刘烽炎 丁佰军 梁锦凤
中国电建集团江西省电力建设有限公司 江西南昌 330001
【摘 要】在火力发电厂中，热工测量是运行人员的耳目，通过热工测量可以及时反映热力设备及系统的运行状态，为运行人员提供操作依据，为热工自动控制准确地、及时地提供测量信号，保证热力设备安全、经济运行，实现自动控制，节省人力、物力。热工测量是测量技术中的一种，是指在热工过程中对各种热工参数，如温度、压力、流量、振动、转速、物位及位移等的测量，热工仪表就是用来进行热力参数测量和控制的仪表。测量温度仪表有热电偶、热电阻、双金属温度计、压力式温度计等。
【关键词】热工测量 温度计 补偿导线 保护 动作
1 引言
温度是衡量物体冷热程度的物理量。从能量角度来看温度是描述不同自由度间能量分析状况的物理量；从热平衡的观点看，温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。它反映物体内部分子热运动的情况，分子热运行越快，物体的物体的温度就越高，反之温度就越低。温标是为了保证温度量值的统一和准确而建立的一个用来衡量温度的标准尺度。目前世界上使用的为1990国际温标，它有热力学温度（单位K）和摄氏温度(单位℃)两种表示方法。
热电偶利用的是热电效应原理。两种不同的金属相互接触时，其接触端与非接触端的温度若不相等，则在两种金属之间产生的电位差称为热电势。在两种不同的导体或半导体组成的闭合回路中，当两个接点所处的温度不同时，回路中，就会产生电动势（热电势），这种现象叫做热电效应。
两种不同成份的导体，两端经焊接，形成回路，直接测量端叫工作端T1（热端）接线端子端叫冷端T0，当热端和冷端存在温差时，就会在回路里产生微小的电流，接上显示仪表，仪表上就会指示所产生的热电势的对应温度值，热电势随温度升高而增长。
在实际应用中，将两种不同成份的导体的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度T1处，而将参考端T0分开，用导线或补偿导线接入温度仪表，如果保持参考端接点温度T0稳定。温度仪表所测电势只随被测温度T1而变化。
由各种不同金属或合金材质组成的热电偶，具体用不同的分度号来区分，因此，不同分度号的热电偶在不同的温度时就对应有不同的热电势。热电偶产生的热电动势，其大小只与电极材料与两端的温差有关，而与热电极的长度和直径的粗细无关。
考虑到热电偶材料是贵金属不能做得很长，节约材料费用就需采用补偿导线，补偿导线实际上是一对在规定温度范围内0-100℃使用的热电偶丝；采用与热电偶电极材料相同的金属材料或在一定温度范围内，热电特性与所配接的热电偶相同，且价格低廉的金属材料作成，补偿导线可延长参考端温度，可在测温中作为热电偶与二次仪表的连接导线使用。
补偿导线必须与相应的热电偶配用；补偿导线有正负极性，不能接错；补偿导线与热电偶连接点温度不能超过所规定的使用范围。
2 问题概述及原因分析
广东某2×660MW电厂#1机组在整套启动试运行过程中，因集电环轴瓦温度（8号轴瓦温度）随机组运行持续走高，且温升曲线无突变，无下降趋势，在即将突破机组危机遮断动作值时，由试运行总指挥下令汽轮机手动打闸，防止因汽轮机集电环轴瓦温度（8号轴瓦温度）持续升高烧毁8号轴瓦。打闸后，8号瓦在润滑油的冷却作用下，温度逐渐下降，温度下降曲线与其他轴瓦温度下降曲线趋势类似，但相对温度偏高。系统调试人员在逐一检查完后台设置、线缆连接、就地接线后，未找到导致8号瓦温偏高的原因，#1机组试运行停滞。
在#2汽轮机组轴瓦安装准备工作中发现：#1至#5号轴瓦金属温度图纸设计均为K分度，三分支热电偶，#6至#8轴瓦即发电机汽端轴瓦温度、发电机励端轴瓦温度、集电环后轴瓦温度设计均为Pt100，双支热电阻，相应的#1至#5号轴瓦金属温度至DEH电缆设计均为K分度补偿导线，#6至#7轴瓦至DEH电缆均设计为三芯热电阻计算机电缆，#8轴瓦至DEH电缆设计为K分度补偿导线。
设计在设计集电环后轴瓦温度（8号轴瓦温度）环节时，测量元件与信号线不匹配，存在设计失误；
