发电机组用测温RTD技术条件及故障对策探讨

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1、发电机组用测温 TD技术条件及故障对策探讨 邹 祖 冰( 中国长江三峡集团公司， 四川 成都 610041)摘要: 随着水电站单机容量越来越大， 水轮发电机组的安全稳定运行显得越来越重要， 机组运行温度是水轮发电机组安全运行的一项重要指标， 因此监测运行温度非常必要。就监测水轮发电机组运行温度的元件 TD， 从两个方面进行探讨， 一是从 TD 使用技术条件进行分析和总结， 提出了技术要求和建议; 二是对国内几大 水电站 TD 在使用过程中出现的故障进行分析和归类， 剖 析 其 故 障 原 因， 提 出 了 相 应 的 处 理 措 施 和 预 防 手 段。综合两方面的分析和总结， 对 TD 的使

2、用和技术发展提出建议。关 键 词: 测温 TD; 技术条件; 故障对策; 水轮发电机中图法分类号: TV731文献标志码: A众所周知， 水电站机组的运行温度是水轮发电机组能够安全可靠运行的一项重要指标。因此， 应当严 密监测油、 气、 水以及定子铁心和线圈的温度。电阻式 温度检测器 ( TD) 是水轮发电机组测温系统中直接 反映设备零部件温度变化的元器件， 同时它与电厂保 护系统相连接， 成为电厂保护系统重点监测的环节， 所 以对选用 TD 的可靠性和准确性要求很高。因此一般都采用三线制。采用三线制， 是将导线的一根接到电桥的电源端， 而将其余两根分别接到 TD 的 桥臂及与其相邻的桥臂上，

3、 这样就可以消除导线线路 电阻带来的测量误差。1 2TD 分类根据监测设备的不同部位和安装方式， 可以将测量 TD 大致分为以下两类:( 1) 埋置式测温 TD， 常用于测量定子铁心和定 子线圈的温度， 其安装是采用埋置方式;( 2) 插入式测温 TD， 主要是用于测量油、 气、 水 的温度， 其安装是采用插入方式或拧入方式。水轮发电机组用温度传感器1温度传感器概述在工业应用中， 温度传感器有热电偶和热电阻两11 1种方式。热电阻是基于电阻的 热效应进行温度测量 的， 即根据电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性 进行温度测 量， 目 前 应 用 最 广 泛 的 TD 材 料 是 铂 和 铜，

4、常用的型号有 Pt100 和 Cu50 两种。根据水轮发电 机组运行特征和制造工艺， 国内水电站所用的测温元 件基本上均采用 Pt100 。TD 的引出 线 结 构 有 两 线 制、 三 线 制、 四 线 制 几 种， 其中两线制在测量中误差较大， 已不选用; 工业上 一般选用三线制， 实验室一般选用四线制。通常， 水轮 发电机组都配置有温度保护装置， 保护装置经过逻辑 计算后可发出报警信号， 对温度测量精度有较高要求，TD 测温范围水轮发电机组测温 TD 采 用 的 型 号 是 Pt100。 Pt100 温度 传 感 器 精 度 高、 稳 定 性 好、 应 用 温 度 范 围 广， 是 20

5、0 650 间常用的一种温度检测器。根据国标 GB / T7894 水轮发电机基本技术条件及 电站运行情 况， 对水轮发电机 运行温度进行了统计。 具体运行温度或温升值见表 1。根据表 1 的允许温度或温升值可以看出， 对于埋 置式测温 TD 测量范围在 0 110 以内， 对于插入 式测温 TD 的测量范围则在 0 100 以内。显然1 3收稿日期: 2014 04 23作者简介: 邹祖冰， 男， 高级工程师， 工学硕士， 主要从事水电站电器的设计与管理工作。E mail: zou_zubing ctgpc com cn102人 民 长 江 2014 年是在 Pt100 温度传感器理想的测量

