泵站机组测温系统原理及常见故障分析

于振山，范顺芳，王 浩

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200）

泵站作为现代水利工程的主要设施，其自动化与信息化建设是水利工程现代化的重要环节之一，机组温度监测是大中型泵站自动化监控中的一项重要内容。机组监测温度点主要有电机定子、水泵轴承、电机轴承等，通常使用测温热电阻完成测量。温度测量的准确性、实时性直接影响泵站机组的正常安全运转和设备的使用寿命，因此，泵站中温度监测的可靠性是保证泵站机组正常工作的重要条件之一。

1 机组测温系统组成及原理

随着计算机、电子技术的发展，目前大中型泵站机组测温都实现了自动化采集。机组测温系统一般由热电阻（RTD）、连接导线、温度采集处理单元、中央处理显示单元组成。

测量时，测温热电阻随测点温度变化而变化，温度采集处理单元输出恒定的电流与测温热电阻作用，根据反馈电压的大小，测量出热电阻阻值，从而计算出测点温度，并通过通信网络将温度集中上传到中央处理显示单元。

1.1 热电阻

测温热电阻是泵站机组测温最重要的传感器，其运行情况直接影响机组温度监测的可靠性。

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，应用最多的是铂和铜，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。目前在泵站上，一般用 Pt100 型热电阻作为机组测温元件，其阻值跟温度的变化在一定温度区域内可近似成正比关系[1]。

式中：Rt为温度 t 时的热电阻阻值；Rt0为温度 t0（通常 t0= 0℃）时对应的热电阻阻值；α为温度系数。

当热电阻采用 Pt100 时，式中 Rt0＝100 Ω，α≈0.00385/℃，Rt可通过测温装置电路检测，从而计算出被测物体温度。

1.2 热电阻线制

线制就是测温热电阻的引出线方式，一般有二线制、三线制和四线制 3 种引出线方式，线制决定了传感器导线的电阻对测量结果的影响[2]。

1）二线制。在热电阻的两端各连接 1 根导线引出电阻信号的方式叫二线制，这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻，引线电阻大小与导线的材质和长度等因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低，或仪表在现场测量，线缆较短，线阻对测量影响较小的场合。

2）三线制。在热电阻根部的一端连接 1 根引线，另一端连接 2 根引线的方式称为三线制。这种方式可以较好地消除引线电阻的影响，是泵站机组温度监测中最常用的引线方式。三线制引线方式要求连接的 3 根导线线径、材质相同，即要保证引线电阻大小一致，否则测量会存在较大误差。

3）四线制。在热电阻根部两端各连接 2 根导线的方式称为四线制，其中 2 根引线为热电阻提供恒定电流，把热电阻电阻信号转换成电压信号，再通过另外 2 根引线把热电阻两端电压引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，是热电阻测温理想的接线方式，用于高精度、高可靠性的温度检测。

目前，泵站机组测温热电阻引出线大多采用三线制方式，这种引线方式虽可以较好地消除引线电阻的影响，满足测温要求，但在精度、可靠性上不如四线制，尤其在有机组温度保护（超温跳闸）要求的情况下，测温的可靠性要求更高，因此新安装机组测温热电阻也可以采用四线制引线方式。

1.3 温度采集处理单元

目前泵站机组测温系统的采集处理单元采用以下方式：

1）温度显示仪表。温度显示仪表是集温度信号采集、变送输出、温度显示为一体的设备仪器，一般装在电机表面，用于现场温度显示，也可通过模拟信号或通讯方式输出到后台。由于测量线路短，可采用二线制或三线制接线方式。

2）温度巡检仪[3]。温度巡检仪适用于多点温度测量、显示及控制，一般可巡检显示 1～32 路温度测量信号，具有自动巡检、手动定检功能，所有通道温度数据可通过通讯方式输出。有些温度巡检仪部分通道可分别独立设置温度上下限报警控制、变送输出，以及所测温度数据打印。一般温度巡检仪安装在机组现地控制单元内（LCU），采用三线制接线方式。

