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測溫熱電阻在火電廠水電站使用故障分析及解決方法

測溫熱電阻在火電廠水電站使用故障分析及解決方法

      測溫熱電阻是水電廠重要的傳感器，水電廠測溫電阻運行情況直接影響發電機組是否能夠運行。在水電行業中，測溫電阻性能不穩定、性差是普遍的問題，由于性能不穩定導致溫度信號誤報一直困擾著電廠的運行人員和檢修人員，嚴重時可造成機組事故停機的，這對于機組及電網的都會造成不可估量的影響。因此，分析測溫電阻故障原因，測溫電阻的長期穩定性和性是緊迫的一項工作。 
我集團服務于眾多電廠的過程中，經常在現場碰到了形形**的問題，起初我們以為是中小型水電廠存在這些問題，后來發現在三峽、廣蓄、小浪底等大機組中也存在這些問題，所以這些問題在全行業中帶有某些共性。在這里我們把這些問題羅列出來加以分析，并試圖解決這些問題。 

一、水電廠的性： 
     對于測溫電阻來說，水電廠的運行環境是的，這有別于其他的工業，如果把工業上的測溫電阻拿到水電廠使用是肯定要出問題的。這些性表現為： 

    1、運行時間長、不易維護。瓦溫測溫電阻安裝在空間狹小不宜維護更換傳感器的地方，一般在大修時才有機會維護測溫電阻。而現在由于進步，大修周期越來越長，這就要求測溫電阻長期穩定運行。 

    2、重要程度高。 推力軸承是發電機組的關鍵裝置之一，其中的測溫電阻又是監測推力瓦運行狀態的的手段。而且推力瓦溫測溫電阻，一般要求接保護，重要性不言而喻。而一般的工業沒有這么高的重要性。 

    3、運行環境惡劣。還是以推力瓦測溫電阻為例，傳感器及其導線長期浸泡在溫度較高的透平油里，并時刻承受油流的沖擊和機組的振動。在這樣的環境中很少有傳感器及導線能經受長達5年的考驗。 

    4、電磁干擾的強度相當大。一般水電廠發電機的功率都大，發電機產生的強電場是漏磁產生的強磁場對上導瓦和推力瓦測溫電阻干擾大。這對傳感器及其導線的抗干擾能力的要求很高。

 
二、普遍存在的問題 ：

      正是由于水電廠測溫電阻使用環境的性，使得水電廠測溫電阻普遍存在如下的問題。 

    1、長期穩定性差、性低。其實水電廠對測溫電阻的精度要求并不高，但對于傳感器的長期穩定性和性要求高。許多的電廠由于采用了長期穩定性差的測溫電阻，在機組運行了幾年后，就會出現大量的誤報、跳變和沒有讀數等問題，使工程人員很難判斷到底是機組本身的問題還是測溫電阻的問題，如果推力瓦測溫電阻出現上述問題，就會造成跳機，釀成重大事故。 

    2、電纜折斷或外皮開裂。電纜在根部折斷現象在每個電廠都有，電纜長期浸泡在流動透平油中，如果不做的處理，時間長了導線就會在傳感器根部斷開。根部斷線的故障占了測溫電阻故障的一半左右，應該引起重視。另外，電纜外皮在高溫及腐蝕性的透平油環境中也會開裂。 

    3、傳感器及導線沒有屏蔽，或有屏蔽但沒有接好。許多電廠都沒有對測溫電阻實施的屏蔽，使發電機的強電場和強磁場對測溫電阻干擾并把干擾信號導入測溫回路中，造成測溫不準。我們見到過，推力瓦測溫電阻感應漏磁信號達到110V。這使得測量值無意義，還會導致回路中的其他器件損壞。測溫電阻和整個測溫回路，導線多且長，接線環節多，屏蔽要求在整個環節中都要有的屏蔽，只要有一個環節出現問題，屏蔽就會無效。 