6、范围内。表 1 水轮发电机组运行温度或温升允许值100 时， A 级 精 度 的 TD 测温最大误差在 0 7 ， B 级精度的 TD 测温最大误差在 1 6 。对于水电站设 备来说， 目前按照 A 和 B 两类分类已经不能完全满足 要求。在 TD 生产检验过程中， 会把负偏差和正偏差 的 TD 进 行 分 类， A 级 精 度 的 TD 测 温 最 大 误 差 在0 35 ， B 级精度的 TD 测温最大误差在 0 8 。这 样对于要求 温差的设备或部件， 比 如 推 力 瓦， 采 用 A 级精度即可以满足要求， 而对一般设备或部件， 只需要 测量绝对温度， 且采用 B 级精度可以满足要求。

7、根据实际使用情况， 建议在标准修订时， 将铂热电 阻分为 A 、 A + 级和 B 、 B + 级。A 级测温允许误差为 ( 0 15 + 0 002 | t | ) ， A + 级测温允许误差为+ ( 0 15 + 0 002 | t | ) ， B 级测温允许误差为 ( 0 3 + 0 005 | t | ) ， B + 级测温允许误差为 +( 0 3 + 0 005 | t | ) 。温度 ( 或温升) 允许值项目油、 气、 水环境空气冷却水 透平油 定子绕组 定子铁心 推力瓦或导瓦40 28 60 70 70 80水轮发电机组2水轮发电机组用 TD 技术要求2 1基本技术要求 根据 I

8、EC60751Industrial platinum resistance ther-mometers and platinum temperature sensors 、GB / T10500 1 2005电机用埋置式热电阻第 1 部 分: 一 般规定、 测量方法和检验规则 、JB / T 8622 1997工 业铂电阻技术条件及分度表 和 JJG229 1998工 业 铂、 铜热电 阻 等 标 准 的 要 求， 目前水轮发电机组对 TD 一般要求是选用双元件铂金属型， 在 0 时， 电阻 为 100 0 1。TD 的 测 温 范 围 为 0 150 。对 TD 的试验检查项目见表 2。表

9、2 TD 试验检查项目TD 安装技术要求在测温元件 TD 选型和精度要求方面一直是行 业内关注的重点， 但在水轮发电机组实际使用中出现 了不少问题， 其原因分析结果表明， 主要问题正是出在 TD 的安装 和 防 护 方 面。基于对国内大型电站 出 现 问题的分析， 可对安装技术要求作出以下归纳和总结。2 32 3 1埋置式 TD 测温电阻试验检查项目标准要求值定子测温电阻是预埋在发电机定子铁心和上、 下层线棒层间， 受损后更换十分困难， 因此对定子测温元 件安装位置和安装工艺作出以下要求。( 1) 进行有效屏蔽和防护。由 于 TD 及 引 线 处 在强电磁场中， 需要防止强电场和强磁场对测温回

10、路 产生较大干扰， 以免造成测量不准确。绝缘电阻( 室温)绝缘电阻( 上限温度) 交流耐电压试验元件 外壳元件 外壳 元件 外壳 元件 元件 元件本体 引线100M 10MAC 1000V，1min AC 1000V，1min AC 1500V，1min AC 1500V，1min 10s 0 13K 0 122MPa，1min10N，15s交流击穿试验热响应时间自热影响 热循环影响 耐压力 引线耐拉力( 2) 规范安装工艺。由于 TD 及引线更换复杂，因此在安装过程中必须规范安装工艺， 以保证接入的准确性。2 3 2插入式 TD 测温电阻2 2精度要求 水轮发电机组运行温度测量一般是指设备的

11、绝对插入式 TD 测温电阻一般用于油、 气、 水等方 面的测量，TD 本身或引线容易受到油、 气、 水等介质的 干扰。其要求如下。温度， 设备运行的温度设定在一定温度值以内， 一般对TD 的精度要求控 制 在 1 以 内， 对有些特殊设备或 部件不仅要求绝对温度， 而且还要求不同设备或部件 间的相对温差， 这就对测温 TD 的精度提出了更高的要求。比如， 推力瓦间的温差要求小于 2 5 ， 但是为 了消除测量误差， 对其精度一般控制在 0 5 以内。根据 IEC60751 标准规定， 铂热电阻分为 A 级和 B级， A 级测温允许 误 差 为 ( 0 15 + 0 002 | t | ) ，B

