火電廠水電站測(cè)溫?zé)犭娮韫收霞敖鉀Q方法
火電廠水電站測(cè)溫?zé)犭娮韫收霞敖鉀Q方法
測(cè)溫?zé)犭娮枋撬姀S最重要的傳感器，水電廠測(cè)溫電阻運(yùn)行情況直接影響發(fā)電機(jī)組是否能夠安全運(yùn)行。在水電行業(yè)中，測(cè)溫電阻性能不穩(wěn)定、可靠性差是非常普遍的問(wèn)題，由于性能不穩(wěn)定導(dǎo)致溫度信號(hào)誤報(bào)一直困擾著電廠的運(yùn)行人員和檢修人員，嚴(yán)重時(shí)可造成機(jī)組事故停機(jī)的，這對(duì)于機(jī)組壽命及電網(wǎng)的安全都會(huì)造成不可估量的影響。因此，分析測(cè)溫電阻故障原因，提高測(cè)溫電阻的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性是非常緊迫的一項(xiàng)工作。
在我們服務(wù)于眾多電廠的過(guò)程中，經(jīng)常在現(xiàn)場(chǎng)碰到了形形色色的問(wèn)題，起初我們以為是中小型水電廠存在這些問(wèn)題，后來(lái)發(fā)現(xiàn)在三峽、廣蓄、小浪底等國(guó)外大機(jī)組中也存在這些問(wèn)題，所以這些問(wèn)題在全行業(yè)中帶有某些共性。在這里我們把這些問(wèn)題羅列出來(lái)加以分析，并試圖解決這些問(wèn)題。
水電廠的特殊性
對(duì)于測(cè)溫電阻來(lái)說(shuō)，水電廠的運(yùn)行環(huán)境是非常特殊的，這有別于其他的工業(yè)領(lǐng)域，如果把工業(yè)上通用的測(cè)溫電阻拿到水電廠使用是肯定要出問(wèn)題的。這些特殊性表現(xiàn)為：
1、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、不易維護(hù)。瓦溫測(cè)溫電阻安裝在空間狹小不宜維護(hù)更換傳感器的地方，一般在大修時(shí)才有機(jī)會(huì)維護(hù)測(cè)溫電阻。而現(xiàn)在由于技術(shù)進(jìn)步，大修周期越來(lái)越長(zhǎng)，這就要求測(cè)溫電阻長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
2、重要程度高。 推力軸承是發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵裝置之一，其中的測(cè)溫電阻又是監(jiān)測(cè)推力瓦運(yùn)行狀態(tài)的的唯一手段。而且推力瓦溫測(cè)溫電阻，一般要求接保護(hù)，重要性不言而喻。而一般的工業(yè)領(lǐng)域沒(méi)有這么高的重要性。
3、運(yùn)行環(huán)境惡劣。還是以推力瓦測(cè)溫電阻為例，傳感器及其導(dǎo)線長(zhǎng)期浸泡在溫度較高的透平油里，并時(shí)刻承受油流的沖擊和機(jī)組的振動(dòng)。在這樣的環(huán)境中很少有傳感器及導(dǎo)線能經(jīng)受長(zhǎng)達(dá)5年的考驗(yàn)。
4、電磁干擾的強(qiáng)度相當(dāng)大。一般水電廠發(fā)電機(jī)的功率都非常大，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)特別是漏磁產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)上導(dǎo)瓦和推力瓦測(cè)溫電阻干擾非常大。這對(duì)傳感器及其導(dǎo)線的抗干擾能力的要求很高。
普遍存在的問(wèn)題
正是由于水電廠測(cè)溫電阻使用環(huán)境的特殊性，使得水電廠測(cè)溫電阻普遍存在如下的問(wèn)題。
1、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差、可靠性低。其實(shí)水電廠對(duì)測(cè)溫電阻的精度要求并不高，但對(duì)于傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性要求非常高。許多的電廠由于采用了長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的測(cè)溫電阻，在機(jī)組運(yùn)行了幾年后，就會(huì)出現(xiàn)大量的誤報(bào)、跳變和沒(méi)有讀數(shù)等問(wèn)題，使工程人員很難判斷到底是機(jī)組本身的問(wèn)題還是測(cè)溫電阻的問(wèn)題，如果推力瓦測(cè)溫電阻出現(xiàn)上述問(wèn)題，就會(huì)造成跳機(jī)，釀成重大事故。