整理厂供测温元件时，#1至#7轴瓦测温元件与设计型号相符，#8轴瓦温度与集电环轴瓦随励磁机整装发货，测温元件预装在装置内，尚未开盖，无法判断；但查阅厂供图纸及设备清单发现：#8轴瓦温度测温元件图纸及清单型号均标示为WRET3-601A三支轴承热电偶（E分度）。在机务安装#8轴瓦解体过程中，拆除#8轴瓦测温元件，通过外观观察：测温元件由棕黄色外皮包裹，分三组，每组由红色、棕色两芯组成，初步判断测为E分度热电偶。将测温元件送至热工试验室校验，根据温度与热电势特性曲线判断，该测温元件为E分度热电偶。厂供测温元件与设计测温元件不符；
查看对应DEH侧接线端子，接线处卡件类型模块为AIT，为热电偶专用卡件。
2.1 原因分析
K型热电偶由于有较好的高温抗氧化性，可适用于氧化性或中性介质中。它可长期测量1000℃的高温，短期可测到1200℃。重复性很好，产生的热电势大，因而灵敏度很高，而且它的线性很好。虽然其测量精度略低，但完全能满足工业测温要求，所以它是工业上最常用的热电偶。
E型热电偶的特点：热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的温度变化。灵敏度大，但是对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较低的环境。E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中，广泛为采用，该热电偶的使用温度为-200~900℃。
热电偶温度和热电势之间对应关系可以列为一个格，称为分度表。通过比较K型热电偶与E型热电偶分度表，E分度热电偶80℃时对应的热电势为4983uV，90℃时对应的热电势为5646uV；K分度热电偶80℃时对应的热电势为3266uV，90℃时对应的热电势为3681uV。在一定温度区间，相同温度下，E分度热电偶产生热电势比K分度热电偶产生热电势更高；不同温度下，热电势变化更大。查看控制系统后台设置，所有参数均按K分度热电偶设置。
2.2 原因排查
通过对相关资料的收集、整理，初步判断因设计测温元件与厂供测温元件不符导致#8轴瓦温度升高。通过在就地用信号发生器模拟K分度热电偶发送模拟量信号至DEH柜，后台温升曲线与#1-#5轴瓦温度温升曲线基本相同；重新对整个DEH后台相关设置进行检查，未发现错误设置；重新核对设计院与设备厂家图纸，以及后台数据，设计院在相关图纸中将#8轴瓦设计成热电阻，但就地接线盒至DEH柜连接线缆设计为K分度补偿导线，DEH柜内相应接线位置为AIT热电偶控制卡件，同时后台相关数据均按K分度热电偶设置；再次核实厂供图纸及设备清单以及所供测温元件，确定厂供测温元件为E分度热电偶。
4 问题解决方案
根据实际情况，提出以下三种解决方案：
1）按照设计院设计测温元件为热电阻，要求厂家按照设计院设计测温元件为热电阻重新供货，重新设计、敷设就地控制箱至DEH控制柜电缆，重新规划该测点在DEH柜内布置位置，将在AIT热电偶控制卡件更改至RTD热电阻控制卡件，重新更改后台设置，将后台相关数据按热电阻设置；
2）以厂家所供E分度测温元件为准，更改就地控制箱至DEH控制柜电缆，将K分度补偿导线更改为E分度补偿导线，并重新更改后台设置，将后台相关数据按E分度热电偶设置；
3）要求厂家将#8瓦测温元件更换为K分度热电偶，要求设计院将原设计测温元件热电阻设计变更为K分度热电偶，补偿导线及DEH柜接线位置，后台设计均保持不变。
5 结束语
业主召开多次协商会议后，决定采用第三种方案。#1号机组在按第3种方案采取措施后，开机前信号模拟，#8轴瓦温度温升曲线正常；重新启动后，#8轴瓦温度显示正常。#2机组整套启动过程中未出现因#8轴瓦温度偏高而导致的非计划停机。该问题得到解决。
参考文献
[1]朱小良，方可人编著. 热工测量及仪表．北京：中国电力出版社，2011.6
[2] 黄坚编著. 自动控制原理及其应用．北京：高等教育出版社，2009
[3] 上海汽轮机厂供图纸及设备清单
[4] 设计院控制系统图纸