高壩洲水電廠機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)優(yōu)化設計

辛 欣，王宋翔，李尹罡

（湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北宜昌 443000）

湖北清江高壩洲水力發(fā)電廠位于湖北省宜昌市宜都市內，是湖北清江梯級水電站中的最下游一級，建成于1999年，安裝有3臺軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，單臺機組額定容量為90 MW。水電機組軸瓦溫度監(jiān)測是機組安全運行的重要標志，而軸承瓦溫監(jiān)測保護系統(tǒng)更是水機后備保護回路的重要部分。高壩洲水電廠軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)采用的是壓力式溫度計，主要用于監(jiān)測機組上導軸承瓦溫、上導軸承油溫、推力軸承瓦溫、上導軸承油溫、水導軸承瓦溫、水導軸承油溫和發(fā)電機空氣冷卻器進口和出口溫度，在機組溫度采集柜內以硬接線回路方式將溫度高報警信號送現(xiàn)地控制單元，其中上導軸承瓦溫、推力軸承瓦溫、水導軸承瓦溫溫度過高報警信號還上送至水機后備保護回路。高壩洲水電廠軸瓦溫度保護系統(tǒng)在電廠建廠時與機組同時安裝投入使用，已連續(xù)運行超過20年，壓力式溫度計測溫部件、毛細管和顯示表盤為一體式，不易檢修維護，隨著運行年限增加，精度誤差越來越大，已不滿足行業(yè)規(guī)范，因此決定對機組軸瓦壓力式溫度計進行整體改造更換。

1 高壩洲水電廠機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)結構及動作邏輯

高壩洲水電廠機組軸承瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)采用的是壓力式溫度計，主要監(jiān)測點分別為：上導軸承1號和2號瓦溫、上導軸承油槽油溫、推力軸承1、2、3號和4號瓦溫、推力軸承油槽油溫、水導軸承1號和2號瓦溫、水導軸承油槽上層和下層油溫、空氣冷卻器1號熱風／冷風和2號熱風／冷風溫度，單臺機組共計16個測點。壓力式溫度計每塊儀表有兩對輸出接點，分別為溫度高報警和溫度過高報警，溫度高報警信號只作為信號監(jiān)測，不參與其他控制策略，軸承瓦溫溫度過高報警信號則進入機組水機后備保護緊急停機流程。

2 原機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)存在的問題

1）原系統(tǒng)投運時間長，運行環(huán)境惡劣，不易檢修維護。高壩洲水電廠原機組溫度監(jiān)測系統(tǒng)的壓力式溫度計主要安裝位置分別位于：水導軸承油槽內、推力軸承油槽內、上導軸承油槽內。三部軸承油槽內部空間狹小，測溫電阻數(shù)量較多，且其安裝工藝較高，工作環(huán)境惡劣，測量部分引出線長時間浸泡在密閉的油槽里，加上長期受油槽內油流持續(xù)不斷的沖擊［1］，只有在機組大修時才有機會檢查維護，當測溫系統(tǒng)任何一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題必須整體更換。

2）測量精確度誤差較大，且同型號產品已停產。目前機組溫度監(jiān)測系統(tǒng)存在表計測量精度不滿足標準要求，儀表動態(tài)性能差，示值的滯后較大，無法迅速反應溫度的變化。且該型號溫度計已停產，備品備件無法采購。

3）保護測點單一，可靠性低。我廠目前使用的溫度計一旦測溫部分損壞，溫度計整體都將會失去監(jiān)測保護作用［2］。

4）電磁干擾及振動影響。壓力式溫度計本身的使用壽命有限，而機組運行時產生的電磁干擾及振動影響，機組長時間運行中的報警信號非常容易受其影響導致溫度保護誤動引起事故停機。

以上問題導致機組不能及時有效的監(jiān)測維護軸瓦運行工況，極易發(fā)生安全事故。

3 機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)優(yōu)化設計及改造

鑒于以上分析了原機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)存在的問題，決定對機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)重新進行優(yōu)化設計及改造。

1）選擇更加可靠的測溫元件。鑒于PT100熱電阻已在水電機組溫度監(jiān)測領域廣泛應用，且滿足水電廠的相關行業(yè)標準及要求。推薦使用深圳泰士特生產的熱電阻（RTD）［3］，分度號為Pt100，精確等級為A級，測溫范圍－40℃～300℃，探頭部分真空密封，內部為雙測溫元件（互為備用），具有良好的線性和防潮性，工作壽命長，響應速度快并且準確，傳感器尾部引出線部分有一層彈簧保護鎧［4］，防止傳感器斷線以及機械振動帶來的硬質損傷。導線具有良好的耐油、耐高溫、耐腐蝕性、高屏蔽性。在油槽出線處，采用不銹鋼密封板，保證電纜不會長時間運行松動或折斷，極大保障了出線裝置的可靠性。

2）增加數(shù)字式溫度測控儀。在機組機旁盤溫度采集柜新增JM Consept的XALIS 3400P1數(shù)字式溫度測控儀，數(shù)字式溫度測控儀具有多對報警輸出接點，每支RTD配置一塊溫度測控儀共計16組，該溫控儀具有動作延時防抖功能，可保證在RTD故障、頻繁掉電上電、端子虛接等情況下繼電器閉鎖不誤動。

3）改造后的機組軸瓦溫度保護系統(tǒng)保留了原有的控制邏輯。當上導軸承1號和2號瓦、推力軸承1、2、3號和4號瓦、水導軸承1號和2號瓦共計8個測溫點中任意一個測溫點溫度達到溫度高報警值時，溫控儀對應的溫度高報警接點動作并且將報警信號上送至監(jiān)控系統(tǒng)，當溫度達到過高報警值時，過高報警接點動作，并觸發(fā)水機后備保護停機流程。而當上導軸承油溫高、推力軸承油溫高、水導軸承油溫高、發(fā)電機空氣冷卻器冷風、發(fā)電機空氣冷卻器熱風溫度高報警時不會觸發(fā)停機流程。同時溫控儀增加了RTD斷阻、斷線、斷電或溫控儀本體發(fā)生異常時，監(jiān)控系統(tǒng)會收到綜合故障報警信號，此報警信號不觸發(fā)停機，更加保障機組運行的可靠性。

4 結 語

高壩洲水電廠機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)優(yōu)化設計及改造結束后經過2年多的運行觀察，RTD未發(fā)生松動或者斷線等異常情況，溫控儀的運行狀態(tài)穩(wěn)定，機組軸瓦溫度監(jiān)測保護系統(tǒng)也一直運行良好，未發(fā)生誤動現(xiàn)象。根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，水電廠機組溫度保護誤動的情況發(fā)生概率高于溫度保護拒動，為了提高溫度保護的可靠性，確保各測溫環(huán)節(jié)穩(wěn)定，建議增加防止誤動措施，例如取消單點溫度保護，在相同的一片瓦中設置兩個測溫點，當2個測溫點溫度過高同時動作才觸發(fā)事故停機流程。由于軸瓦系統(tǒng)無法實現(xiàn)在線監(jiān)測水機后備保護回路的RTD溫度，歷史溫度數(shù)據(jù)亦無法追溯，根據(jù)JM溫控裝置具備485串口輸出功能，基于Modbus通信功能嘗試將溫度采集柜上所有的溫度模擬量與監(jiān)控系統(tǒng)建立起聯(lián)系，實現(xiàn)在線監(jiān)測水機后備保護回路RTD，并將溫度數(shù)據(jù)寫入歷史數(shù)據(jù)庫［5］，便于運行分析和事故分析。