2、電纜折斷或外皮開(kāi)裂。電纜在根部折斷現(xiàn)象幾乎在每個(gè)電廠都有，電纜長(zhǎng)期浸泡在流動(dòng)透平油中，如果不做特殊的處理，時(shí)間長(zhǎng)了導(dǎo)線就會(huì)在傳感器根部斷開(kāi)。根部斷線的故障占了測(cè)溫電阻故障的一半左右，應(yīng)該引起重視。另外，電纜外皮在高溫及腐蝕性的透平油環(huán)境中也會(huì)開(kāi)裂。
3、傳感器及導(dǎo)線沒(méi)有屏蔽，或有屏蔽但沒(méi)有接好。許多電廠都沒(méi)有對(duì)測(cè)溫電阻實(shí)施有效的屏蔽，使發(fā)電機(jī)的強(qiáng)電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)測(cè)溫電阻干擾并把干擾信號(hào)導(dǎo)入測(cè)溫回路中，造成測(cè)溫不準(zhǔn)。我們見(jiàn)到過(guò)，推力瓦測(cè)溫電阻感應(yīng)漏磁信號(hào)達(dá)到110V。這使得測(cè)量值無(wú)任何意義，還會(huì)導(dǎo)致回路中的其他器件損壞。測(cè)溫電阻和整個(gè)測(cè)溫回路，導(dǎo)線多且長(zhǎng)，接線環(huán)節(jié)多，屏蔽要求在整個(gè)環(huán)節(jié)中都要有可靠的屏蔽，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，屏蔽就會(huì)無(wú)效。
4、傳感器安裝不規(guī)范。一般在安裝瓦溫電阻時(shí)要求傳感器與瓦體剛性連接，最好是螺紋連接，瓦內(nèi)的導(dǎo)線也要可靠固定，特別是根部導(dǎo)線要與傳感器固定在同一個(gè)剛體上。但我們見(jiàn)到有些電廠在安裝軸瓦測(cè)溫電阻時(shí)只是簡(jiǎn)單的放置在瓦孔內(nèi)，還有些是用環(huán)氧樹(shù)脂灌封在孔里。這些都是不規(guī)范的安裝方式，這樣的安裝方式都不能有效地保護(hù)導(dǎo)線根部。
5、線制和接線問(wèn)題。線制就是測(cè)溫電阻的引出線方式，如：4線制、3線制和2線制，線制決定了傳感器導(dǎo)線的電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。其中4線制和3線制可以把導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最低，而2線制則可以。以20米電纜為例，導(dǎo)線的電阻為3歐姆，換算成溫度值是6℃， 這個(gè)誤差是非常大的。三線制接線方式，同樣是20米的導(dǎo)線，只有0.1歐姆被加到了系統(tǒng)里，產(chǎn)生0.2℃的誤差，這個(gè)誤差是可以接受的，這說(shuō)明導(dǎo)線電阻幾乎不會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果。如果用四線制測(cè)量，則導(dǎo)線電阻的影響可完全不計(jì)。我們看到很多電廠采用2線制測(cè)溫電阻，或把3線制接成2線制的，或者在中間某個(gè)環(huán)節(jié)接成2線制。無(wú)論如何這都會(huì)產(chǎn)生很大的誤差?？赡苡腥藭?huì)在后端溫度模塊上對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，但面對(duì)不同類(lèi)型不同長(zhǎng)度的導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)償就不是一種好方法了。
6、傳感器尾部結(jié)構(gòu)問(wèn)題。傳感器尾部結(jié)構(gòu)有全密封的和帶連接器的區(qū)別，現(xiàn)在起碼有一半的電廠在使用尾部連接器的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是方便拆卸，一旦傳感器有問(wèn)題可以在不用動(dòng)導(dǎo)線的情況下把傳感器換下來(lái)。但這樣的結(jié)構(gòu)只適合安裝在油水冷卻器或空冷器的地方，對(duì)于軸瓦的溫度監(jiān)測(cè)就不合適了。例如在推力軸承內(nèi)傳感器是完全浸泡在透平油里，而且透平油在不停地流動(dòng)著，加上軸瓦的振動(dòng)，尾部連接器非常容易漏油或觸點(diǎn)脫開(kāi)，從而降低了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。實(shí)際上如果傳感器本身長(zhǎng)期穩(wěn)定性高，應(yīng)該是很少維護(hù)或根本不需要維護(hù)。