    4、傳感器安裝不規范。一般在安裝瓦溫電阻時要求傳感器與瓦體剛性連接，好是螺紋連接，瓦內的導線也要固定，是根部導線要與傳感器固定在同一個剛體上。但我們見到有些電廠在安裝軸瓦測溫電阻時只是簡單的放置在瓦孔內，還有些是用環氧樹脂灌封在孔里。這些都是不規范的安裝方式，這樣的安裝方式都不能地保護導線根部。 

    5、線制和接線問題。線制就是測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線的電阻對測量結果的影響。其中4線制和3線制可以把導線電阻對測量結果的影響降到低，而2線制則可以。以20米電纜為例，導線的電阻為3歐姆，換算成溫度值是6℃， 這個誤差是大的。三線制接線方式，同樣是20米的導線，只有0.1歐姆被加到了系統里，產生0.2℃的誤差，這個誤差是可以接受的，這說明導線電阻不會影響到測量結果。如果用四線制測量，則導線電阻的影響可不計。我們看到很多電廠采用2線制測溫電阻，或把3線制接成2線制的，或者在中間某個環節接成2線制。無論如何這都會產生很大的誤差。可能有人會在后端溫度模塊上對此進行補償，但面對不同類型不同長度的導線進行補償就不是一種好方法了。 

    6、傳感器尾部結構問題。傳感器尾部結構有全密封的和帶連接器的區別，現在起碼有一半的電廠在使用尾部連接器的結構，這種結構的是方便拆卸，一旦傳感器有問題可以在不用動導線的情況下把傳感器換下來。但這樣的結構只適合安裝在油水冷卻器或空冷器的地方，對于軸瓦的溫度監測就不合適了。例如在推力軸承內傳感器是浸泡在透平油里，而且透平油在不停地流動著，加上軸瓦的振動，尾部連接器容易漏油或觸點脫開，從而降低了傳感器的長期穩定性。實際上如果傳感器本身長期穩定性高，應該是很少維護或根本不需要維護。 

    7、Pt100和Cu50的問題。這是測溫電阻分度值的問題，Pt100和Cu50是目前電廠常用的測溫電阻，基本上99%的水電廠都在使用。Pt100是用鉑金材料作為元件，Cu50是用銅做元件。Cu50與Pt100的比較有幾個缺點：**銅比鉑的阻值小，需要很長的銅絲繞制成元件，鉑則相對短一些，一般的越長越細的材料性越低。**，鉑電阻是主流的測溫電阻，大的制造商、是廠家都以光刻濺射工藝生產Pt100芯片，成熟。沒有廠家生產Cu芯片，這樣如果要用Cu50產品只有自己繞制線圈來做元件，性大大降低。這也就是有些電廠使用的Cu50測溫電阻經常壞的原因。 

    8、好的傳感器。在三峽和小浪底等電廠，由于是VOITH 和ALSTON的機組，所以傳感器都是或的傳感器。傳感器本身好，但由于不是為特定的使用環境制作的傳感器，結果也經常出現一些問題。如：傳感器結構的問題、導線在根部斷開的問題。不同的電廠有不同的特點，對測溫電阻的要求也是不同的，到現在為止，我們還沒有發現測溫電阻一樣的水電廠。對于特定的電廠而言，測溫電阻沒有針對性的進行設計，再好的傳感器也仍然會出問題。 

三、解決辦法 ；

     一切努力都是為測溫電阻的長期穩定性和性。這要求在測溫電阻的制造和安裝各個環節上下功夫。 

    1、 采用高的Pt100芯片。前面提到了鉑電阻要其他材料的測溫電阻，而鉑電阻芯片的也是千差萬別的。應該采用濺射光刻工藝制作的Pt100芯片，精度要求達到A級。這類芯片的漂移很小，長期穩定性高，而且抗沖擊和振動。芯片引腳采用鉑鎳合金。因為芯片引腳終要和導線或鎧裝絲的芯線焊接，焊接容易導致金屬材料發脆而斷開，所以這也是個薄弱環節。芯片引腳采用鉑鎳合金可以焊接后引線的機械性能，避免導線在傳感器內斷開。 

