水电站测温电阻常见故障原因分析

摘要:水电站设备的测温电阻如果发生故障,将产生无法监测设备运行温度或测量温度值跳变、误报等问题，对水电站的正常运行造成困扰,并增加维护工作量。在介绍水电站常见测溫原理及测温电阻特殊性的基础上,从测温电阻本身及测温电阻安装两个方面分析归纳了常见的故障,并针对故障原因提出了相应的解决方法,参照瀑布沟、深溪沟水电站的成功经验,确定了大岗山温控电阻的安装工艺,以期提高大岗山水电站机组的安全稳定运行水平。
　　水电站设备运行过程中,当温度或温升超过允许极限值，设备的故障率会大大提高，如果不及时采取有效措施,还可能给设备带来灾难性后果。目前,主要采用在水电站设备重要部位安装测温电阻的方式对设备运行温度进行监视,对于无法安装测温电阻的地方大都采用红外测温方式进行定期监视。水电站安装测温电阻的部位通常有发电机定子绕组、水轮发电机组各部轴承、发电机空气冷却器、变压器本体等。
　　调查发现,水电站中普遍存在由于测温电阻故障造成无法监测测点温度、温度跳变、误报等问题，给水电站的正常运行造成了较大困扰,也增加了维护工作量。有些故障还引起设备温度保护误动,造成发电机组非计划性停运,有时温度过高导致发电机定子绕组和机组轴承烧毁的严重事故。因此，分析测温电阻故障原因,消除设备隐患，提高测温电阻的长期稳定性和可靠性成为一项非常紧迫的工作。
1常见测温原理简介
　　在工业应用中,温度测量有热电偶和热电阻两种方式。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,目前应用最广泛的金属热电阻材料是铂和铜,常用的型号有Pt100和Cu50两种。根据水电站设备运行特征和制造工艺，国内绝大多数水电站测温元件均采用Pt100芯片。
　　水电站测温电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一定的距离,通常电阻信号由引线传递到计算机控制装置或其它仪表上。一般的信号连接方式有二线制、三线制、四线制。通常水电站发电机和变压器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,对温度测量精度有高要求,所以水电站一般都采用三线制和四线制,使电缆电阻不平衡对测量结果的影响降到最小如:瀑布沟、深溪沟、漫湾电站采用三线制,龚嘴、铜街子电站采用四线制。
2测温电阻的特殊性
(1)运行时间长,不易维护。水电站测温电阻投人运行后,不受发电机组运行状态的影响而不间断地长时间运行。在电机制造过程中,定子测温电阻预先安置在定子线圈和定子铁芯之间，用来测量该处的平均温度。定子测温电阻发生故障后只能等检修时拆除线棒后再进行更换。同样，机组各部轴承测温电阻故障发生后也只有等机组检修时打开油槽才能处理。在处理测温电阻故障之前，故障点测温元件将无法发挥作用,这样就造成运行人员长期无法监视该点温度,成为设备运行隐患,不利于机组安全运行。
(2)重要性。定子温度高会导致绝缘材料性能下降,甚至击穿绝缘材料,使发电机产生灾难性后果。过高的温度还可能损坏发电机组轴承,造成严重的经济损失。因此,必须实时监视设备运行温度,在设备温度升高到危险温度之前采取相应的措施,避免事故发生。
(3)运行环境差。安装在轴承油槽里的测温电阻长期浸泡在透平油里，并时刻承受油流的冲击和机组的振动。此外，水电站的电磁干扰源多,且干扰强度大,特别是发电机漏磁产生的强磁场对定子推力瓦和上导瓦测温电阻的干扰大。
3测温电阻故障分析
3.1测温电阻自身问题
(1)长期稳定性差,可靠性低。测温元件本身质量差,运行一段时间就出现误报、跳变或没有读数等问题。水电站的定子绕组温度和各轴承温度都会用来进行温度保护逻辑判断,为了避免温度保护误动作,在更换这些测点的测温电阻前,电站人员就不得不屏蔽掉这些测点的温度测量通道,造成这些测点温度长期无法监测显示,严重影响运行人员对设备运行状态的判断。
(2)导线根部断线。导线根部是刚性测温电阻和柔性导线连接的部位,应力容易集中。如果导线根部无保护或保护不可靠,机组运转时,流动的油膜不断作用在导线根部,很容易造成导线材料的疲劳,从而出现断线情况。