7、Pt100和Cu50的問(wèn)題。這是測(cè)溫電阻分度值的問(wèn)題，Pt100和Cu50是目前電廠最常用的測(cè)溫電阻，基本上99%的水電廠都在使用。Pt100是用鉑金材料作為敏感元件，Cu50是用銅做敏感元件。Cu50與Pt100的比較有幾個(gè)缺點(diǎn)：首先銅比鉑的阻值小，需要很長(zhǎng)的銅絲繞制成敏感元件，鉑則相對(duì)短一些，一般的越長(zhǎng)越細(xì)的材料可靠性越低。第二，鉑電阻是主流的測(cè)溫電阻，大的制造商、特別是德國(guó)廠家都以光刻濺射工藝生產(chǎn)Pt100芯片，非常成熟可靠。幾乎沒(méi)有廠家生產(chǎn)Cu芯片，這樣如果要用Cu50產(chǎn)品只有自己繞制線圈來(lái)做敏感元件，可靠性大大降低。這也就是有些電廠使用的Cu50測(cè)溫電阻經(jīng)常壞的原因。
8、非常好的傳感器。在三峽和小浪底等電廠，由于是VOITH 和ALSTON的機(jī)組，所以傳感器都是瑞士或德國(guó)的傳感器。傳感器本身非常好，但由于不是為特定的使用環(huán)境制作的傳感器，結(jié)果也經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題。如：傳感器結(jié)構(gòu)的問(wèn)題、導(dǎo)線在根部斷開(kāi)的問(wèn)題。不同的電廠有不同的特點(diǎn)，對(duì)測(cè)溫電阻的要求也是不同的，到現(xiàn)在為止，我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)測(cè)溫電阻完全一樣的水電廠。對(duì)于特定的電廠而言，測(cè)溫電阻沒(méi)有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)，再好的傳感器也仍然會(huì)出問(wèn)題。
解決辦法
一切努力都是為提高測(cè)溫電阻的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。這要求在測(cè)溫電阻的制造和安裝各個(gè)環(huán)節(jié)上下功夫。
1、 采用高品質(zhì)的Pt100芯片。前面提到了鉑電阻要優(yōu)于其他材料的測(cè)溫電阻，而鉑電阻芯片的品質(zhì)也是千差萬(wàn)別的。應(yīng)該采用濺射光刻工藝制作的Pt100芯片，精度要求達(dá)到A級(jí)。這類(lèi)芯片的漂移很小，長(zhǎng)期穩(wěn)定性高，而且抗沖擊和振動(dòng)。芯片引腳采用鉑鎳合金。因?yàn)樾酒_最終要和導(dǎo)線或鎧裝絲的芯線焊接，焊接容易導(dǎo)致金屬材料發(fā)脆而斷開(kāi)，所以這也是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。芯片引腳采用鉑鎳合金可以保證焊接后引線的機(jī)械性能，避免導(dǎo)線在傳感器內(nèi)斷開(kāi)。
2、 采用特制的導(dǎo)線。導(dǎo)線長(zhǎng)期浸泡在油里出現(xiàn)變硬變脆是由于導(dǎo)線最外層絕緣層材料選擇不合理造成的，例如導(dǎo)線的外皮材料是PVC材料，其耐油、耐溫性能比較差。在溫度較高場(chǎng)合，它的耐油性能會(huì)大大的降低，使用壽命會(huì)縮短很多。在較高溫度的油中長(zhǎng)時(shí)間浸泡后，導(dǎo)線會(huì)出現(xiàn)變硬、變脆的現(xiàn)象。我們選用耐油、耐溫的導(dǎo)線材料。我們選用的是聚全氟乙丙烯（TEF）簡(jiǎn)稱F-4，是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，是聚四氟乙烯的改性材料。它具有優(yōu)良的耐油、耐腐蝕和耐熱性能，可在-250～250℃溫度內(nèi)長(zhǎng)期使用。除在高溫高壓 下氟元素和熔融狀態(tài)的堿金屬對(duì)它有腐蝕作用，其它諸如強(qiáng)酸（包括濃硝酸和王水）、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、油脂、酮、醚、醇等即使在高溫下 也對(duì)它不起作用。另外它的耐開(kāi)裂性能也非常突出，可以徹底解決導(dǎo)線長(zhǎng)時(shí)間泡在油中出現(xiàn)開(kāi)裂的問(wèn)題。
