瀑布溝水電站測溫系統介紹

張 宇，蔣 敏，王蓓蓓

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

瀑布溝水電站測溫系統介紹

張 宇，蔣 敏，王蓓蓓

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

結合水電站測溫系統的特點，介紹了瀑布溝水電站測溫系統的基本概況，并針對瀑布溝水電站測溫系統在實際運行中出現的問題，介紹了一些處理測溫系統問題的有效經驗。通過對瀑布溝水電站目前測溫系統的分析，提出了下一步測溫系統的改進措施。

測溫系統；問題；經驗

0 概述

水電站測溫系統通常作為監控系統的組成部分，綜合了水電站設備溫度的測量、處理、分析、報警和保護等功能，在水電站自動化系統中占據著重要的地位。本文結合水電站測溫系統的特殊性，分析了瀑布溝水電站機組投運后測溫系統出現的問題，并介紹了相應的解決辦法，為大型水電廠測溫系統的問題分析和處理提供了有益的借鑒。

1 水電站測溫系統特點[1][2]

水電站測溫系統與一般的測溫系統相比有自己的特殊性，這主要表現在：

維護難度大。以水電機組軸瓦測溫為例，其測溫電阻隨軸瓦安裝在油槽內，須停機對油槽排油后才能進行檢修維護。發電機定子測溫電阻的檢修維護更是需要拆開定子線棒，隨著機組大修周期的延長，這就要求水電站測溫元件能長期穩定運行。

重要程度高。機組各部軸承的瓦溫是間接衡量機組振擺量的一個指標，瓦溫保護作為一項重要的水機保護，動作后將直接出口跳機。隨著水電機組單機裝機容量的不斷增大，要求水電站機組軸瓦溫度測量可靠、線性度好。

運行環境差。水電站機組測溫系統長期工作在潮濕、振動的環境中，特別是各部軸瓦測溫電阻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。這就要求水電站機組測溫電阻和測溫導線防潮、耐振動、防油腐蝕。

電磁干擾大。發電機產生的強電磁場特別是漏磁產生的強磁場對上導軸瓦、推力軸瓦以及定子測溫電阻干擾非常大，這就要求機組測溫電阻和測溫導線具備強抗電磁干擾能力。

2 瀑布溝測溫系統概述

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，距成都市直線距離約200 km，距重慶市直線距離約360 km，靠近負荷中心。電站共裝機6臺機組，單機600 MW。

瀑布溝水電站的測溫系統布置復雜，采用測溫原理多樣，主要分為機組、母線、變壓器及電抗器等方面：

（1）機組測溫：瀑布溝機組采用PT100測溫電阻配合PLC的RTD測溫模塊對機組各部位溫度進行采集，并由監控系統對采集的溫度數據進行組態處理、分析，實現報警和保護功能。為了全面的反映機組的運行狀況，瀑布溝機組測溫點布置繁多，每臺機組的測溫點包括：集電環罩內2個點，定子鐵芯27個點（分上、中、下三部，每部9個點）、定子繞組54個點、定子齒壓板20個點，上導軸承16塊軸瓦18個點、上導油槽4個點，推力軸承20塊軸瓦24個點、推力油槽8個點，下導軸承24塊軸瓦26個點、下導油槽4個點，水導軸承20塊軸瓦20個點、水導油槽4個點，16臺發電機空氣冷卻器的冷風、熱風測溫各1個點（另在±X，±Y方向上各多加裝了1個冷風測點），技術供水系統總管進、出水溫各1個點，四部軸承冷卻水總管進、出水溫各1個點，3臺水導外循環冷卻器進出油溫和水溫各1個點、總進出油溫各1個點（2、4、6號機組）等。

（2）母線測溫：瀑布溝母線測溫主要是指機組出口20kV的IPB母線測溫和主變高壓側500kV的高壓電纜測溫。其中，IPB母線測溫同時采用了紅外測溫和PT100測溫電阻分別對母線導體和IPB外殼進行溫度測量，其測溫點分別布置在發電機出口、GCB內側、GCB外側。而高壓電纜由于通過電纜豎井從地下至地上GIS室，傳輸距離較長，所以采用了光纖測溫。

（3）變壓器及電抗器測溫：瀑布溝變壓器測溫分為主變壓器測溫、勵磁變測溫和高廠變測溫，電抗器測溫與變壓器測溫原理類似。變壓器的溫度變送器安裝于變壓器本體頂部，用以檢測并上送油面溫度。由于無法直接測量繞組溫度，在油面溫度的基礎上增加了電流值補償，作為繞組溫度值。同時，為保證主變壓器測溫可靠，還增加了帶溫度開關量輸出的指針式溫度表。該溫度表采用機械式結構，以填充惰性氣體的溫包座位測溫元件，通過惰性氣體的熱脹冷縮指示溫度值。

3 瀑布溝測溫系統出現的問題與解決的辦法

瀑布溝水電站目前已投產4臺機組，計劃年內6臺機組全部投產。在機組投運過程中，經過技術人員對測溫系統出現問題的不斷分析研究、不斷改進，目前測溫系統整體運行穩定。其中，主要解決以下幾個問題：

（1）機組軸瓦溫度保護組態

瀑布溝機組軸瓦測溫點分布多，一塊軸瓦至少一個測溫點，部分軸瓦分布兩個測溫點。怎樣對如此多的測溫點進行合理、有效的組態是一個值得研究的問題。

瀑布溝機組軸瓦溫度保護采用“三選二”原則，即任意相鄰三塊軸瓦測溫值中有兩個溫度測量值達保護定值，則保護出口動作停機。其中，對于一塊軸瓦上有兩個測溫點的情況單獨組態，保證所有測溫點均能參與保護組態。以機組上導軸瓦溫度保護為例，其具體組態邏輯如表1所示。

