Анализ неисправностей термопротивников для измерения температуры подшипников в турбинах крупных гидроэлектростанций и способы их устранения

Thread Content

Генераторы №1–4 на Гидроэлектростанции Люцзяся — это подвесные турбогенераторы. Для компенсации осевых и радиальных нагрузок во время работы генераторов используются три подшипника: толкающий, верхний направляющий и водяной направляющий. Температура подшипников является важным показателем для контроля состояния генераторов. Данные о температуре подшипников передаются в систему защиты генераторов; при слишком высокой температуре срабатывает сигнал тревоги или генератор останавливается. Важность этого факта очевидна. Однако в процессе работы энергоблока, особенно в период паводков при длительной работе крупных генераторов, возникают проблемы с датчиками температуры типа Pt100: они могут подавать ложные показания, менять свои значения или вообще не фиксировать температуру. Это затрудняет определение того, является ли проблема связана с самим энергоблоком или с датчиками температуры, что создает угрозу для его безопасной работы. Терморезисторы: yunrun.com.cn/product/list_80.html 1. Введение в систему измерения температуры гидротурбин. В промышленном применении для измерения температуры используются два метода: термопары и терморезисторы. Терморезисторы используются для измерения температуры на основе теплового эффекта резистанса, то есть свойства, при котором значение сопротивления резистивного элемента изменяется с изменением температуры. Следовательно, измеряя изменение сопротивления платинового резистора, чувствительного к температуре, можно определить температуру. Наиболее широко используемыми материалами для термопротивников из металлов в настоящее время являются платина и медь; наиболее распространенными классификационными обозначениями являются Pt100 и Cu50. Для измерения температуры подшипников агрегатов ГЭС Люцзяся используются термопротивники Pt100. Термопротивление Pt100 устанавливается на производственном участке на определенном расстоянии от панели управления; сигнал о сопротивлении передается к модулю сбора данных компьютера посредством проводов. Обычно термопротивления имеют проводку в двух-, трех- и четырехжильном вариантах. Поскольку при превышении установленного значения температуры подшипников в гидроэлектростанции Люцзяся происходит немедленная активация сигнализации и отключение оборудования, предъявляются высокие требования к точности измерения температуры. Чтобы свести к минимуму влияние дисбаланса сопротивления кабелей на результаты измерений, для измерения температуры подшипников используется термопара типа Pt100 в трехжильной конфигурации. 2. Существующие проблемы. По данным статистики (см. таблицу 1), при работе термопротивления Pt100 основными проблемами являются: частые скачки показаний измерений ； Элемент измерения температуры замкнут, емкость сопротивления составляет 0 Ом ； Элемент измерения температуры разорван, сопротивление —∞ ； Проблемы, такие как большая разница между показанными значениями и фактически измеренными значениями. Таблица 1. Статистика недостатков системы измерения температуры в период с апреля по ноябрь: http://yunrun.com.cn/upload/201908/31/201908312113198518.png 3. Анализ причин неисправностей: ① Длительный срок эксплуатации и сложности в техническом обслуживании. Резисторы для измерения температуры тяговых и направляющих подшипников расположены в труднодоступных местах, где сложно осуществить их обслуживание и замену. В процессе работы агрегата датчики и некоторые провода постоянно находятся в высокотемпературном турбинном масле; к тому же они постоянно подвергаются воздействию потока масла и вибраций агрегата. Поэтому механические повреждения возникают довольно часто. Поскольку датчики температуры, расположенные в подшипниках, обычно можно проверить и отремонтировать только во время капитального технического обслуживания уровня A при демонтаже агрегата. В обычных условиях, если необходимо устранить неисправный элемент, требуется запросить неплановую остановку агрегата, после чего проводятся такие операции, как слив масла, демонтаж масляного бака с пружинами, извлечение шестерен и т. д. Продолжительность остановки велика, а процедура сложна. Поэтому во время нормальной работы, при возникновении таких проблем, как скачки показаний температурного резистора или его обрыв, их обычно невозможно устранить вовремя; в таких случаях необходимо временно вывести неисправный элемент из эксплуатации. Температура подшипников является важным параметром при работе агрегата. Отсутствие данных о температуре в зонах подшипников в течение длительного времени мешает операторам своевременно и точно оценивать состояние агрегата, что напрямую угрожает его безопасной и стабильной работе. ②Проблемы с самим термопротивником: а) отсутствие пружины в месте крепления элемента. Поскольку термический датчик, установленный на подшипниках оси, постоянно подвергается вибрациям во время работы, отсутствие пружины в месте крепления не позволяет смягчить воздействие этих вибраций на элемент. б) Наружная часть термопроводника не защищена. Термопроводник имеет слабые характеристики устойчивости к маслам, коррозии и высоким температурам ； При длительном нахождении в среде, содержащей масло, возможны такие явления, как утвердение материала, усиление его хрупкости и появление трещин на поверхности, что сокращает срок его службы ； Длительные вибрации могут привести к разрыву провода у основания датчика (рис. 1, рис. 2). В ходе выездной проверки было установлено, что неисправности, связанные с обрывом провода у корня, составляют почти 50% от общего числа неисправностей терморезисторов. Рисунок 1. Разрыв провода у основания датчика: http://yunrun.com.cn/upload/201908/31/201908312155342368.png
