水电站轴承测温系统故障及解决方案

徐元刚

【摘要】 温度信号是水电站机组监测与保护的重要参数，在运行过程中，如果设备的温度超过了其可允许的极限值，将直接影响到设备的使用寿命及安全运行，测温系统是水电站安全运行的重要保证。本文分析了水电站轴承测温系统常见的故障：测温电阻及附件的稳定性差；电阻丝形变或短路；测温元件根部断线；测温元件引出油槽的方式不合理；导线转接连接不牢；油槽内布线方式不规范、无有效的强电强磁屏蔽等。从测温元件工艺要求、引出油槽接线方式、油槽内布线、减少电磁干扰等方面提出预防措施与解决方案。

【关键词】水电站；轴承测温电阻；常见故障；解决方案

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（c）-0000-00

测温系统是水电站安全运行的重要保证，设备在运行中如果温度超过了其极限值，将直接影响到设备的正常运行【1】。水轮机组轴承的测温主要包括机组推力轴承、导向（上下导）轴承以及水导轴承测温，轴承的测温一般采用Pt100或Cu50测温传感器。 Pt100是采用铂金材料作为感温元件，而Cu50则是采用铜做感温元件。铜比铂的电阻值要小些，在测温元件的制作中Cu50就需要很长的铜丝绕制成，而Pt100则相对短一些，这就导致它们测温电阻分度值不同。一般情况下越长越细的材料则可靠性就要低些，所以水电站目前主流的测温元件就采用Pt100的较多。而Pt100测温元件的制作结构、使用环境、施工安装的不规范，造成水电站轴瓦测温跳变，断线、短路以及强电磁干扰引起测量误差等，严重时导致瓦温过高，引起机组误停机。

下面针对Pt100测温传感器在水电站轴承温度测量中存在的一些问题，作一分析，并提出解决方案。

1 测温传感器的特殊性

1.1 温度数据是很重要的参数

温度监测对于整个机组的监控与保护非常重要，温度数据是很重要的非电气量参数。如轴承温度过高将导致组轴瓦的损坏，定子温度过高将使绝缘材料的性能下降，甚至被击穿【2】。

1.2运行环境差

与其他工业系统的测温系统不同，水电站的测温系统的运行环境较为恶劣，如轴承测温电阻长期浸泡在油槽中，不仅要承受油槽高温，同时要承受长期重复性的冲击与振动，以及强电场和抢点磁场的干扰。

1.3 运行时间长且检修维护难

水电站一旦安装投入使用，就需要不间断地运行，多数在千小时以上，因此，运行时间很长，只有在停机时才能进行检修。且测温电阻安装的空间都相对封闭、狭小，如轴承测温电阻安装在推力轴承、上下导轴承及油槽中，平时都无法监测和维修。

2 测温传感器常见故障分析

2.1 测温电阻及附件的稳定性差

一些水电站建成运营不久，其轴承测温系统就出现故障，发生温度跳变、温度值无读数或者误报的现象，其根本原因是测温电阻及附件的质量差、稳定性低。

2.2 电阻丝形变或短路

测温元件的制作主要采用感温电阻丝绕制而成。机组运行时，由于受到长期振动，绕制的感温电阻丝会发生形变，一方面使得热电阻本身阻值不对称；另一方面测温元件在封装过程中，由于工艺不严格或填充物不致密，使得其在轴向和径向受到重复性的振动、冲击，导致绕制在骨架上的感温电阻丝被压缩或与不锈钢外套相接触，导致相邻电阻丝相互接触或短路；从而引起温度跳变和测值不准确。

2.3 测温元件根部断线

感温电阻丝的引出中，采用航空插头结构时，其接头触点经多次插拔，容易引起接触不良；同时其探头和引线连接部位又无任何保护装置。而采用一体化结构时，有的元件在封装过程中由于工艺差，探头和引线连接部位又无任何保护装置。在水轮机运行旋转时，由于受到油流的冲击，使得测温元件根部容易断线。这就给水电厂运行和检修带来很多问题和隐患。

水轮机轴瓦测温元件引线由于长期浸泡在温度较高的透平油中，长期受到油高温和腐蚀作用，时间一长，引起线外皮发生引线硬化、开裂甚至断开，严重影响了测温电阻的稳定性和可靠性。

