淺析水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫裝置改進(jìn)

李興

（國(guó)家電投云南國(guó)際電力投資有限公司滇中水電事業(yè)部柴石灘電站，云南 昆明 652100）

一、改進(jìn)前設(shè)備的狀況

柴石灘電站三臺(tái)發(fā)電機(jī)于2001年8月投產(chǎn)發(fā)電，已運(yùn)行多年，時(shí)至今日，在信息化與自動(dòng)化空前繁盛的條件下，當(dāng)年投產(chǎn)的這三臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)不僅工藝落后，其穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度也處于較差狀態(tài)。具體表現(xiàn)為：測(cè)溫回路斷線，溫度跳變誤發(fā)信號(hào)等情況常有發(fā)生，極易造成運(yùn)維人員的誤判而風(fēng)險(xiǎn)性激增。

（一）測(cè)溫電阻

一般來(lái)說(shuō)，水輪發(fā)電機(jī)組各部軸承的測(cè)溫裝置，主要涉及兩類元件：其一，銅電阻；其二，鉑熱電阻。鉑熱電阻的生產(chǎn)技術(shù)在1956年的西安儀表廠就全面掌握，很快投入生產(chǎn)，其相關(guān)產(chǎn)品相繼進(jìn)入市場(chǎng)。一般情況下，油槽溫度、定子線圈溫度以及冷熱風(fēng)溫度都使用銅電阻，1999年前后投產(chǎn)的各大水電站普遍采用的兩線或三線銅電阻Cu50。

目前來(lái)說(shuō)，測(cè)溫?zé)犭娮枳畛Ｒ?jiàn)的接線方式歸為三大類：二線制、三線制以及四線制。由于我國(guó)各大水電站當(dāng)前基本上采用的都是二線或三線制，因此本文主要闡述水電站水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫裝置改進(jìn)前的銅電阻Cu50二線制和三線制的特點(diǎn)。首先談到測(cè)溫方式，二線制與三線制都是采用橋路測(cè)溫法，此測(cè)溫方法最終確定的是電阻值與測(cè)定的溫度值之間的關(guān)系。銅電阻Cu50三線制與二線制相比較來(lái)說(shuō)，三線制比二線制性能要好，它可以消除來(lái)自外部的影響，保證熱電阻測(cè)溫結(jié)果的精確性。但就目前市場(chǎng)上以及設(shè)備改造后的工業(yè)領(lǐng)域都廣泛采用的是鉑金電熱電阻Pt100測(cè)溫元件。關(guān)于鉑金電熱電阻Pt100測(cè)溫元件，后面會(huì)詳細(xì)闡述，這里就提一點(diǎn)，因?yàn)樗?dāng)屬目前測(cè)溫精度最高的一款元件。

（二）銅電阻Cu50的二線與三線制特點(diǎn)

關(guān)于二線制的引線特點(diǎn)：二線制熱電阻的引線方式特別簡(jiǎn)單，就是在它的兩端各連一根導(dǎo)線，作用是引出電阻信號(hào)，但導(dǎo)線存在引線電阻，直接導(dǎo)致熱電阻的電阻值變動(dòng)，最終引起導(dǎo)線電阻的電阻值誤差極大。當(dāng)然，導(dǎo)線材質(zhì)的優(yōu)劣與長(zhǎng)短等因素也對(duì)其電阻值有一定影響。所以，對(duì)精度要求不太高的條件下，可以采用此引線方式。

關(guān)于三線制的引線特點(diǎn)：三線制熱電阻的引線方式就是在它的一端接一根導(dǎo)線，而另一端則接兩根導(dǎo)線。一般而言，三線制與橋路同步使用，橋路的背部需要接上兩根導(dǎo)線，橋路的電源處連接一根導(dǎo)線，這樣引線的目的就是為了讓導(dǎo)線電阻的電阻值誤差盡可能到達(dá)最低值。

