（8）单点温度保护。不少抽蓄机组轴承温度保护普遍采用单点信号，由此构成的保护往往为一 取一判断逻辑，因此其误动概率高。 3 典型 RTD 故障模式及失效机理分析 3.1 故障模式 3 线制 Pt100 铂热电阻，其标称阻值 R0=(100±0.005)Ω，电阻温度系数α=R100℃/R0℃=1.3850。 故障判据是根据 RTD 产品的技术指标和机械工业专业标准 JB/T8622-1997《工业铂电阻技术条 件及分度表》和检定规程 JJG229-2010《工业铂、铜热电阻》要求确定的。 目前抽蓄机组使用的 RTD 主要由两种形式：一种为铂丝绕制的 RTD，另一种为铂质薄膜 RTD。为 了弄清 RTD 故障原因，相继对故障的 RTD 在恒温油槽中测量了失效 RTD 在 R0℃、R20℃、R100℃三个温度 点的电阻值，表 1 列出了故障模式分类和测试结果数据。
表1 几种 RTD 故障模式及测试数据 RTD 阻值（Ω） 现 象 R20℃ R100℃ 107～110 138～146 测得阻值时高时低，在一定范围内波动。 107.8 138.5 测量过程中突然出现高阻值，随即又正常。 ＞107.8 ＞138.5 测得的阻值略高于标准值。 ∞ ∞ 测得的阻值很高或接近∞。 ＜107.8 ＜138.5 测得的阻值小于标称值或接近 0。
图 4 信号导线屏蔽层腐蚀脱落
（4）RTD 安装不规范。一般在安装时要求将 RTD 与瓦体刚性连接，最好用螺纹固定连接，瓦内 的导线也要可靠固定，特别是根部导线要与 RTD 固定在同一个刚体上。但不少抽蓄机组则将 RTD 随 意放置在瓦孔内（没有采取固定措施），这种安装方式不仅由于机组振动易造成 RTD 在测温孔内随 意摇晃串动，而且极易造成引出导线磨损折断，缩短 RTD 的正常使用寿命。 （5）RTD 保护结构不合理。RTD 探头与连接导线之间是刚性和柔性联结的过渡处，这个部位应力 比较集中，加上长时间的导线摆动、振动、油膜冲击等容易产生疲劳，并导致导线断裂、破损等现 象发生。 （6）RTD 尾部连接问题。目前市场上 RTD 的尾部结构有全密封和带连接器的两种，不少抽蓄机 组为了拆装维护方便，往往采用尾部带连接器（航空插头）结构。这种结构如果用于瓦温测量就会 出现一些意想不到的问题。如在推力瓦内 RTD 是完全浸泡在润滑油里，而润滑油是不停地高速流动 着的，再加上机组的剧烈振动，容易造成连接器漏油、接插触点松动、接触电阻增大、甚至完全分 离等隐患，最终导致温度信号跳变、高频脉冲、信号丢失等异常现象发生。 （7）RTD 元件质量问题。目前 RTD 普遍采用 Pt100，尤其是由于微机械加工技术的发展，Pt100 的 制造普遍采用光刻溅射工艺，具有结构紧凑、工艺可靠，响应快等特点。但由于不同制造厂家设备、 技术上的差异，生产的 Pt100 在性能上可能会有较大的差别，用户在选用时一定要特别注意，切实选 用高质量的 Pt100 元件，因为不同价格的 Pt100 元件，其长期稳定性和使用可靠性具有较大的差异。
图3
RTD 延长导线磨损、外皮破裂
（3）信号导线屏蔽层腐蚀脱落，或有屏蔽但没接好。许多抽蓄机组 RTD 信号电缆的屏蔽层没有 有效连接，少数屏蔽层由于长期得不到维护存在腐蚀断开，如图 4 所示，使得可逆电机的强电/磁场 对温度信号回路造成严重干扰。抽蓄机组测温系统往往导线多且长，中间环节多，只要任一环节出 现问题（屏蔽连接不好、端子松动/锈蚀等），都会影响测温系统的稳定工作、正常显示。
