廠4號(hào)機(jī)組為例，推力及上導(dǎo)油槽內(nèi)測(cè)溫電阻導(dǎo)線轉(zhuǎn)接采用螺桿轉(zhuǎn)接，測(cè)溫元件引線與測(cè)溫電纜導(dǎo)線通過(guò)螺母固定在環(huán)氧板上，以達(dá)到轉(zhuǎn)接目的。但在機(jī)組檢修分解時(shí)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)接環(huán)氧板接線端子容易松動(dòng)和氧化，造成接觸不良，引起溫度值跳變。

3.3.2 油槽中布線不規(guī)范

導(dǎo)線固定、綁扎采用塑料扎帶，容易傷及導(dǎo)線外皮。油槽內(nèi)的固定線卡材質(zhì)為薄鐵皮，其邊緣較尖銳，若導(dǎo)線外皮不包裹保護(hù)層，很容易被尖銳部分損壞而留存隱患。有的布線在油槽中固定不牢靠，機(jī)組運(yùn)行時(shí)油流、浪涌造成測(cè)溫線在接頭處斷線，如圖3所示。

圖3 測(cè)溫引線被磨損Figure 3 Temperature leads are worn

3.3.3 測(cè)溫電阻及導(dǎo)線沒(méi)有實(shí)施有效屏蔽

由于所使用的測(cè)溫電阻引線較細(xì)，屏蔽層薄弱，在進(jìn)行轉(zhuǎn)接時(shí)，測(cè)溫電阻外屏蔽與測(cè)溫電纜外屏蔽未有效連接，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)特別是漏磁產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)測(cè)溫回路產(chǎn)生較大干擾[3]，導(dǎo)致溫度出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。

4 改進(jìn)措施

4.1 對(duì)測(cè)溫電阻進(jìn)行改進(jìn)

在元件固定部位加裝特制彈簧，如圖4所示，緩沖機(jī)組振動(dòng)對(duì)測(cè)溫元件的影響；為測(cè)溫引線選擇具有優(yōu)良的耐油、耐腐蝕和耐熱性能的外層絕緣材料，延長(zhǎng)導(dǎo)線使用壽命；使用具有致密網(wǎng)狀屏蔽的測(cè)溫導(dǎo)線，減小強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)測(cè)溫元件的干擾。

圖4 固定部位加裝特制彈簧Figure 4 Special spring is installed on the fixed part

在導(dǎo)線與測(cè)溫電阻的結(jié)合部位選擇波紋管和鎧裝絲延伸保護(hù)，如圖5所示。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(lái)，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)線防護(hù)層，抗腐蝕、沖擊和振動(dòng)的性能非常好，這樣可徹底解決導(dǎo)線受油腐蝕和沖擊的問(wèn)題。使用壽命更久，性能更可靠。

圖5 延伸保護(hù)Figure 5 Extended protection

4.2 規(guī)范測(cè)溫電阻安裝、布線

（1）推力、上導(dǎo)、水導(dǎo)油槽內(nèi)，油旋轉(zhuǎn)速度很快，對(duì)測(cè)溫電阻探頭和導(dǎo)線的連接部位沖擊力很大，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)盡量順著油流沖擊的方向布線以減少油流對(duì)探頭根部導(dǎo)線的沖擊[4]。

（2）測(cè)溫電阻導(dǎo)線在油槽內(nèi)走線，每隔500mm用白布帶綁扎，然后用調(diào)配好的絕緣漆，涂刷至白布帶綁扎處，使其同化、引線集結(jié)成束，減少油流沖擊的影響。

（3）沿軸瓦托架將測(cè)溫電阻引線集結(jié)成一束，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(dǎo)線外皮被磨破，避免導(dǎo)線在油槽內(nèi)發(fā)生機(jī)械損壞。線卡較大時(shí)，先用白布帶將線束纏繞后，再用線卡固定。

4.3 改進(jìn)油槽出線裝置

采用特殊定制的油槽出線裝置，如圖6所示，解決導(dǎo)線出油槽時(shí)漏油、安裝不便等問(wèn)題。油槽出線裝置的基礎(chǔ)板及隔油鎖扣均采用304不銹鋼，可保證機(jī)組檢修分解中不發(fā)生拆裝變形。鋼板上布置有若干通透的穿線孔，導(dǎo)線穿出后旋緊隔油鎖扣，鎖扣內(nèi)部的密封條能極好的貼合導(dǎo)線外皮，杜絕機(jī)組運(yùn)行時(shí)的壓力油從出線孔中滲漏。采用該裝置后導(dǎo)線無(wú)需一根根焊接或通過(guò)螺桿轉(zhuǎn)接，而是從油槽中直接穿出至油盆外壁的接線端子箱。減少中間轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)，具有工藝簡(jiǎn)單、防護(hù)等級(jí)高等優(yōu)點(diǎn)。目前劉家峽水電廠1～4號(hào)機(jī)組油槽出線裝置已全部更換，運(yùn)行中未出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象。

圖6 油槽出線裝置Figure 6 Oil groove outlet device

4.4 重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用冗余配置

由于機(jī)組正常運(yùn)行期間，一旦發(fā)生測(cè)溫元件損壞，更換難度極大，為了提高運(yùn)行可靠性，應(yīng)盡量在推力及導(dǎo)軸承等重要部位，使用雙支式測(cè)溫電阻。即在同一鎧裝外護(hù)套內(nèi)布置兩支同一分度號(hào)、同等精度的熱電阻，用于測(cè)量同一點(diǎn)溫度。測(cè)溫元件引出導(dǎo)線應(yīng)使用六線制，以消除引線電阻不平衡對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

采用雙支式測(cè)溫電阻可在同一位置引出兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的引線均引出至油盆外壁的接線端子箱。正常情況下一支運(yùn)行，一支作為備用。在元件出現(xiàn)故障時(shí)，僅在端子箱處將外接電纜接至備用元件即可，減少了因單支電阻損壞后無(wú)法更換造成的設(shè)備隱患。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了水電廠測(cè)溫電阻運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的斷線、測(cè)量值瞬間達(dá)到最大值等問(wèn)題的原因，并提出了以下改進(jìn)措施：

圖7 雙支式測(cè)溫電阻結(jié)構(gòu)示意圖1—測(cè)溫引線；2—測(cè)溫元件固定螺栓；3—熱電阻Figure 7 Schematic diagram of double - branch temperature resistance

（1）改進(jìn)測(cè)溫電阻。

（2）規(guī)范測(cè)溫電阻安裝、布線。

（3）改進(jìn)油槽出線裝置。

（4）重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用冗余配置。

按上述方法逐步對(duì)劉家峽水電廠1～4號(hào)機(jī)組軸承部分測(cè)溫電阻進(jìn)行了改造，運(yùn)行情況表明，改進(jìn)后的測(cè)溫電阻在五年一次的A級(jí)檢修期內(nèi)可以安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，避免了元件誤報(bào)、損壞等造成的停機(jī)檢修，實(shí)踐證明該方法可操作性強(qiáng)，能夠很好地在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施應(yīng)用，對(duì)其他在運(yùn)水電站測(cè)溫電阻改造和新建水電站測(cè)溫電阻選型、安裝具有借鑒意義。