3、 在導(dǎo)線與測(cè)溫電阻的結(jié)合部位加保護(hù)裝置。
主要解決導(dǎo)線根部斷線的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，選擇不同的保護(hù)形式，如錐形彈簧保護(hù)管、波紋管和鎧裝絲延伸保護(hù)等。這里特別要強(qiáng)調(diào)鎧裝絲延伸保護(hù)方式，將傳感器內(nèi)部的鎧裝絲一直延伸出來(lái)，這樣導(dǎo)線受到油流沖擊的部分全部是鎧裝絲，實(shí)際上鎧裝絲是可以任意彎折的不銹鋼導(dǎo)線，抗腐蝕、沖擊和振動(dòng)的性能非常好，這樣可徹底解決導(dǎo)線受油腐蝕和沖擊的問(wèn)題。使用壽命更久，性能更可靠。
4、 測(cè)溫電阻及其導(dǎo)線的一體化網(wǎng)狀屏蔽。理論上說(shuō)磁場(chǎng)比電場(chǎng)更難屏蔽，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾來(lái)說(shuō)，網(wǎng)狀屏蔽是最有效的方案。由于推力和上導(dǎo)軸承最接近發(fā)電機(jī)，所以推力和上導(dǎo)瓦的測(cè)溫電阻的網(wǎng)狀屏蔽特別重要。測(cè)溫系統(tǒng)的導(dǎo)線多且長(zhǎng)，中間環(huán)節(jié)又多，在布線時(shí)要特別仔細(xì)，在每個(gè)環(huán)節(jié)上都要求把導(dǎo)線的屏蔽線可靠地接到公共接地端。
5、 三線制以上的接線方式。我們推薦用三線制的接線方式，傳感器本身要做成三線制的，測(cè)溫系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都要用三線制的方式來(lái)接線，這樣才能有效的保證測(cè)量精度。這里特別強(qiáng)調(diào)，一定不要采用二線制的接線方式。
6、 封裝工藝和結(jié)構(gòu)。全鎧裝封裝工藝，采用德國(guó)專業(yè)化廠生產(chǎn)的鎧裝絲，這種鎧裝絲經(jīng)過(guò)高純度氧化鎂填充、高溫干燥、拉絲、滾軋和退火的工序制作完成，其特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、機(jī)械強(qiáng)度高和絕緣性好。用于瓦溫和瓦內(nèi)油溫的測(cè)溫電阻一定不要采用尾部連接器的結(jié)構(gòu)。
7、 定做測(cè)溫?zé)犭娮?。?duì)于特定的電廠，測(cè)溫電阻都要有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。
8.目前生產(chǎn)耐油（油槽）電纜廠家很多,能夠做到耐油耐溫引線三芯阻值一致的廠商很少.三線制20-30米的導(dǎo)線，每一根導(dǎo)體線阻只有0.01歐姆，三根引線阻值必需同為0.01歐姆。這樣連接Pt100熱電阻方能達(dá)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn).
專供熱電阻,鍍銀屏蔽引接線電纜規(guī)格.型號(hào):
耐油耐溫電纜（油槽專用）KHFRP21型配Pt100熱電阻三芯，四芯，六芯屏蔽鍍銀線,P100 熱電阻專用延長(zhǎng)線, 補(bǔ)償線.
熱電阻分度號(hào)為:CU50.CU100. G53. Pt100. Pt500. Pt1000線芯數(shù)目:2芯,3芯,4芯,6芯,8芯
線芯規(guī)格有3*7/0.15|3*7/0.20|3*19/0.15|3*19/0.16|3*19/0.18|6*7/0.15|6*7/0.20|6*19/0.15|6*19/0.16|6*19/0.18|
芯線絕緣層顏色:兩紅一白或兩白一紅或其它要求
外徑絕緣層:白色透明進(jìn)口耐油耐溫四氟,藍(lán)色進(jìn)口耐油耐溫四氟,紅色進(jìn)口耐油耐溫四氟,或其它顏色.
絕緣材料: 進(jìn)口耐油四氟TEF（260℃）, TEF（200℃）,PVC材料（106℃）,硅橡膠軟線.
屏蔽層為:鍍銀層/銅絲層/鍍錫層
整體外徑:2.8mm-6.5mm
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