某种高压电动机的温度测量及保护方式的优化

某种高压电动机的温度测量及保护方式的优化

李泽方

山东省海阳市大辛家 265116

摘要：

某电厂高压电动机温度使用RTD元件进行测量，将电动机的轴承温度及绕组温度送入保护装置后参与保护及相关的控制系统显示。受限于保护装置的抗干扰能力及RTD测量回路的原理，回路中的干扰会导致保护装置的温度采样出现异常。温度采样异常会对保护及系统监盘造成很大的干扰，可能出现设备误动等异常情况。

本文主要针对某电厂现场出现的RTD温度采样跳变问题，分析可能原因，总结解决方法。

关键词：

高压电动机 RTD 温度跳变

1.引言

某电厂高压电动机保护使用的电动机保护装置配置有RTD温度元件，可实现电动机轴承温度及绕组温度的采样并设置温度相关报警及跳闸。保护装置在收到温度采样后，经过通讯装置将采样值送至主控室，作为主控监盘、参与PLS逻辑等使用。

温度测点可选择内部RTD模块或外部RTD模块输入。当选配了内部RTD模块时，则需要将温度探头的采样量，通过屏蔽电缆引入RTD输入端子；若选择外部RTD模块时，需配置专门的RTD温度模块中转装置，使用屏蔽电缆将RTD接入此装置，再使用光纤接入保护装置。

自机组投入运行以来，多次出现高压电动机在运行状态下温度测点跳变的情况，跳变主要有以下两种情况：

温度测点由正常温度直接跳变为DDS显示值的上限值或下限值，保护装置报温度测点失效；可能同时出现多组测点跳变并同时返回；

温度测点出现跳变，但仍在-50℃~250℃之间。

温度跳变对运行监盘造成了极大干扰，且曾出现过跳变后的温度超过跳闸值的情况，严重影响运行决策，威胁设备安全。

2.分析

2.1.RTD接线方式

高压电动机RTD采用四线制PT100感温元件，保护装置采用三线制接法。取RTD的红线接入保护装置的+端，两条白线分别接入保护装置的-端及RTN端，RTN端作为补偿线，在计算时补偿由于线路过长导致的RTD测量误差。

RTD信号通过屏蔽电缆直接接入保护装置，屏蔽电缆的屏蔽层与补偿线一起接入RTN端，RTN端子与保护装置的外壳一起接地。受限于保护装置的RTD测温元件的功耗，对接线的电缆线径、长度及阻值都有明确的要求。若RTD安装位置过远，则可以使用RTD温度模块中转，使用光纤通讯解决距离过长的问题。

2.2.RTD测温原理

此电动机保护装置的RTD测温元件工作温度在-50℃到250℃之间，对应阻值变化范围在80Ω~198Ω之间。若阻值低于80Ω，保护装置显示RTD回路短路，同时报温度测点失效；若阻值高于198Ω，保护装置显示RTD回路开路，同时报温度测点失效。

通过测量+/-之间电压，确定RTD电阻，进而换算成相应的温度。计算方法参考图1。假定接入装置的三条导线长度、线径、环境温度等大致相同，此时的导线电阻RLEAD基本相等。装置内进行如下计算：

图1 装置RTD采样原理

计算得出的1/2之间的电压基本就能代表现场RTD的电阻，进而换算成温度。此算法下导线的长度对温度测量影响最小。

试验室内根据上述RTD原理搭设试验回路，进行验证。设置RRTD=140Ω，RLEAD=40Ω，同时对回路使用示波器使用通道A监视1-3信号波形，使用通道B监视2-3信号波形。