表1 機組上導軸瓦溫度保護組態邏輯

為防止RTD溫度測量元件故障導致溫度保護誤動作出口，采用相鄰軸瓦測溫點分別布置在不同的測溫端子和RTD測溫元件上；在PLC程序邏輯組態中，加入RTD測溫通道故障標志位閉鎖保護組態出口，如圖1所示。

圖1 機組上導1/2/3號軸瓦溫度保護組態程序圖

為方便試驗做措施和防止誤動，瀑布溝監控系統上位機還分別設置了四部軸承的溫度保護軟聯片[3]，當軟聯片退出時，相應的軸承溫度保護退出，如圖2所示。

圖2 監控上位機機組四部軸承溫度保護軟聯片

按照以上機組軸瓦溫度保護的組態邏輯，瀑布溝軸瓦溫度保護運行可靠，目前正確動作1次，誤動0次。

（2）機組測溫加裝保護

在瀑布溝機組投運前期，機組溫度測量的RTD模塊大量損壞，幾個月之內損壞達10多塊。故障現象為某塊RTD測溫元件上的數個測溫點通道故障，溫度測量值達上限。

廠家技術人員現場檢查發現測溫點存在持續工頻大電壓和尖峰脈沖電壓，電壓幅值最高達100V以上。針對這種情況，廠家技術人員提出采用齊納二極管抑制共模信號，試驗接線圖如圖3所示。

圖3 測溫電阻加裝齊納二極管接線圖

加裝齊納二極管保護后，機組各測溫點工作正常、穩定，波形對比圖如圖4和圖5所示。

圖4 6號機水機屏推力11號軸瓦測溫加裝齊納二極管前后波形對比

圖5 4號機測溫屏18號定子線圈測溫加裝齊納二極管前后波形對比

（3）機組定子測溫電纜更換

瀑布溝3號機機組投運后不久，定子測溫點連續故障。故障現象為相鄰數個測溫點故障，測溫電纜三線之間電阻值只有幾歐姆或者跳變，某些測溫電纜之間電阻無窮大。

在查證測溫端子箱至監控測溫屏之間電纜無異常后，初步判定故障點在測溫電阻至測溫端子箱之間。經停機徹底檢查后發現，自定子上齒壓板穿管布置的測溫電纜嚴重損壞，部分電纜斷線，部分電纜熔化在一起。

經專家現場論證后認為，此現象是由于定子磁場在測溫線金屬屏蔽層、穿線金屬管上產生感應電勢，且各點感應電勢不一樣，電纜裸露屏蔽層直接搭在金屬管上造成金屬屏蔽層多點接地，由于電勢的作用對地形成電流，造成電纜燒損。特別是穿線金屬管管口由于金屬毛刺放電作用造成局部放電，燒損情況更為嚴重。

針對這種情況，采取了以下防范措施：

（1）將測溫端子箱本體接地點與接地銅排直接連接，并使測溫電纜金屬屏蔽層在測溫端子箱處單端接地，嚴禁雙端接地，避免在金屬屏蔽層中產生環流。

（2）測溫電纜沿定子基座外沿布線，遠離定子齒壓板。

（3）對電纜金屬屏蔽層裸露部分進行絕緣處理，避免與定子基座和穿線金屬管搭接在一起。

（4）全部更換已損壞的測溫電纜，應重新選用屏蔽層絕緣的阻燃電纜。

采用以上防范措施后，目前機組所有定子測溫點運行穩定。

4 下一步的改進措施

目前瀑布溝水電站的測溫系統工作雖然基本穩定，但結合其實際運行環境分析，下一步仍將有工作要做。

（1）目前水導軸瓦測溫電阻采用航空插頭形式，在機組運行時，持續的油流沖擊容易造成接觸不良。

（2）目前布置在軸承油槽內的測溫電纜存在有中間接頭，長期浸泡在熱油中，工作可靠性較低。

（3）目前軸瓦測溫電阻電纜頭采用短軟彈簧保護，在機組運行時，持續的油流沖擊容易造成測溫電纜斷口。

（4）目前油槽內測溫電纜用扎帶固定，在熱油中長期浸泡容易脆化。

針對以上問題，瀑布溝水電站將結合機組檢修對軸瓦測溫進行整治。將軸瓦測溫全部更換為鎧裝絲的結構，對浸泡在熱油中的測溫電纜采用耐腐蝕的聚合物包裹，定制測溫電纜保證油槽內部無中間接頭，油槽內測溫電纜用白布固定，并刷灰漆處理。

5 結語

溫度作為電力設備運行正常的一個重要判據，在設備監測和保護、故障診斷和分析等方面有著重要的作用。本文介紹了瀑布溝水電站測溫系統的主要組成，分析并解決了測溫系統出現的軸瓦溫度組態問題、機組測溫干擾問題和定子測溫電纜損壞問題，提高了測溫系統的可靠性和科學性，為電站安全穩定運行奠定了堅實的基礎。

[1]孔凡場,王永譚.水電廠測溫電阻故障原因分析及解決辦法[C].中國水力發電工程學會電力系統自動化專委會2008年年會暨學術交流會論文集，2008.

[2]蘭寶杰,孔凡場.水電廠測溫電阻故障原因及改進[J].電力安全技術，2008，（6）.

[3]張龍，李鐵瑾.機組測溫回路溫度過高聯片在發電機組保護中的應用［J］.電力學報，2010，（1）.

TP216+.2

B

1672-5387（2010）06-0092-04

2010-10-08

張宇（1984-），男，助理工程師，從事水電廠運行維護工作。