2.4 测温元件引出油槽的方式不合理

测温元件引出油槽时，有的采用航空插头结构，在油槽壁内外焊接引出；有的在油槽壁上安装一个长方形盖板，盖板和油槽壁之间用螺纹连接，引出线压接在盖板内外的螺母上。在机组运行时，长期受到振动和油流冲击，焊点容易脱落，同时油槽内的接线部位很容易松动甚至断开，影响测温电阻的稳定性和可靠性。

2.5 导线转接点连接不牢

测温电阻在油槽里的转接点比较多，每个转接点都需要进行焊接，而油槽的空间狭小，不便于操作，容易发生转接点的连接不牢，留下断线隐患。

2.6 油槽内布线方式不规范。

在安装施工中，有的引线悬空或绑扎固定不可靠，或者是将测温电阻简单地放于瓦孔内，在油流的作用下，测温电阻容易造成移位，或与油槽内尖锐金属物件发生磨损，导致引线开裂、甚至直接断开。

2.7 无有效的强电强磁屏蔽

如果对测温电阻及引线电缆不能实施有效的屏蔽，或者有屏蔽没连接好，会造成发电机的强电场、强磁场对测温电阻的干扰，并将干扰信号传入测温回路中，导致测温不准，甚至测温回路的器件烧毁。

3 预防措施与解决方案

3.1 对于测温元件工艺要求

测温电阻安装附件要达到规定的要求，采用高品质的测温元件，要求其稳定性高，漂移量小，良好的抗振动与冲击性能。在测温元件制作中，采用光刻溅射工艺方法。它是将铂粉喷在绝缘的陶瓷骨架上，用激光刻回路，同时元件和引线之间的焊接采用激光焊接。一次成型焊接，这样就具有良好的抗震性能，其精度水平可达到IEC751 A级（0.15+0.002*|T|），能保证测温元件在长期振动环境下的稳定性，从而避免了温度的跳变。

长时间在高温度油中浸泡后，导线会变脆、变硬，是因为外层绝缘护套材料选用不合理，建议采用聚全氟乙丙（FEP）作为护套材料，聚全氟乙丙具有良好的耐热、耐油和抗腐蚀的性能，可有效解决导线长时间浸泡出现的开裂现象。

对于引出线采用一体化结构设计，将探头部分真空密封，套管内采用高纯度氧化镁填充、高温干燥，其特点是寿命长、响应速度快、机械强度高和绝缘性好。

3.2 引出油槽接线方式

油槽出线采用密封盘形式出线，中间无断点及转接，出油槽后直接连接到端子箱，方便以后现场校验和拆装，从而保证测温电阻的稳定和可靠运行。同时密封盘上安装锁紧夹套，其防护等级可达IP67，避免漏油情况发生。

3.3 油槽内布线

在水轮机组推力、上下导、水导等油槽内，机组正常运行之时，油流对测温电阻探头和引线连接部位冲击力很大。现场施工安装中，要求做到就近多点固定，顺着油流冲击的方向布线，减少油流对引线的冲击；其次在油槽内的走线上，每隔30cm采用白布條绑扎，并选用型号为SK-138的AB胶，按1：1的比例混合，用无水乙醇稀释，然后涂刷在白布条绑扎接头处，使其固化；最后在油槽底部，每隔50cm采用焊接一金属耳环，使引线集结成一束，用玻璃丝带或者白布条绑扎固定，以减少油流冲击的影响，避免引线在油槽内发生机械损坏。

综上所述，在水电站轴承测温系统中，测温元件的选型，安装施工中的一些不合理布置，导致测温不准确，造成了很多误停机，对电厂的安全生产和电网的稳定运行都造成重大影响。在实际工作中，针对各机组特点，加强元件选型，及安装工艺管理，保证水电站设备的安全经济运行，减少事故发生。

参考文献

1 郭忠敏.水电站测温系统改进方案【J】.科技前沿，2013，（10）：38-39.

2 刘芬香，彭放，王禾，等.瀑布沟水电站测温回路故障浅析【J】.水电站机电技术，2010，33（6）：86-89.