A电压波形一个周期为2.4s左右，矩形波脉宽为560ms；B电压矩形波脉宽为560ms。一个计算周期持续9.4s左右，其中A脉冲共4个，B脉冲1个。

2.3.DDS显示值

DDS中的电动机温度测点为保护装置通过通讯方式传送，由于温度测量范围为-50℃~250℃之间。主控显示的跳变温度，均是出现温度测点失效后导致。

根据模拟结果以及保护装置的采样原理，可知保护装置计算温度实现的方式为A波形减去B波形的电压，再以电压反应温度的变化。

2.4.现场问题分析

自2018年以来，共发生过55次温度跳变情况。

（1）中压电机温度跳变均为短时过程，持续1-10秒后均会返回正常值。

（2）中压电机温度飘高分为三种情况：

温度跳变至-32768℃；

温度跳变至32767℃；

温度跳变至某一值。如：温度飘高至132℃，且持续10秒。

对现场电动机RTD波形较试验室波形有不同程度的畸变。现场波形明显存在很大的干扰，在试验室模拟不同的电阻变化及干扰信号对RTD测温元件的影响。

2.5.RTD温度跳变模拟试验

对回路施加干扰来模拟现场故障状态。对回路施加直流干扰，仍然使用图1回路进行测试。

正常温度变化（温度在-50℃~250℃之间），通过改变RRTD、RLEAD的电阻值，改变A/B波形电压，进行模拟试验。试验方法为保持RLEAD（RRTD）电阻值不变，增大RRTD（RLEAD）的值，然后恢复至原始值，观察保护装置读数变化如下：

(1)RRTD变化、RLEAD不变时：

增大RRTD的值，温度在下个通道A波形触发时发生变化，装置读数变大；

降低RRTD的值，温度在下个通道A波形触发时发生变化，装置读数恢复；

(2)R

LEAD变化、RRTD不变时：

增大RLEAD的值，温度无变化，在下个通道B波形触发时发生变化，装置读数变小；

降低RLEAD的值，温度无变化，在下个通道B波形触发时发生变化，装置读数恢复；

经过多次试验后，可以推测装置温度采样根据1-3、2-3之间电压进行计算：

通道A电压发生变化时，温度进行实时变化；

若通道A电压不变，通道B电压不变化，则温度不变，与电阻变化无关；若通道B电压发生变化，温度立即变化。

2.6.小结

经过上述试验可知，保护装置温度采样是依据A/B波形电压计算。

若A/B波形电压计算温度超过量程，则出现温度测点失效报警，温度测点失效持续的时间为下个B波触发，因此跳变时间不超过9.4s；

若A/B波形电压计算温度不超量程，且干扰出现在A波形，则在下一个正常的A波形触发时，温度恢复正常，因此跳变持续时间不超过2.4s；

若A/B波形电压计算温度不超量程，且干扰出现在B波形，则在下一个正常的B波形触发时，温度恢复正常，因此跳变持续时间不超过9.4s；

DDS系统温度采样周期为1s，现场情况基本与模拟试验一致。

3.解决方案

3.1.消除干扰

因现场环境复杂、强弱干扰时有存在，对弱信号电缆的干扰比较严重。在对现场开关柜内RTD电缆的屏蔽接地进行了排查及改造后，效果并不理想。

现场实践中，在开关柜内增加RTD温度模块进行试验，现场RTD电缆进入开关柜后接入模块，再经光纤接入保护装置。此电机的温度跳变频次由高峰期一个月4-5次变为稳定运行两年内无跳变，大大提高了设备运行的可靠性。

3.2.抑制报警

保护装置在设计过程中考虑到干扰的情况，故在RTD的保护部分已经做了滤除、延时等处理，以确保RTD保护元件不会出现误动等状况。在出现温度测点失效报警时，装置自动闭锁温度保护跳闸；在温度超过跳闸值后，延时10s保护出口。在确保保护不会误动的前提下，对报警进行抑制可以有效的消除运行的监盘负担。

使用内部的逻辑编程的方式，将保护装置采集到的短时间的RTD跳变温度进行抑制。在温度出现跳变时，仍上传跳变之前的温度，若持续时间超过设定值（根据原理，跳变不应超过10s），则将温度测点失效后的至上传至主控，提示主控就地RTD回路出现问题。同时PLS可以考虑将温度报警的范围设置在-50℃~250℃之间，减少非必要的报警。

3.3.提升冗余

针对定子绕组温度跳闸，目前普遍配置有6组RTD测点，可根据电动机的RTD备用原则，有针对性的选择2取2或3取2的逻辑实现跳闸或者报警。由于定子绕组的温度保护作为电量保护的后备保护，在出现定子温度高等问题时，一般电气量保护已经出现变化，因此可以根据评估结果选择投报警。

4.总结

出现的高压电动机RTD温度跳变现象与现场复杂的电磁环境有直接的关系，在机组正常运行期间频繁发生，查找原因及处理难度极大，对机组的正常运行产生了较大影响。因此建议在后续的设计中综合考虑装置选型、保护配置、安装位置等情况，在设计阶段将此类问题进行充分论证，避免问题的产生。

参考文献：

[1].中国电力企业联合会. GB 50217-2018 电力工程电缆设计标准规定[S] 北京：中国计划出版社, 2018