    2、 采用的導線。導線長期浸泡在油里出現變硬變脆是由于導線外層絕緣層材料選擇不合理造成的，例如導線的外皮材料是PVC材料，其耐油、耐溫性能比較差。在溫度較高場合，它的耐油性能會大大的降低，使用會縮短很多。在較高溫度的油中長時間浸泡后，導線會出現變硬、變脆的現象。我們選用耐油、耐溫的導線材料。我們選用的是聚全氟乙丙烯（TEF）簡稱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。它具有優良的耐油、耐腐蝕和耐熱性能，可在-250～250℃溫度內長期使用。除在高溫高壓 下氟元素和熔融狀態的堿金屬對它有腐蝕作用，其它諸如強酸（包括濃硝酸和王水）、強堿、強氧化劑、油脂、酮、醚、醇等即使在高溫下 也對它不起作用。另外它的耐開裂性能也突出，可以解決導線長時間泡在油中出現開裂的問題。 

    3、 在導線與測溫電阻的結合部位加保護裝置。主要解決導線根部斷線的問題。根據現場的情況，選擇不同的保護形式，如錐形彈簧保護管、波紋管和鎧裝絲延伸保護等。這里要強調鎧裝絲延伸保護方式，將傳感器內部的鎧裝絲一直延伸出來，這樣導線受到油流沖擊的部分是鎧裝絲，實際上鎧裝絲是可以任意彎折的不銹鋼導線，抗腐蝕、沖擊和振動的性能好，這樣可解決導線受油腐蝕和沖擊的問題。使用更久，性能更。 

    4、 測溫電阻及其導線的一體化網狀屏蔽。理論上說磁場比電場更難屏蔽，對于強磁場的干擾來說，網狀屏蔽是的方案。由于推力和上導軸承接近發電機，所以推力和上導瓦的測溫電阻的網狀屏蔽重要。測溫系統的導線多且長，中間環節又多，在布線時要仔細，在每個環節上都要求把導線的屏蔽線地接到公共接地端。 

    5、 三線制以上的接線方式。我們用三線制的接線方式，傳感器本身要做成三線制的，測溫系統中各個環節都要用三線制的方式來接線，這樣才能的測量精度。這里強調，**不要采用二線制的接線方式。 

    6、 封裝工藝和結構。全鎧裝封裝工藝，采用化廠生產的鎧裝絲，這種鎧裝絲經過高純度氧化鎂填充、高溫干燥、拉絲、滾軋和退火的工序制作完成，其特點是、響應速度快、機械強度高和絕緣性好。用于瓦溫和瓦內油溫的測溫電阻**不要采用尾部連接器的結構。 

    7、 定做測溫熱電阻。對于特定的電廠，測溫電阻都要有針對性地進行設計和制造。

    8.  目前生產耐油（油槽）電纜廠家很多,能夠做到耐油耐溫引線三芯阻值的廠商很少.三線制20-30米的導線，每一根導體線阻只有0.01歐姆，三根引線阻值同為0.01歐姆。這樣連接Pt100熱電阻方能達A級標準.



四、針對問題解決的產品：
     熱電阻,鍍銀屏蔽引接線電纜規格.型號:

耐油耐溫電纜（油槽）KHFRP21型配Pt100熱電阻三芯，四芯，六芯屏蔽鍍銀線,P100 熱電阻延長線, 補償線.

   熱電阻分度號為:CU50.CU100. G53. Pt100. Pt500. Pt1000線芯數目:2芯,3芯,4芯,6芯,8芯  

線芯規格有37/0.15|37/0.20|319/0.15|319/0.16|319/0.18|67/0.15|67/0.20|619/0.15|619/0.16|619/0.18|

   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:白色透明耐油耐溫四氟,藍色耐油耐溫四氟,紅色耐油耐溫四氟,或其它顏色.

   絕緣材料: 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

生產的熱電阻安裝方便，可拆卸式.
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