12、( 1)规范走线， 特别是在油、 气、 水中的布线， 应就近实施多点固定， 尽量顺着油、 气和水流冲击的方向布 线以减少油流对探头根部导线的冲击。将 TD 引 线 集结成一束， 每隔一段距离用线卡将线束固定在支架 上或其他支撑上。采用由耐油橡胶包裹着的线卡， 防 止导线外皮磨破， 避免导线在油槽内发生机械损坏。( 2)TD 引线尽可能不断线， 因为 TD 引线焊接级测温允许误 差 为 ( 0 3| ) 。温 度 在或转接过多， 容易断线或松动， 引起温度值的跳变。+ 0 005 | t第 12 期 邹祖冰: 发电机组用测温 TD 技术条件及故障对策探讨 103的品牌产品， 或者在选用前做好充分

13、的试验比选工作。( 2) 对于 TD 引线的故障问题， 建设选用专用的 屏蔽电缆， 它必须能耐油和耐腐蚀， 而且耐热性能好， 能在水电厂发电机轴承、 风洞、 定子中长期工作， 能够 抵御强电场和强磁场的干扰， 同时也能长距离传输微 弱电压、 电流、 电阻信号。TD 故障分析及应对措施 2 4故障类型TD 故障不仅是指致命性破坏或完全丧失功能，33 1还包括 性 能 降 低 ( 如性能参数漂 移、 材 料 退 化 变 质等) 。无论是何种故障， 都有一个共同特点， 即来自环 境、 工作条件等的能量积蓄一旦超过某个界限， 元器件 就开始退化或被破坏。根据目前出现的故障， 可将其 分为以下 4 类。

14、( 1) 铂材料出现故障。TD 不 管 采 用 铂 质 薄 膜 还是铂丝材料， 由于铂材料在热的作用下， 会出现不一 样的热膨胀， 在振动、 高温工况下会形成显微裂纹; 这 会使 TD 的机械强度下降， 同时使引出电极的附着力 下降以至脱落， 导致阻值发生变化， 测量不准。( 3) 对于焊接部位出现的故障， 建议在 TD 后端加装弹簧保护装置或者直接将测温元件根部用铠装丝延伸出来， 防止各种原因引起的脱焊和开路或断线等 故障。( 4)对于在工作环境下出现的故障， 建议采用合理的固定方式， 防止在振动、 介质流动冲击的情况下出 现测量方面的问题。4结 语对水轮发电机 组 用 测 温 TD 的技术

15、要求及出现 ( 2)引出线 出 现 故 障。在 TD 本体与引线交界 过渡处， 最易引起折断， 因为该处应力比较集中且又易扭曲， 因此极易引起折断开路。由于其断裂的位置比 较特殊， 形成似断非断的情况， 因此在振动情况下， 就 会出现断裂处间隙突然变大而阻值突然升高的现象， 而在振动有所下降或缓解时， 由于断裂处间隙变小又 恢复到正常的状况。的故障展开了分析， 分析结果表明， 在目前的技术条件下， 通过实行一定的分类和安装规范， 测 温 用 TD 可 以满足水电站设备测温的要求; 在对出现的测温故障 进行分析和归类的基础上， 有针对性地提出了相应的 预 防建议和处理措施， 这些建议及措施有助 于 促 进 TD 技术不断发展。参考文献:( 3)焊接部位出现故障。铂电阻引出电极与外引出导线的焊接点在工作温度的反复升降过程中引起结露， 或焊接完成后由于没有清除焊剂喷涂防腐剂而出 现脱落开路或腐蚀的情况。1张琳娜， 刘武发 传感器检 测 技 术 及 应 用M 北京: 中 国 计 量 出版社，1999李汶青， 滕云洁 冲击式 水 力 发 电 机 组 导 轴 承测 温 电 阻 故 障 分 析及改造J ， 水电厂自动化，2011，32，( 4) : 52 53