（三）銅電阻Cu50的測(cè)溫原理

事實(shí)上，并不是所有金屬都適合用來(lái)做測(cè)溫材料，目前工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)只有鉑與銅適合做測(cè)溫材料。這才有了老式元件的代表：銅電阻Cu50以及新式元件的代表：鉑金電熱電阻Pt100。這次水電站的測(cè)溫裝置改進(jìn)，首先就得將銅電阻Cu50換成鉑金電熱電阻Pt100，主要是后者精度更高。鉑主要適合兩大環(huán)境：其一，中性介質(zhì)；其二，氧化性介質(zhì)。鉑的穩(wěn)定性極強(qiáng)，而銅一旦在溫度超過(guò)150 ℃后就出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。所以，如今改造設(shè)備，必須采用鉑金材質(zhì)。銅電阻Cu50測(cè)溫原理實(shí)際上就是把溫度轉(zhuǎn)化為電阻值，把一定溫度所對(duì)應(yīng)電阻信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或二次儀表上。

二、機(jī)組測(cè)溫裝置存在的問(wèn)題

（一）存在問(wèn)題

1.銅電阻Cu50材料，元器件質(zhì)量差

2.測(cè)溫回路接頭多，容易出現(xiàn)接頭接觸不良，斷線。特別是上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)及推力等處的測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫電阻端部接頭容易斷線，斷線后處理難度較大。

3.機(jī)組運(yùn)行震動(dòng)，表計(jì)端子電阻突變導(dǎo)致溫度跳變

總之，早在1987年，水電站就大張旗鼓的在內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)營(yíng)。無(wú)論是資金方面，還是技術(shù)水準(zhǔn)方面，都無(wú)力對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行同步改造，依然沿用的是早期的測(cè)溫元件。計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)被應(yīng)用之后，才發(fā)現(xiàn)水電站各種裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中受到強(qiáng)烈干擾，尤其是雷雨多的季節(jié)，直接導(dǎo)致測(cè)溫元件測(cè)溫缺乏穩(wěn)定性，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警問(wèn)題。盡管在相關(guān)軟件與電路方面采取了一些改進(jìn)策略，但問(wèn)題依然沒(méi)有得到根本解決，比如測(cè)溫元件依然采用Cu50材料，元器件質(zhì)量差；

（二）原因分析

總結(jié)了一下柴石灘水電站測(cè)溫系統(tǒng)可靠性差，檢測(cè)溫度偏差大的原因，主要涵蓋幾個(gè)方面，下面具體來(lái)闡述。

1.測(cè)溫元件之一的銅電阻，Cu50，該元器件性能極差，當(dāng)淘汰。

2.測(cè)溫回路接頭過(guò)多，容易出現(xiàn)接頭接觸不良或斷線。特別是上導(dǎo)、下導(dǎo)、及推力等處的測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫電阻端部接頭容易斷線，斷線后處理難度較大。

3.機(jī)組運(yùn)行震動(dòng)，表具安裝不牢固，表計(jì)端子電阻突變導(dǎo)致溫度跳變。

4.測(cè)溫回路布線、安裝工藝方面的影響。

三、改進(jìn)措施

依據(jù)以上闡述的種種問(wèn)題，柴石灘電站自2014年至2016年相繼對(duì)各臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了大修，對(duì)機(jī)組測(cè)溫裝置進(jìn)行大刀闊斧的改造，科學(xué)地采用溫度檢測(cè)電路，為水電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠性極強(qiáng)的技術(shù)保障。具體改進(jìn)措施如下：