(3)导线开裂。有的水电站的测温电阻引出导线耐油、耐温性能比较差,长期浸泡在较高温度的透平油中会出现变硬、变脆现象,严重时导线里边的芯线还会出现裂纹,导线芯线裸露在外,可能会造成温度测量回路短路,导致温度测量不正确。
(4)连接不可靠。有的测温电阻采用航空插头结构,插针接触面小，机组运行时,由于振动容易引起接触不良,造成温度跳变。
(5)固定方式设计不合理。在调查中发现,有的水电厂采用的测温电阻探头根部为固定螺纹结构，固定探头时，后端导线随着转动,容易被拧断。
3.2测温电阻安装问题
(1)油槽中布线不规范。导线固定、绑扎采用硬塑料扎带,容易伤及导线外皮。有的采用薄铁皮固定导线束,尖锐的薄铁皮边缘很容易伤及导线留下隐患。有的油槽中布线不牢靠，机组运行时油流、涌浪容易造成接头处测温线断线。
(2)导线转接问题。测温电阻出线较短，造成在油槽中转接点较多,每个转接点都要焊接,而油槽空间狭小,焊接操作不方便,多一个焊接点就多一次发生隐患的概率。例如:深溪沟水电站油槽内测温电阻导线采用螺杆转接，每根导线通过螺母固定在环氧板上,多一次转接就又多了一道工序,转接环氧板接线端子容易松动和氧化,造成接触不良,引起温度值跳变。
(3)测温电阻及导线没有有效屏蔽。有的电厂“对测温电阻没有实施有效屏蔽,使发电机的强电场和强磁场对测温回路产生较大干扰,造成测量不正确。
4解决方法
4.1采用稳定可靠的测温元件
　　采用光刻溅射工艺制作的薄膜铂电阻元件,是将铂粉喷在陶瓷骨架上,用激光刻回路,同时元件和引线之间采用激光焊接,这种焊接抗震性能优越，可保证测温元件的长期稳定性。
4.2采用结构先进的测温电阻
　　多个电站的运行经验表明,航空插头结构不适合水电厂运行工况。而采用一体化结构测温电阻,延长导线，中间没有联接器和转接点，导线一直延伸到端子箱,可大大碱少由于接触不良造成的故障。现场确实需要转接的导线,应选用国际先进、质量可靠、防护等级较高、接插性能优异的接插联接器。采用活动.固定卡套螺纹及可动螺纹安装结构，以便于现场安装固定。
4.3采用专用屏蔽电缆
　　专用屏藏电缆必须耐油、耐腐蚀和耐热性能好,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,能够长距离传输微弱电压、电流、电阻信号。
4.4在测温元件根部采取保护措施
　　在测温元件后端加装弹簧保护裴置或者直接将测温元件根部用铠装丝延伸出来,防止油流冲击、振动、弯折造成导线根部断线。
4.5优化油槽出线装置
　　设计专门的油槽出线装置,解决导线出油槽漏油、安装不便等问题。导线无需一根根焊接或通过螺杆转接,可从密封夹套中直接穿出,并具有较高防护等级。
4.6规范安装布线作业
(1)推力、上导、下导、水导轴承油槽内,由于油体旋转速度很快,对测温电阻探头和导线的连接部位冲击力很大,现场安装时要特别注意,可就近多点固定，尽量顺着油流冲击的方向布线以减少油流对探头根部导线的冲击。
(2)测温电阻导线在油槽内走线,每隔30cm用白布带绑扎,然后用的AB胶,将A胶和B胶按1:1的比例混合后,用无水乙醇稀释,或选用浸泡好的虫胶漆,涂刷在白布带绑扎处，使其固化、引线集结成束,减少油流冲击的影响。
(3)沿油槽底部将测温电阻引线集结成一束,每隔50cm用线卡将线束固定在油槽壁或支架上。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。可以根据线束的大小选择不同规格的线卡。线卡较大时，可以先用白布带将线東缠绕后,再用线卡固定。
(4)敷设线束时,不能电源线、控制线与信号线扎在一起平行敷设,更不能穿在一根管内。在干扰较大地方,最好用有屏蔽层专用导线,并将屏蔽层端接地。
5结语
　　水电站6台机组4部轴承全部测温电阻已按上述方法改造完成,取得了良好的效果,深溪沟、漫湾水电站也将按上述方法开展测温电阻改造工作。水电站建设将借鉴上述电厂的成功经验进行测温电阻选型和安装工作。也希望上述方法能够给其他水电站测温电阻改造和新建水电站测温电阻选型、安装提供一些借鉴经验。