程中，由于组织结构及其内部的各种缺陷，逐步使外来原子、点缺陷和晶粒边界引起附加散射；另 外，晶格点阵的振动、发射或吸收一个晶格振动能的量子——声子，也会引起电子的散射，因此导 致电阻率增加，使 RTD 阻值增大。 2）测温元件有效电极面积减小。解剖发现，样品部分电极根部烧结处有效截面积变小。电极截 面积变小原因是电极制备工艺控制不当，如：基体研磨不平整，清冼不干净；电极烧渗工艺条件选 取不合理等。同时，后续热处理工艺控制不当，也会造成电极早期老化。部分电极截面积的变小， 使测温元件的实际电极面积减小，RTD 阻值升高。 3）测温元件在机械振动、甚至某些并不剧烈的振动环境中，虽然不会损坏 RTD，但也会在测温 元件中引起应力，导致其阻值增加。 （4）第 4 类样品的解剖分析 1）将样品置于金相显微镜下观察，发现电极表面已出现龟裂，断面处有层裂痕迹。RTD 电极在 高温烧结后向低温冷却过程中，受到的热应力超过一定程度时，会在铂质薄膜测温元件坯体内形成 显微裂纹。在诸如机械冲击、振动，工作温度快速变化等严酷使用环境下，会使样品内应力进一步 加大，促使显微裂纹蔓延和扩展，产生层裂和龟裂。反复的热冲击可使焊锡合金产生分离效应而形 成多铅区，从而易于产生开裂。它们使样品的机械强度下降甚至破碎，同时使引出电极的附着力下 降以至脱落，最终导致电阻值上升到很高值甚至∞。 2）剥离外绝缘层，发现铂丝引出电极与外引出导线的焊接点（锡焊）已严重腐蚀，铂引出电极 已脱落开路。焊接点腐蚀的原因为：焊接完成后没有清除焊剂喷涂防腐剂；测温元件组装时保护套 管内没有严密填充绝缘材料（如环氧树脂、氧化镁粉等） ，导致腐蚀性气体侵入以及工作温度的反复 升降引起结露，加速了焊接点的腐蚀速率。 （5）第 5 类样品的解剖分析 1）外观检查发现，RTD 信号引出线密封不良，引出线连接处密封胶伴有明显的缝隙，致使水汽 沿着缝隙进入内部绝缘填料，并造成 RTD 绝缘电阻下降输出信号短路。 2）通过打磨解剖，发现故障 RTD 引出线仅在引出端部进行了封胶处理，而其内部全是空隙，经 过长期的冲击振动/晃动，导致引出端部密封胶与引出导线间出现缝隙而导致水汽渗透进入其内部， 见图 5。
（1）RTD 元件长期稳定性差、可靠性低。部分抽蓄机组采用了性能较差的老式铂丝 RTD，在机组 投产初期就出现大量的误报、 跳变以及机组跳闸等事故。 如某抽水蓄能电站投产初期一年内就因 RTD 异常引起机组非计划停运高达 14 次，严重影响到电网频率的稳定和事故调峰作用的发挥。 （2）RTD 延长导线磨损或外皮破裂。抽蓄机组 RTD 延长电缆根部折断或磨损现象十分普遍，根 部折断、磨损故障几乎占 RTD 故障的一半，有的直接断掉，有的外部绝缘层断开，如图 3 所示。这 是因为 RTD 长期浸泡在高速流动、长期振动的润滑油中，时间一长延长导线就会出现折断、磨损等 故障。
2
红线
RTD 铂引出电极 白线 白线 焊接处 外引出导线
图1
Pt100 热电阻接线示意图
1.2 抽水蓄能电站机组 RTD 使用特点 抽水蓄能电站机组常用 RTD 温度测点布置见图 2 所示。
图 2 抽水蓄能电站机组 RTD 测点布置图
