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測溫電阻是水電廠最重要的傳感器，水電廠測溫電阻運(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，測溫電阻性能不穩(wěn)定、可靠性差是非常普遍的問題，由于性能不穩(wěn)定導(dǎo)致溫度信號誤報(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，這對于機(jī)組壽命及電網(wǎng)的安全都會造成不可估量的影響。因此，分析測溫電阻故障原因，提高測溫電阻的長期穩(wěn)定性和可靠性是非常緊迫的一項(xiàng)工作。
在我們服務(wù)于眾多電廠的過程中，經(jīng)常在現(xiàn)場碰到了形形色色的問題，起初我們以為是中小型水電廠存在這些問題，后來發(fā)現(xiàn)在三峽、廣蓄、小浪底等國外大機(jī)組中也存在這些問題，所以這些問題在全行業(yè)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。
水電廠的特殊性 對于測溫電阻來說，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)上通用的測溫電阻拿到水電廠使用是肯定要出問題的。這些特殊性表現(xiàn)為：
1、運(yùn)行時(shí)間長、不易維護(hù)。瓦溫測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)會維護(hù)測溫電阻。而現(xiàn)在由于技術(shù)進(jìn)步，大修周期越來越長，這就要求測溫電阻長期穩(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，其中的測溫電阻又是監(jiān)測推力瓦運(yùn)行狀態(tài)的的唯一手段。而且推力瓦溫測溫電阻，一般要求接保護(hù)，重要性不言而喻。而一般的工業(yè)領(lǐng)域沒有這么高的重要性。
3、運(yùn)行環(huán)境惡劣。還是以推力瓦測溫電阻為例，傳感器及其導(dǎo)線長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。在這樣的環(huán)境中很少有傳感器及導(dǎo)線能經(jīng)受長達(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)電場特別是漏磁產(chǎn)生的強(qiáng)磁場對上導(dǎo)瓦和推力瓦測溫電阻干擾非常大。這對傳感器及其導(dǎo)線的抗干擾能力的要求很高。
普遍存在的問題
正是由于水電廠測溫電阻使用環(huán)境的特殊性，使得水電廠測溫電阻普遍存在如下的問題。
1、長期穩(wěn)定性差、可靠性低。其實(shí)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(wěn)定性和可靠性要求非常高。許多的電廠由于采用了長期穩(wěn)定性差的測溫電阻，在機(jī)組運(yùn)行了幾年后，就會出現(xiàn)大量的誤報(bào)、跳變和沒有讀數(shù)等問題，使工程人員很難判斷到底是機(jī)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(xiàn)上述問題，就會造成跳機(jī)，釀成重大事故。
2、電纜折斷或外皮開裂。電纜在根部折斷現(xiàn)象幾乎在每個(gè)電廠都有，電纜長期浸泡在流動透平油中，如果不做特殊的處理，時(shí)間長了導(dǎo)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(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)境中也會開裂。
3、傳感器及導(dǎo)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(shí)施有效的屏蔽，使發(fā)電機(jī)的強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場對測溫電阻干擾并把干擾信號導(dǎo)入測溫回路中，造成測溫不準(zhǔn)。我們見到過，推力瓦測溫電阻感應(yīng)漏磁信號達(dá)到110V。這使得測量值無任何意義，還會導(dǎo)致回路中的其他器件損壞。測溫電阻和整個(gè)測溫回路，導(dǎo)線多且長，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)問題，屏蔽就會無效。
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。但我們見到有些電廠在安裝軸瓦測溫電阻時(shí)只是簡單的放置在瓦孔內(nèi)，還有些是用環(huán)氧樹脂灌封在孔里。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(dǎo)線的電阻對測量結(jié)果的影響。其中4線制和3線制可以把導(dǎo)線電阻對測量結(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，這說明導(dǎo)線電阻幾乎不會影響到測量結(jié)果。如果用四線制測量，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。無論如何這都會產(chǎn)生很大的誤差�？赡苡腥藭诤蠖藴囟饶K上對此進(jìn)行補(bǔ)償，但面對不同類型不同長度的導(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，一旦傳感器有問題可以在不用動導(dǎo)線的情況下把傳感器換下來。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，對于軸瓦的溫度監(jiān)測就不合適了。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著，加上軸瓦的振動，尾部連接器非常容易漏油或觸點(diǎn)脫開，從而降低了傳感器的長期穩(wěn)定性。實(shí)際上如果傳感器本身長期穩(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的問題。這是測溫電阻分度值的問題，Pt100和Cu50是目前電廠最常用的測溫電阻，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，需要很長的銅絲繞制成敏感元件，鉑則相對短一些，一般的越長越細(xì)的材料可靠性越低。第二，鉑電阻是主流的測溫電阻，大的制造商、特別是德國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測溫電阻經(jīng)常壞的原因。
8、非常好的傳感器用錯了地方。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)一些問題。如：傳感器結(jié)構(gòu)的問題、導(dǎo)線在根部斷開的問題。不同的電廠有不同的特點(diǎn)，對測溫電阻的要求也是不同的，到現(xiàn)在為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)測溫電阻完全一樣的水電廠。對于特定的電廠而言，測溫電阻沒有針對性的進(jìn)行設(shè)計(jì)，再好的傳感器也仍然會出問題。
解決辦法
一切努力都是為提高測溫電阻的長期穩(wěn)定性和可靠性。這要求在測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)于其他材料的測溫電阻，而鉑電阻芯片的品質(zhì)也是千差萬別的。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。這類芯片的漂移很小，長期穩(wěn)定性高，而且抗沖擊和振動。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，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。
2、 采用特制的導(dǎo)線。
解決辦法
一切努力都是為提高測溫電阻的長期穩(wěn)定性和可靠性。這要求在測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)于其他材料的測溫電阻，而鉑電阻芯片的品質(zhì)也是千差萬別的。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。這類芯片的漂移很小，長期穩(wěn)定性高，而且抗沖擊和振動。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，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。
2、 采用特制的導(dǎo)線。導(dǎo)線長期浸泡在油里出現(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。在溫度較高場合，它的耐油性能會大大的降低，使用壽命會縮短很多。在較高溫度的油中長時(shí)間浸泡后，導(dǎo)線會出現(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)長期使用。除在高溫高壓 下氟元素和熔融狀態(tài)的堿金屬對它有腐蝕作用，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 也對它不起作用。另外它的耐開裂性能也非常突出，可以徹底解決導(dǎo)線長時(shí)間泡在油中出現(xiàn)開裂的問題。
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