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水电厂测温电阻故障及解决办法

测温电阻是水电厂***重要传感器,水电厂测温电阻运行情况直接影响发电机组是否能够安全运行。水电行业中,测温电阻性能不稳定、可靠性差是非常普遍问题,性能不稳定导致温度信号误报一直困扰着电厂运行人员和检修人员,严重时可造成机组事故停机,这机组寿命及电网安全都会造成不可估量影响。,分析测温电阻故障原因,提高测温电阻长期稳定性和可靠性是非常紧迫一项工作。
    我们服务于众多电厂过程中,经常现场碰到了形形色色问题,起初我们以为是中小型水电厂存这些问题,后来发现三峡、广蓄、小浪底等国外大机组中也存这些问题,这些问题全行业中带有某些共性。这里我们把这些问题罗列出来加以分析,并试图解决这些问题。
水电厂特殊性
    测温电阻来说,水电厂运行环境是非常特殊,这有别于其他工业领域,把工业上通用测温电阻拿到水电厂使用是肯定要出问题。这些特殊性表现为:
    1、运行时间长、不易维护。瓦温测温电阻安装空间狭小不宜维护更换传感器方,一般大修时才有机会维护测温电阻。而现技术进步,大修周期越来越长,这就要求测温电阻长期稳定运行。
    2、重要程度高。 推力轴承是发电机组关键装置之一,其中测温电阻又是监测推力瓦运行状态***一手段。推力瓦温测温电阻,一般要求接保护,重要性不言而喻。而一般工业领域没有这么高重要性。
    3、运行环境恶劣。以推力瓦测温电阻为例,传感器及其导线长期浸泡温度较高透平油里,并时刻承受油流冲击和机组振动。这样环境中很少有传感器及导线能经受长达5年考验。
    4、电磁干扰强度相当大。一般水电厂发电机功率都非常大,发电机产生强电场特别是漏磁产生强磁场对上导瓦和推力瓦测温电阻干扰非常大。这对传感器及其导线抗干扰能力要求很高。

普遍存问题
正是水电厂测温电阻使用环境特殊性,使水电厂测温电阻普遍存如下问题。
    1、长期稳定性差、可靠性低。其实水电厂对测温电阻精度要求并不高,但传感器长期稳定性和可靠性要求非常高。许多电厂采用了长期稳定性差测温电阻,机组运行了几年后,就会出现大量误报、跳变和没有读数等问题,使工程人员很难判断到底是机组本身问题测温电阻问题,推力瓦测温电阻出现上述问题,就会造成跳机,酿成重大事故。
    2、电缆折断或外皮开裂。电缆根部折断现象几乎每个电厂都有,电缆长期浸泡流动透平油中,不做特殊处理,时间长了导线就会传感器根部断开。根部断线故障占了测温电阻故障一半左右,应该引起重视。另外,电缆外皮高温及腐蚀性透平油环境中也会开裂。
    3、传感器及导线没有屏蔽,或有屏蔽但没有接好。许多电厂都没有对测温电阻实施有效屏蔽,使发电机强电场和强磁场对测温电阻干扰并把干扰信号导入测温回路中,造成测温不准。我们见到过,推力瓦测温电阻感应漏磁信号达到110V。这使测量值无任何意义,还会导致回路中其他器件损坏。测温电阻和整个测温回路,导线多且长,接线环节多,屏蔽要求整个环节中都要有可靠屏蔽,有一个环节出现问题,屏蔽就会无效。
    4、传感器安装不规范。一般安装瓦温电阻时要求传感器与瓦体刚性连接,***好是螺纹连接,瓦内导线也要可靠固定,特别是根部导线要与传感器固定同一个刚体上。但我们见到有些电厂安装轴瓦测温电阻时简单放置瓦孔内,还有些是用环氧树脂灌封孔里。这些都是不规范安装方式,这样安装方式都不能有效保护导线根部。
    5、线制和接线问题。线制就是测温电阻引出线方式,如:4线制、3线制和2线制,线制决定了传感器导线电阻对测量结果影响。其中4线制和3线制可以把导线电阻对测量结果影响降到***低,而2线制则可以。以20米电缆为例,导线电阻为3欧姆,换算成温度值是6℃, 这个误差是非常大。三线制接线方式,同样是20米导线,0.1欧姆被加到了系统里,产生0.2℃误差,这个误差是可以接受,这说明导线电阻几乎不会影响到测量结果。用四线制测量,则导线电阻影响可完全不计。我们看到很多电厂采用2线制测温电阻,或把3线制接成2线制,中间某个环节接成2线制。如何这都会产生很大误差。可能有人会后端温度模块上对此进行补偿,但面对不******型不同长度导线进行补偿就一种好方法了。
    6、传感器尾部结构问题。传感器尾部结构有全密封和带连接器区别,现起码有一半电厂使用尾部连接器结构,这种结构优点是方便拆卸,一旦传感器有问题可以不用动导线情况下把传感器换下来。但这样结构只适合安装油水冷却器或空冷器方,轴瓦温度监测就不合适了。例如推力轴承内传感器是完全浸泡透平油里,透平油不停流动着,加上轴瓦振动,尾部连接器非常容易漏油或触点脱开,降低了传感器长期稳定性。实际上传感器本身长期稳定性高,应该是很少维护或根本不需要维护。
    7、Pt100和Cu50问题。这是测温电阻分度值问题,Pt100和Cu50是目前电厂***常用测温电阻,基本上99%水电厂都使用。Pt100是用铂金材料作为敏感元件,Cu50是用铜做敏感元件。Cu50与Pt100比较有几个缺点:首先铜比铂阻值小,需要很长铜丝绕制成敏感元件,铂则相对短一些,一般越长越细材料可靠性越低。第二,铂电阻是主流测温电阻,大制造商、特别是德国厂家都以光刻溅射工艺生产Pt100芯片,非常成熟可靠。几乎没有厂家生产Cu芯片,这样要用Cu50产品自己绕制线圈来做敏感元件,可靠性大大降低。这也就是有些电厂使用Cu50测温电阻经常坏原因。
    8、非常好传感器用错了方。三峡和小浪底等电厂,是VOITH 和ALSTON机组,传感器都是瑞士或德国传感器。传感器本身非常好,但为特定使用环境制作传感器,结果也经常出现一些问题。如:传感器结构问题、导线根部断开问题。不同电厂有不同特点,对测温电阻要求也是不同,到现为止,我们还没有发现测温电阻完全一样水电厂。特定电厂而言,测温电阻没有针对性进行设计,再好传感器也仍然会出问题。