3）PLC 测温模块[4]。一般泵站现场都使用可编程序控制器（PLC）作为自动化系统的控制核心，因而可采用中高档 PLC 测温模块采集温度信号。温度变量经温度传感器（Pt100 热电阻）采集后，送入PLC 的 RTD 测温模块，RTD 测温模块将铂电阻阻值变换成相应的模拟量电信号，通过模数转换成实时温度值，同时把所测的温度值传递给 PLC，PLC 可通过编程，实现对温度越限判断后，发出报警和事故停机信号。通常 PLC 的 RTD 测温模块有三线或四线制接线方式。PLC 测温模块具有测温精度高、可靠性高，温度检测及时等优点。

1.4 中央处理显示单元

机组温度中央处理显示单元一般作为泵站自动化系统的一个功能模块，集成在泵站上位机系统中，用于收集泵站所有温度采集处理单元中的数据，集中显示全泵站机组温度，并具有温度越限报警、数据存储、曲线显示及集中打印等功能。

2 机组测温系统常见问题

2.1 热电阻短路和断路

热电阻的常见故障是热电阻的短路和断路。一般断路更常见，这是由于热电阻丝较细所致的。断路和短路可用万用表进行判断，用万用表的“×1 Ω”档，如测得的阻值较小（一般室温情况下铂电阻值大于100 Ω），则可能有短路的地方；若万用表指示为无穷大，则可断定电阻体或线路已断路。因热电阻通常是在机组安装时，预埋在机组各个测温点的，如发生这种故障，一般要在机组维修时更换新的热电阻。因此，机组热电阻应采用溅射光刻工艺制作的高品质热电阻，这类热电阻的漂移很小，长期稳定性高，而且抗冲击和振动；热电阻引脚采用铂镍合金，可以保证焊接后引线的机械性能，并在导线与测温电阻的结合部位加保护管，避免导线在传感器内断开。

2.2 温度采集值比实际值偏低或偏高

这类情况产生的原因可能有以下几点：1）保护管内或接线端子间有金属屑、灰尘、脏污等，或热电阻丝之间有短路或接地；2）热电阻引脚焊接不牢；3）采用三线制接线方式时，其中某根线的联接端子可能松动、锈蚀，接触电阻增大，三根线阻值不一致，无法消除引线电阻的影响。

处理方法：检查接线端子，拧紧端子，清除接线盒上的金属屑或灰尘，保证线路连接正常。若线路正常，还无法消除故障，应在机组维修时，检查热电阻是否正常。

2.3 温度采集值出现最大值或最小值

产生这类情况的原因可能有：1）热电阻断路或短路；2）导线连接端子开路或导线断开。

处理方法：用万用表检查线路和热电阻，若连接导线断开，应予以修复或更换；若热电阻本身断路或短路，机组维修时，应更换。

2.4 显示仪表或中央处理显示单元显示值不稳

若多点温度测点出现这类情况，有可能连接导线未采用屏蔽电缆，或虽采用屏蔽电缆，但屏蔽层没有可靠地接。检查电缆，采用屏蔽电缆，并将屏蔽层可靠接地。若个别点出现这类情况，请检查连接线路，保证接线无松动。

3 结语

泵站机组测温系统作为泵站自动化系统中的重要组成部分，实现了机组温度的自动监测。工程设计人员可以根据机组的具体技术参数和运行工况设计泵站机组的测温方式，运行人员可以通过控制室的监控软件界面或现场的温度巡检、显示设备掌握整个泵站机组温升情况。这样有助于对系统进行检查和维护，在出现故障时能及时发现并解决问题，确保机组正常运行，从而提高机组的安全稳定运行水平。

[1]王芳. 热电阻式温度传感器的测温原理与应用[J]. 黑龙江冶金，2007 (1): 33-35.

[2]刘振全，王汉芝. 金属热电阻温度传感器在多路温度监控系统中的应用[J]. 传感器世界，2006 (12): 25-27.

[3]张根宝. 工业自动化仪表与过程控制[M]. 西安：西北工业大学出版社，2008: 28-46.

[4]唐新平，赵金，万淑芸. 温度信号采集处理及控制系统设计[J]. 自动化与仪器仪表，2000 (5): 12-14.