水電站軸承測溫系統故障及解決方案

徐元剛

【摘要】 溫度信號是水電站機組監測與保護的重要參數，在運行過程中，如果設備的溫度超過了其可允許的極限值，將直接影響到設備的使用壽命及安全運行，測溫系統是水電站安全運行的重要保證。本文分析了水電站軸承測溫系統常見的故障：測溫電阻及附件的穩定性差；電阻絲形變或短路；測溫元件根部斷線；測溫元件引出油槽的方式不合理；導線轉接連接不牢；油槽內布線方式不規范、無有效的強電強磁屏蔽等。從測溫元件工藝要求、引出油槽接線方式、油槽內布線、減少電磁干擾等方面提出預防措施與解決方案。

【關鍵詞】水電站；軸承測溫電阻；常見故障；解決方案

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（c）-0000-00

測溫系統是水電站安全運行的重要保證，設備在運行中如果溫度超過了其極限值，將直接影響到設備的正常運行【1】。水輪機組軸承的測溫主要包括機組推力軸承、導向（上下導）軸承以及水導軸承測溫，軸承的測溫一般采用Pt100或Cu50測溫傳感器。 Pt100是采用鉑金材料作為感溫元件，而Cu50則是采用銅做感溫元件。銅比鉑的電阻值要小些，在測溫元件的制作中Cu50就需要很長的銅絲繞制成，而Pt100則相對短一些，這就導致它們測溫電阻分度值不同。一般情況下越長越細的材料則可靠性就要低些，所以水電站目前主流的測溫元件就采用Pt100的較多。而Pt100測溫元件的制作結構、使用環境、施工安裝的不規范，造成水電站軸瓦測溫跳變，斷線、短路以及強電磁干擾引起測量誤差等，嚴重時導致瓦溫過高，引起機組誤停機。

下面針對Pt100測溫傳感器在水電站軸承溫度測量中存在的一些問題，作一分析，并提出解決方案。

1 測溫傳感器的特殊性

1.1 溫度數據是很重要的參數

溫度監測對于整個機組的監控與保護非常重要，溫度數據是很重要的非電氣量參數。如軸承溫度過高將導致組軸瓦的損壞，定子溫度過高將使絕緣材料的性能下降，甚至被擊穿【2】。

1.2運行環境差

與其他工業系統的測溫系統不同，水電站的測溫系統的運行環境較為惡劣，如軸承測溫電阻長期浸泡在油槽中，不僅要承受油槽高溫，同時要承受長期重復性的沖擊與振動，以及強電場和搶點磁場的干擾。

1.3 運行時間長且檢修維護難

水電站一旦安裝投入使用，就需要不間斷地運行，多數在千小時以上，因此，運行時間很長，只有在停機時才能進行檢修。且測溫電阻安裝的空間都相對封閉、狹小，如軸承測溫電阻安裝在推力軸承、上下導軸承及油槽中，平時都無法監測和維修。

2 測溫傳感器常見故障分析

2.1 測溫電阻及附件的穩定性差

一些水電站建成運營不久，其軸承測溫系統就出現故障，發生溫度跳變、溫度值無讀數或者誤報的現象，其根本原因是測溫電阻及附件的質量差、穩定性低。

2.2 電阻絲形變或短路

測溫元件的制作主要采用感溫電阻絲繞制而成。機組運行時，由于受到長期振動，繞制的感溫電阻絲會發生形變，一方面使得熱電阻本身阻值不對稱；另一方面測溫元件在封裝過程中，由于工藝不嚴格或填充物不致密，使得其在軸向和徑向受到重復性的振動、沖擊，導致繞制在骨架上的感溫電阻絲被壓縮或與不銹鋼外套相接觸，導致相鄰電阻絲相互接觸或短路；從而引起溫度跳變和測值不準確。

2.3 測溫元件根部斷線

感溫電阻絲的引出中，采用航空插頭結構時，其接頭觸點經多次插拔，容易引起接觸不良；同時其探頭和引線連接部位又無任何保護裝置。而采用一體化結構時，有的元件在封裝過程中由于工藝差，探頭和引線連接部位又無任何保護裝置。在水輪機運行旋轉時，由于受到油流的沖擊，使得測溫元件根部容易斷線。這就給水電廠運行和檢修帶來很多問題和隱患。

