淺析水輪發電機組測溫裝置改進

李興

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

一、改進前設備的狀況

柴石灘電站三臺發電機于2001年8月投產發電，已運行多年，時至今日，在信息化與自動化空前繁盛的條件下，當年投產的這三臺水輪發電機組測溫系統不僅工藝落后，其穩定性與準確度也處于較差狀態。具體表現為：測溫回路斷線，溫度跳變誤發信號等情況常有發生，極易造成運維人員的誤判而風險性激增。

（一）測溫電阻

一般來說，水輪發電機組各部軸承的測溫裝置，主要涉及兩類元件：其一，銅電阻；其二，鉑熱電阻。鉑熱電阻的生產技術在1956年的西安儀表廠就全面掌握，很快投入生產，其相關產品相繼進入市場。一般情況下，油槽溫度、定子線圈溫度以及冷熱風溫度都使用銅電阻，1999年前后投產的各大水電站普遍采用的兩線或三線銅電阻Cu50。

目前來說，測溫熱電阻最常見的接線方式歸為三大類：二線制、三線制以及四線制。由于我國各大水電站當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電機組測溫裝置改進前的銅電阻Cu50二線制和三線制的特點。首先談到測溫方式，二線制與三線制都是采用橋路測溫法，此測溫方法最終確定的是電阻值與測定的溫度值之間的關系。銅電阻Cu50三線制與二線制相比較來說，三線制比二線制性能要好，它可以消除來自外部的影響，保證熱電阻測溫結果的精確性。但就目前市場上以及設備改造后的工業領域都廣泛采用的是鉑金電熱電阻Pt100測溫元件。關于鉑金電熱電阻Pt100測溫元件，后面會詳細闡述，這里就提一點，因為它當屬目前測溫精度最高的一款元件。

（二）銅電阻Cu50的二線與三線制特點

關于二線制的引線特點：二線制熱電阻的引線方式特別簡單，就是在它的兩端各連一根導線，作用是引出電阻信號，但導線存在引線電阻，直接導致熱電阻的電阻值變動，最終引起導線電阻的電阻值誤差極大。當然，導線材質的優劣與長短等因素也對其電阻值有一定影響。所以，對精度要求不太高的條件下，可以采用此引線方式。

關于三線制的引線特點：三線制熱電阻的引線方式就是在它的一端接一根導線，而另一端則接兩根導線。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線，橋路的電源處連接一根導線，這樣引線的目的就是為了讓導線電阻的電阻值誤差盡可能到達最低值。

（三）銅電阻Cu50的測溫原理

事實上，并不是所有金屬都適合用來做測溫材料，目前工業領域經過檢驗只有鉑與銅適合做測溫材料。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。這次水電站的測溫裝置改進，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。鉑主要適合兩大環境：其一，中性介質；其二，氧化性介質。鉑的穩定性極強，而銅一旦在溫度超過150 ℃后就出現氧化現象。所以，如今改造設備，必須采用鉑金材質。銅電阻Cu50測溫原理實際上就是把溫度轉化為電阻值，把一定溫度所對應電阻信號傳輸到計算機或二次儀表上。

二、機組測溫裝置存在的問題

（一）存在問題

1.銅電阻Cu50材料，元器件質量差

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

3.機組運行震動，表計端子電阻突變導致溫度跳變

總之，早在1987年，水電站就大張旗鼓的在內部進行計算機檢測系統的開發與運營。無論是資金方面，還是技術水準方面，都無力對水輪發電機組的測溫系統進行同步改造，依然沿用的是早期的測溫元件。計算機檢測系統被應用之后，才發現水電站各種裝置在運轉過程中受到強烈干擾，尤其是雷雨多的季節，直接導致測溫元件測溫缺乏穩定性，經常出現錯誤報警問題。盡管在相關軟件與電路方面采取了一些改進策略，但問題依然沒有得到根本解決，比如測溫元件依然采用Cu50材料，元器件質量差；

（二）原因分析

總結了一下柴石灘水電站測溫系統可靠性差，檢測溫度偏差大的原因，主要涵蓋幾個方面，下面具體來闡述。

1.測溫元件之一的銅電阻，Cu50，該元器件性能極差，當淘汰。

2.測溫回路接頭過多，容易出現接頭接觸不良或斷線。特別是上導、下導、及推力等處的測溫點，測溫電阻端部接頭容易斷線，斷線后處理難度較大。

3.機組運行震動，表具安裝不牢固，表計端子電阻突變導致溫度跳變。

4.測溫回路布線、安裝工藝方面的影響。

三、改進措施

依據以上闡述的種種問題，柴石灘電站自2014年至2016年相繼對各臺機組進行了大修，對機組測溫裝置進行大刀闊斧的改造，科學地采用溫度檢測電路，為水電站內監控系統提供可靠性極強的技術保障。具體改進措施如下：

（一）針對測溫元件之一的銅電阻，其銅電阻Cu50，該元器件性能極差，理應淘汰的問題，水電站相關人員就選定測溫元件材料及國內知名廠家名單這兩個事項進行了討論與篩選，最終決定選用鉑金電熱電阻Pt100測溫元件，并對優質生產廠家進行了確定。之所以選定鉑金電熱電阻Pt100測溫元件是由其根本原因的。這些年業內人士經過反復測試，確定熱電阻有著測量精度高且性能穩定而可靠的優越性。然后經過大量的實踐對比，最終確定鉑熱電阻當屬測溫精度最高的一類元件，因此在工業領域的測溫環節，鉑熱電阻成為最優選。而在水電站領域普遍采用的是鉑熱電阻的Pt100測溫元件。

（二）針對測溫回路接頭過多的問題，水電站相關人員也展開了研討，認為這是測溫系統出現斷線的主要原因，決定采用新工藝產品，采用最為主流的導線和測溫電阻一體式新材料，即選用Pt100測溫元件。具體情況是，采用一個測點引出兩個測溫元件的方式，其中一個測溫元件備用，發電機最遠測溫點至端子箱的距離，決定采用15米長導線，從而取消原來測溫元件到端子箱中間的兩個接點。在測溫元件與導線連接處增加12cm長的彈簧，用于油流對此處接點沖擊的緩沖。

（三）針對運行震動，表計端子電阻突變導致溫度跳變的問題，最終決定表計端子均使用線鼻子與連接線進行焊接。表計與屏柜間隙使用熱熔膠填充，從而大大降低震動導致溫度跳變概率。

（四）對端子箱內油進行全面清理，并定期（6個月）清理一次，保證端子處不粘油。

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

結語：2014年首臺機組測溫系統改造后，運行一年未發生過溫度跳變事件，系統運行較為穩定，隨后其余兩臺機組大修時也相繼進行改造，迄今為止都運行穩定，未發生過誤動作事件，導致機組非計劃停機出現。當今之中國已經全面實現崛起，逐步向世界強國邁進，各行各業自動化程度越來越高。作為關乎國計民生的基礎能源領域的水電站，其自動化水平更應該嚴要求。事實上，水電站必須對自動化元件與自動裝置整體進行改造升級，自動裝置包括測溫裝置、測速裝置、調速裝置、勵磁裝置以及同期裝置等。本文只是談到了一個方面，即為測溫裝置的改造問題。專門以柴石灘電站為例，闡述了該單位水輪發電機組測溫裝置改進的問題，可謂“小切口，深分析”。希望能引起同行的共鳴與探討，或者對其有參考與借鑒意義。