Рисунок 2. Разрыв провода у основания датчика. ③ Проблемы с монтажом резистора для измерения температуры: а) Проблемы с переходами проводов. Короткая длина выводов резистора приводит к большому количеству точек перехода внутри масляной камеры. Каждая такая точка требует сварки. В условиях ограниченного пространства в масляной камере сварка выполняется с трудом, что может привести к некачественной сварке или её полному отсутствию. Это, в свою очередь, может привести к разрыву соединений в местах сварки под действием вибраций и давления масла во время работы датчика. Например, в качестве примера можно привести четвертый генератор ГЭС Люцзяся: для подключения элементов измерения температуры внутри направляющих каналов используются винтовые соединители. Провода элементов измерения температуры и кабели фиксируются на эпоксидной пластине с помощью гайек, что обеспечивает надежное соединение. Однако в ходе технического обслуживания агрегата было обнаружено, что клеммы переходных эпоксидных плат легко ослабевают и окисляются, что приводит к плохому контакту и скачкам значений температуры. б) Проводка в масляном баке выполнена ненадлежащим образом; для фиксации и закрепления проводов используются пластиковые ленты, что может повредить изоляцию проводов. Материал фиксирующих креплений в масляном баке — тонкая железная листовка с острыми краями; если изоляция провода не защищена дополнительным слоем, она может легко повредиться от этих острых краев, что создает потенциальную опасность. У некоторых кабелей фиксация в масляных каналах является ненадежной; при работе агрегата поток масла и пульсации приводят к разрыву термодатчиков в местах соединения, как показано на рисунке 3. http://yunrun.com.cn/upload/201908/31/201908312159048363.png Рисунок 3. Износ проводов для измерения температуры. В-третьих, резисторы для измерения температуры и соответствующие провода не имеют надлежащей защиты. Поскольку провода резисторов для измерения температуры довольно тонкие, а слой защиты слабый, при подключении происходит ненадлежащее соединение внешнего слоя защиты резисторов с внешним слоем защиты кабеля. Сильное электрическое поле, возникающее при работе генератора, а также сильное магнитное поле, обусловленное утечкой магнитного поля, создают значительные помехи в цепи измерения температуры, что приводит к скачкам температуры. 4. Меры по улучшению ① Усовершенствование термопротивников. Компания Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd. в процессе производства платиновых термопротивников для турбин использовала зарубежные технологии. При усовершенствовании термопротивников компания получала советы и техническую поддержку от Changhui Instrument. В местах крепления новых термопротивников типа Pt100 устанавливаются специальные пружины, как показано на рисунке 4; это помогает снизить воздействие вибраций двигателя на элементы измерения температуры ； Для термопроводников выбирают внешний изоляционный материал с высокими характеристиками устойчивости к маслам, коррозии и высоким температурам, чтобы продлить срок службы проводов ； Используйте термопроводники с плотной сетчатой защитой для снижения влияния сильного магнитного поля на элементы измерения температуры. http://yunrun.com.cn/upload/201908/31/201908312204195095.png Рисунок 4. Установка специальных пружин в фиксированных участках. Для защиты места соединения проводов и резисторов для измерения температуры используются мембраны и экранирующие нити, как показано на рисунке 5. Здесь особо следует отметить способ защиты с помощью оплетки из стальных проводов: внутренние стальные провода датчика выведены наружу, так что вся часть провода, подвергаемая воздействию масла, покрыта этой оплеткой. По сути, речь идет о защитном слое из нержавеющей стали, который можно сворачивать по желанию. Он обладает отличной стойкостью к коррозии, ударам и вибрациям, что позволяет полностью решить проблемы коррозии и повреждений провода под действием масла. Дольше срок службы, более надежная производительность. http://yunrun.com.cn/upload/201908/31/201908312208026363.png Рисунок 5. Дополнительная защита. ② Нормативная установка резисторов для измерения температуры и правила прокладки кабелей. а) В зонах действия тяговых сил, верхних направляющих элементов и жидкостных каналов скорость вращения масла очень высока; это создает значительные нагрузки на места соединения