解决办法
一切努力都是为提高测温电阻长期稳定性和可靠性。这要求测温电阻制造和安装各个环节上下功夫。
    1、 采用高品质Pt100芯片。前面提到了铂电阻要优于其他材料测温电阻,而铂电阻芯片品质也是千差万别。应该采用溅射光刻工艺制作Pt100芯片,精度要求达到A级。这类芯片漂移很小,长期稳定性高,抗冲击和振动。芯片引脚采用铂镍合金。芯片引脚***终要和导线或铠装丝芯线焊接,焊接容易导致金属材料发脆而断开,这也是个薄弱环节。芯片引脚采用铂镍合金可以保证焊接后引线机械性能,避免导线传感器内断开。
    2、 采用特制导线。导线长期浸泡油里出现变硬变脆是导线***外层绝缘层材料选择不合理造成,例如导线外皮材料是PVC材料,其耐油、耐温性能比较差。温度较高场合,它耐油性能会大大降低,使用寿命会缩短很多。较高温度油中长时间浸泡后,导线会出现变硬、变脆现象。我们选用耐油、耐温导线材料。我们选用是聚全氟乙丙烯(FEP)简称F-46,是四氟乙烯和六氟丙烯共聚物,是聚四氟乙烯改性材料。它具有优良耐油、耐腐蚀和耐热性能,可-250~250℃温度内长期使用。除高温高压 下氟元素和熔融状态碱金属对它有腐蚀作用,其它诸如强酸(包括浓硝酸和王水)、强碱、强氧化剂、油脂、酮、醚、醇等高温下 也对它不起作用。另外它耐开裂性能也非常突出,可以******解决导线长时间泡油中出现开裂问题。
    3、 导线与测温电阻结合部位加保护装置。主要解决导线根部断线问题。现场情况,选择不同保护形式,如锥形弹簧保护管、波纹管和铠装丝延伸保护等。这里特别要强调铠装丝延伸保护方式,将传感器内部铠装丝一直延伸出来,这样导线受到油流冲击部分全部是铠装丝,实际上铠装丝是可以任意弯折不锈钢导线,抗腐蚀、冲击和振动性能非常好,这样可******解决导线受油腐蚀和冲击问题。使用寿命更久,性能更可靠。
    4、 测温电阻及其导线一体化网状屏蔽。理论上说磁场比电场更难屏蔽,强磁场干扰来说,网状屏蔽是***有效方案。推力和上导轴承***接近发电机,推力和上导瓦测温电阻网状屏蔽特别重要。测温系统导线多且长,中间环节又多,布线时要特别仔细,每个环节上都要求把导线屏蔽线可靠接到公共接端。
    5、 三线制以上接线方式。我们推荐用三线制接线方式,传感器本身要做成三线制,测温系统中各个环节都要用三线制方式来接线,这样才能有效保证测量精度。这里特别强调,一定不要采用二线制接线方式。
    6、 封装工艺和结构。全铠装封装工艺,采用德国专业化厂生产铠装丝,这种铠装丝高纯度氧化镁填充、高温干燥、拉丝、滚轧和退火工序制作完成,其特点是寿命长、响应速度快、机械强度高和绝缘性好。用于瓦温和瓦内油温测温电阻一定不要采用尾部连接器结构。
    7、 定做测温电阻。特定电厂,测温电阻都要有针对性进行设计和制造。

 
来源:      时间:2009/10/6 11:00:46
 
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