水輪機軸瓦測溫元件引線由于長期浸泡在溫度較高的透平油中，長期受到油高溫和腐蝕作用，時間一長，引起線外皮發生引線硬化、開裂甚至斷開，嚴重影響了測溫電阻的穩定性和可靠性。

2.4 測溫元件引出油槽的方式不合理

測溫元件引出油槽時，有的采用航空插頭結構，在油槽壁內外焊接引出；有的在油槽壁上安裝一個長方形蓋板，蓋板和油槽壁之間用螺紋連接，引出線壓接在蓋板內外的螺母上。在機組運行時，長期受到振動和油流沖擊，焊點容易脫落，同時油槽內的接線部位很容易松動甚至斷開，影響測溫電阻的穩定性和可靠性。

2.5 導線轉接點連接不牢

測溫電阻在油槽里的轉接點比較多，每個轉接點都需要進行焊接，而油槽的空間狹小，不便于操作，容易發生轉接點的連接不牢，留下斷線隱患。

2.6 油槽內布線方式不規范。

在安裝施工中，有的引線懸空或綁扎固定不可靠，或者是將測溫電阻簡單地放于瓦孔內，在油流的作用下，測溫電阻容易造成移位，或與油槽內尖銳金屬物件發生磨損，導致引線開裂、甚至直接斷開。

2.7 無有效的強電強磁屏蔽

如果對測溫電阻及引線電纜不能實施有效的屏蔽，或者有屏蔽沒連接好，會造成發電機的強電場、強磁場對測溫電阻的干擾，并將干擾信號傳入測溫回路中，導致測溫不準，甚至測溫回路的器件燒毀。

3 預防措施與解決方案

3.1 對于測溫元件工藝要求

測溫電阻安裝附件要達到規定的要求，采用高品質的測溫元件，要求其穩定性高，漂移量小，良好的抗振動與沖擊性能。在測溫元件制作中，采用光刻濺射工藝方法。它是將鉑粉噴在絕緣的陶瓷骨架上，用激光刻回路，同時元件和引線之間的焊接采用激光焊接。一次成型焊接，這樣就具有良好的抗震性能，其精度水平可達到IEC751 A級（0.15+0.002*|T|），能保證測溫元件在長期振動環境下的穩定性，從而避免了溫度的跳變。

長時間在高溫度油中浸泡后，導線會變脆、變硬，是因為外層絕緣護套材料選用不合理，建議采用聚全氟乙丙（FEP）作為護套材料，聚全氟乙丙具有良好的耐熱、耐油和抗腐蝕的性能，可有效解決導線長時間浸泡出現的開裂現象。

對于引出線采用一體化結構設計，將探頭部分真空密封，套管內采用高純度氧化鎂填充、高溫干燥，其特點是壽命長、響應速度快、機械強度高和絕緣性好。

3.2 引出油槽接線方式

油槽出線采用密封盤形式出線，中間無斷點及轉接，出油槽后直接連接到端子箱，方便以后現場校驗和拆裝，從而保證測溫電阻的穩定和可靠運行。同時密封盤上安裝鎖緊夾套，其防護等級可達IP67，避免漏油情況發生。

3.3 油槽內布線

在水輪機組推力、上下導、水導等油槽內，機組正常運行之時，油流對測溫電阻探頭和引線連接部位沖擊力很大。現場施工安裝中，要求做到就近多點固定，順著油流沖擊的方向布線，減少油流對引線的沖擊；其次在油槽內的走線上，每隔30cm采用白布條綁扎，并選用型號為SK-138的AB膠，按1：1的比例混合，用無水乙醇稀釋，然后涂刷在白布條綁扎接頭處，使其固化；最后在油槽底部，每隔50cm采用焊接一金屬耳環，使引線集結成一束，用玻璃絲帶或者白布條綁扎固定，以減少油流沖擊的影響，避免引線在油槽內發生機械損壞。

綜上所述，在水電站軸承測溫系統中，測溫元件的選型，安裝施工中的一些不合理布置，導致測溫不準確，造成了很多誤停機，對電廠的安全生產和電網的穩定運行都造成重大影響。在實際工作中，針對各機組特點，加強元件選型，及安裝工藝管理，保證水電站設備的安全經濟運行，減少事故發生。

參考文獻

1 郭忠敏.水電站測溫系統改進方案【J】.科技前沿，2013，（10）：38-39.

2 劉芬香，彭放，王禾，等.瀑布溝水電站測溫回路故障淺析【J】.水電站機電技術，2010，33（6）：86-89.