（一）針對(duì)測(cè)溫元件之一的銅電阻，其銅電阻Cu50，該元器件性能極差，理應(yīng)淘汰的問(wèn)題，水電站相關(guān)人員就選定測(cè)溫元件材料及國(guó)內(nèi)知名廠家名單這兩個(gè)事項(xiàng)進(jìn)行了討論與篩選，最終決定選用鉑金電熱電阻Pt100測(cè)溫元件，并對(duì)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)廠家進(jìn)行了確定。之所以選定鉑金電熱電阻Pt100測(cè)溫元件是由其根本原因的。這些年業(yè)內(nèi)人士經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，確定熱電阻有著測(cè)量精度高且性能穩(wěn)定而可靠的優(yōu)越性。然后經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐對(duì)比，最終確定鉑熱電阻當(dāng)屬測(cè)溫精度最高的一類元件，因此在工業(yè)領(lǐng)域的測(cè)溫環(huán)節(jié)，鉑熱電阻成為最優(yōu)選。而在水電站領(lǐng)域普遍采用的是鉑熱電阻的Pt100測(cè)溫元件。

（二）針對(duì)測(cè)溫回路接頭過(guò)多的問(wèn)題，水電站相關(guān)人員也展開(kāi)了研討，認(rèn)為這是測(cè)溫系統(tǒng)出現(xiàn)斷線的主要原因，決定采用新工藝產(chǎn)品，采用最為主流的導(dǎo)線和測(cè)溫電阻一體式新材料，即選用Pt100測(cè)溫元件。具體情況是，采用一個(gè)測(cè)點(diǎn)引出兩個(gè)測(cè)溫元件的方式，其中一個(gè)測(cè)溫元件備用，發(fā)電機(jī)最遠(yuǎn)測(cè)溫點(diǎn)至端子箱的距離，決定采用15米長(zhǎng)導(dǎo)線，從而取消原來(lái)測(cè)溫元件到端子箱中間的兩個(gè)接點(diǎn)。在測(cè)溫元件與導(dǎo)線連接處增加12cm長(zhǎng)的彈簧，用于油流對(duì)此處接點(diǎn)沖擊的緩沖。

（三）針對(duì)運(yùn)行震動(dòng)，表計(jì)端子電阻突變導(dǎo)致溫度跳變的問(wèn)題，最終決定表計(jì)端子均使用線鼻子與連接線進(jìn)行焊接。表計(jì)與屏柜間隙使用熱熔膠填充，從而大大降低震動(dòng)導(dǎo)致溫度跳變概率。

（四）對(duì)端子箱內(nèi)油進(jìn)行全面清理，并定期（6個(gè)月）清理一次，保證端子處不粘油。

（五）從端子箱重新放一根24芯屏蔽電纜至機(jī)組測(cè)溫制動(dòng)屏，并重新處理了發(fā)電機(jī)旁端子箱和測(cè)溫制動(dòng)屏處接地，保證屏蔽層可靠接地,增強(qiáng)的抗干擾性能力測(cè)量接地電阻小于0.1Ω。

結(jié)語(yǔ)：2014年首臺(tái)機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)改造后，運(yùn)行一年未發(fā)生過(guò)溫度跳變事件，系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，隨后其余兩臺(tái)機(jī)組大修時(shí)也相繼進(jìn)行改造，迄今為止都運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生過(guò)誤動(dòng)作事件，導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)出現(xiàn)。當(dāng)今之中國(guó)已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)崛起，逐步向世界強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，各行各業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高。作為關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)能源領(lǐng)域的水電站，其自動(dòng)化水平更應(yīng)該嚴(yán)要求。事實(shí)上，水電站必須對(duì)自動(dòng)化元件與自動(dòng)裝置整體進(jìn)行改造升級(jí)，自動(dòng)裝置包括測(cè)溫裝置、測(cè)速裝置、調(diào)速裝置、勵(lì)磁裝置以及同期裝置等。本文只是談到了一個(gè)方面，即為測(cè)溫裝置的改造問(wèn)題。專門以柴石灘電站為例，闡述了該單位水輪發(fā)電機(jī)組測(cè)溫裝置改進(jìn)的問(wèn)題，可謂“小切口，深分析”。希望能引起同行的共鳴與探討，或者對(duì)其有參考與借鑒意義。