高坝洲水电厂机组轴瓦温度监测保护系统优化设计

辛 欣，王宋翔，李尹罡

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北宜昌 443000）

湖北清江高坝洲水力发电厂位于湖北省宜昌市宜都市内，是湖北清江梯级水电站中的最下游一级，建成于1999年，安装有3台轴流转桨式水轮发电机组，单台机组额定容量为90 MW。水电机组轴瓦温度监测是机组安全运行的重要标志，而轴承瓦温监测保护系统更是水机后备保护回路的重要部分。高坝洲水电厂轴瓦温度监测保护系统采用的是压力式温度计，主要用于监测机组上导轴承瓦温、上导轴承油温、推力轴承瓦温、上导轴承油温、水导轴承瓦温、水导轴承油温和发电机空气冷却器进口和出口温度，在机组温度采集柜内以硬接线回路方式将温度高报警信号送现地控制单元，其中上导轴承瓦温、推力轴承瓦温、水导轴承瓦温温度过高报警信号还上送至水机后备保护回路。高坝洲水电厂轴瓦温度保护系统在电厂建厂时与机组同时安装投入使用，已连续运行超过20年，压力式温度计测温部件、毛细管和显示表盘为一体式，不易检修维护，随着运行年限增加，精度误差越来越大，已不满足行业规范，因此决定对机组轴瓦压力式温度计进行整体改造更换。

1 高坝洲水电厂机组轴瓦温度监测保护系统结构及动作逻辑

高坝洲水电厂机组轴承瓦温度监测保护系统采用的是压力式温度计，主要监测点分别为：上导轴承1号和2号瓦温、上导轴承油槽油温、推力轴承1、2、3号和4号瓦温、推力轴承油槽油温、水导轴承1号和2号瓦温、水导轴承油槽上层和下层油温、空气冷却器1号热风／冷风和2号热风／冷风温度，单台机组共计16个测点。压力式温度计每块仪表有两对输出接点，分别为温度高报警和温度过高报警，温度高报警信号只作为信号监测，不参与其他控制策略，轴承瓦温温度过高报警信号则进入机组水机后备保护紧急停机流程。

2 原机组轴瓦温度监测保护系统存在的问题

1）原系统投运时间长，运行环境恶劣，不易检修维护。高坝洲水电厂原机组温度监测系统的压力式温度计主要安装位置分别位于：水导轴承油槽内、推力轴承油槽内、上导轴承油槽内。三部轴承油槽内部空间狭小，测温电阻数量较多，且其安装工艺较高，工作环境恶劣，测量部分引出线长时间浸泡在密闭的油槽里，加上长期受油槽内油流持续不断的冲击［1］，只有在机组大修时才有机会检查维护，当测温系统任何一环节出现问题必须整体更换。

2）测量精确度误差较大，且同型号产品已停产。目前机组温度监测系统存在表计测量精度不满足标准要求，仪表动态性能差，示值的滞后较大，无法迅速反应温度的变化。且该型号温度计已停产，备品备件无法采购。

3）保护测点单一，可靠性低。我厂目前使用的温度计一旦测温部分损坏，温度计整体都将会失去监测保护作用［2］。

4）电磁干扰及振动影响。压力式温度计本身的使用寿命有限，而机组运行时产生的电磁干扰及振动影响，机组长时间运行中的报警信号非常容易受其影响导致温度保护误动引起事故停机。

以上问题导致机组不能及时有效的监测维护轴瓦运行工况，极易发生安全事故。

3 机组轴瓦温度监测保护系统优化设计及改造

鉴于以上分析了原机组轴瓦温度监测保护系统存在的问题，决定对机组轴瓦温度监测保护系统重新进行优化设计及改造。

1）选择更加可靠的测温元件。鉴于PT100热电阻已在水电机组温度监测领域广泛应用，且满足水电厂的相关行业标准及要求。推荐使用深圳泰士特生产的热电阻（RTD）［3］，分度号为Pt100，精确等级为A级，测温范围－40℃～300℃，探头部分真空密封，内部为双测温元件（互为备用），具有良好的线性和防潮性，工作寿命长，响应速度快并且准确，传感器尾部引出线部分有一层弹簧保护铠［4］，防止传感器断线以及机械振动带来的硬质损伤。导线具有良好的耐油、耐高温、耐腐蚀性、高屏蔽性。在油槽出线处，采用不锈钢密封板，保证电缆不会长时间运行松动或折断，极大保障了出线装置的可靠性。

2）增加数字式温度测控仪。在机组机旁盘温度采集柜新增JM Consept的XALIS 3400P1数字式温度测控仪，数字式温度测控仪具有多对报警输出接点，每支RTD配置一块温度测控仪共计16组，该温控仪具有动作延时防抖功能，可保证在RTD故障、频繁掉电上电、端子虚接等情况下继电器闭锁不误动。

3）改造后的机组轴瓦温度保护系统保留了原有的控制逻辑。当上导轴承1号和2号瓦、推力轴承1、2、3号和4号瓦、水导轴承1号和2号瓦共计8个测温点中任意一个测温点温度达到温度高报警值时，温控仪对应的温度高报警接点动作并且将报警信号上送至监控系统，当温度达到过高报警值时，过高报警接点动作，并触发水机后备保护停机流程。而当上导轴承油温高、推力轴承油温高、水导轴承油温高、发电机空气冷却器冷风、发电机空气冷却器热风温度高报警时不会触发停机流程。同时温控仪增加了RTD断阻、断线、断电或温控仪本体发生异常时，监控系统会收到综合故障报警信号，此报警信号不触发停机，更加保障机组运行的可靠性。

4 结 语

高坝洲水电厂机组轴瓦温度监测保护系统优化设计及改造结束后经过2年多的运行观察，RTD未发生松动或者断线等异常情况，温控仪的运行状态稳定，机组轴瓦温度监测保护系统也一直运行良好，未发生误动现象。根据相关数据显示，水电厂机组温度保护误动的情况发生概率高于温度保护拒动，为了提高温度保护的可靠性，确保各测温环节稳定，建议增加防止误动措施，例如取消单点温度保护，在相同的一片瓦中设置两个测温点，当2个测温点温度过高同时动作才触发事故停机流程。由于轴瓦系统无法实现在线监测水机后备保护回路的RTD温度，历史温度数据亦无法追溯，根据JM温控装置具备485串口输出功能，基于Modbus通信功能尝试将温度采集柜上所有的温度模拟量与监控系统建立起联系，实现在线监测水机后备保护回路RTD，并将温度数据写入历史数据库［5］，便于运行分析和事故分析。