датчиков температуры с кабелями. При установке на месте следует стараться прокладывать кабели в направлении потока масла, чтобы снизить нагрузку на кабели в области их соединения с датчиками. б) Провода термопротивления Pt100 для измерения температуры прокладываются внутри масляной камеры; каждые 500 мм они фиксируются с помощью белых тканевых лент. Затем на местах фиксации лент наносится специальный изоляционный красок, что позволяет соединить провода вместе и уменьшить воздействие потока масла. в) Привести провода термопротивника вместе вдоль кронштейна подшипников, а затем закрепить этот пучок проводов с помощью зажимов на стенке масляного отсека или на кронштейне. Используются зажимы для проводов, покрытые маслостойким каучуком, чтобы предотвратить износ изоляции провода и механические повреждения провода в масляной камере. Если крепеж для проводов слишком большой, сначала оберните массу проводов белой тканью, а затем закрепите её с помощью крепежа. ③Усовершенствованное устройство вывода кабелей из масляного бака. Используется специально разработанное устройство вывода кабелей из масляного бака, как показано на рисунке 6; это позволяет избежать протекания масла при выведении кабелей из бака, а также упрощает процедуру установки. Основная плита устройства вывода топлива и замки для изоляции от масла изготовлены из нержавеющей стали 304, что обеспечивает отсутствие деформаций при разборке агрегата во время технического обслуживания. На стальной пластине расположены несколько прозрачных отверстий для прохождения проводов. После того как провода проведены через эти отверстия, их закрывают специальными замками. Уплотнительные элементы внутри замков позволяют тщательно прилегать к изоляции проводов, что предотвращает утечку масла под давлением во время работы оборудования через эти отверстия. При использовании этого устройства провода не требуется сваривать по отдельности или соединять с помощью винтов; они проходят непосредственно из масляного бака к коробке разъемов на внешней стенке масляной чаши. Сокращение количества промежуточных этапов обработки имеет такие преимущества, как простота технологии и высокий уровень защиты. В настоящее время все устройства вывода масла из резервуаров на турбинах №1–4 гидроэлектростанции Люцзяся были заменены, и в процессе эксплуатации не наблюдается утечек масла. http://yunrun.com.cn/upload/201908/31/201908312210257899.png Рисунок 6. Устройство вывода кабелей из масляного бака. ④ Важные точки контроля оснащаются резервными устройствами. Поскольку во время нормальной работы агрегата при повреждении датчиков температуры их замена становится крайне сложной, для повышения надежности работы необходимо использовать двойные датчики температуры в таких важных узлах, как тяговые и направляющие подшипники. То есть в одном и том же внешнем экранирующем манжете размещаются два термопротивника с одинаковым классом точности, предназначенные для измерения температуры в одной и той же точке. Для выводов термодатчика следует использовать шестивыводную схему, чтобы устранить влияние дисбаланса сопротивления выводов на результаты измерений. http://yunrun.com.cn/upload/201908/31/201908312213255292.png Рисунок 7. Схематическое изображение конструкции термопротивника с двумя выводами. Использование термопротивника с двумя выводами позволяет получить два точки измерения в одном и том же месте; выводы этих точек подключаются к коробке разъемов, расположенной на внешней стороне емкости с маслом. В нормальных условиях один работает, а другой — в качестве резерва. При выходе компонента из строя достаточно подключить внешний кабель к резервному компоненту непосредственно в коробке терминалов, что снижает риски, связанные с невозможностью замены поврежденного компонента. В данной статье анализируются причины таких проблем, как обрыв проводов в терморезисторах гидроэлектростанций в процессе их работы, а также мгновенное достижение измеряемых значений максимальных значений. Также предлагаются следующие меры по улучшению: ① Усовершенствование терморезисторов. ②Регламентируется установка и прокладка термопротиводействующих резисторов. ③Улучшение устройства вывода кабелей из масляного бака. ④На важных точках мониторинга используется резервное оборудование. Согласно описанному выше методу были поэтапно модифицированы резисторы для измерения температуры в подшипниках генераторов №1–№4 на ГЭС Люцзяся. Результаты эксплуатации показали, что усовершенствованные резисторы типа Pt100 могут надежно и стабильно функционировать в течение периодов технического обслуживания раз в пять лет. Это позволяет избежать простоев из-за ошибочных сигналов или повреждений компонентов. Практика доказала, что данный метод является эффективным и может быть успешно применен на практике. Он может служить примером для модификации резисторов для измерения температуры в других действующих ГЭС, а также для выбора и установки таких резисторов при строительстве новых ГЭС. Авторы: Ван Руюй, Гоу Сяоцзюнь, Луо Хонгпин из Гидроэлектростанции Люцзяся в провинции Гансу, принадлежащей государственной сети