抽水蓄能电站机组 RTD 测温系统具有如下的特点： （1）运行时间长、不易维护。轴承温度 RTD 通常安装在空间狭小不宜维护更换的地方，尽管机 组起停频繁（白天发电晚上抽水），但一般只有在大修时才有机会吊罩对轴承等 RTD 进行检修维护。 而按照状态检修要求，机组大修的周期将越来越长，这对 RTD 的长期稳定运行十分不利。 （2）重要程度高。推力轴承（包括上/下导轴承）是抽水蓄能电站机组的关键温度检测点，其中 的 RTD 又是监测推力轴承等运行状态的唯一手段，因此这些温度信号往往要求投保护，重要性不言 而喻。 （3）工作环境恶劣。还是以推力轴承、上/下导轴承 RTD 为例，RTD 及其引出导线长期浸泡在温 度较高的润滑油里，其油膜甩起的速度和冲击力很大，再加上机组的剧烈振动，会对 RTD 的正常使 用寿命造成一定的负面影响。 （4）强烈的电/磁场干扰。目前抽水蓄能电站机组的功率越来越大，最大容量已达到 300MW，其 产生的强电/磁场对测温系统的干扰非常严重，尤其对靠近发电机的上导和推力轴承等 RTD 测温元 件，容易受到干扰，导致测温信号不稳，而出现锯齿波、尖脉冲、跳变等异常现象。 （5）整个温度测量系统中间环节多，连接导线长。据笔者对某抽水蓄能电站调查，一套推力轴 承温度测量系统从 RTD 到监控中心长达 400 多米，中间经过了 5 个接线端子盒及不同长度的信号导 线，如此多的环节和信号导线，只要中间任何一个环节出现问题都会影响到温度测量系统的正常工 作。 2 抽水蓄能电站 RTD 测温系统常见故障 近年来，由于热工技术监督工作需要，笔者有幸参与了华东电网数个抽水蓄能电站机组 RTD 异 常故障原因的分析整治工作，发现抽水蓄能电站机组 RTD 测温系统普遍存在如下的问题：
抽水蓄能电站机组 RTD 常见故障原因分析及对策
高天云
1
杨
斌
2
1 华东电力试验研究院有限公司
2 华东宜兴抽水蓄能有限公司
[摘 要] 本文分析了华东地区几个抽水蓄能电站 RTD 测温元件及测温系统的常见故障，通过对失效 RTD 的解剖分析，掌握了失效原因，并根据解剖分析得到的结论，提出了完善和提高抽水蓄能电站 RTD 测温系 统可靠性措施。 [关键词] 抽蓄机组 RTD 故障 失效机理 分析 对策
T P S
其中：P——能量损失 I R； S——自热系数（k/mV） 。 由上式可见，工作电力的大小（I）与产生的温度偏差成正比。 RTD 测温有多种方法。一种是让电流通过 RTD 并测量其上电压的 2 线制方法。其优点是仅需要 使用两根导线，因而容易连接与实现。缺点是引线电阻会参与温度测量，从而引入一些误差。 另一种是 3 线制方法。其中虽然也采用让电流通过电阻并测量其电压的方法，但使用第三根线 可对引线电阻进行补偿。这需要有一个第三根线补偿测量单元，或将其从总的温度测量值上减去。 第三种方法是 4 线制方法。与其它两种方法一样，4 线制方法中也同样采用让电流通过电阻并 测量其电压的方法。但是从引线的一端引入电流，而在另一端测量电压。电压是在 RTD 上，而不是 和源电流在同一点上测量，这意味着将引线电阻完全排除在温度测量路径以外。换句话说，引线电 阻不是测量的一部分，因此不会产生误差。 RTD 具有一些明显优于其它测温器件的优点。例如，它是所有测温器件中最稳定及最精确的一 种，且其线性也比热电偶要好。 但 RTD 也有一些缺点，如它比热敏电阻和热电偶要贵，而且需要使用一个电流源。其ΔR 也较 小，这意味着用于测量温度变化的电阻也较小。当温度变化 1℃，RTD 可能只变化 0.1Ω。但如果采 用 2 线制法，则较低的绝对电阻也会引起测量误差。 目前，抽水蓄能电站机组使用的 RTD 普遍采用如图 1 所示的 Pt100，其连接方式往往采用 3 线制。 主要用于上下导轴承温度、推力轴承温度以及水导温度等的测量和控制。