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天荒坪抽水蓄能电站RTD(铂热电阻)失效机理分析

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  天荒坪抽水蓄能电站RTD(铂热电阻)失效机理分析RTD(铂热电阻)故障失效机理可靠性测温元件

  一概述

  天荒坪抽水蓄能电站共有6台300MW立式、同轴、单速、可逆式水泵水轮机——发电电动机组,承担调峰、填谷、事故备用、调频等功能,属纯抽水蓄能电站,机组能否正常运行对整个华东电网的稳定、安全具有十分重要的意义。6台机组的主控设备为贝利公司的N90,所有的检测仪表(如温度、压力、流量、液位等检测仪表)均为国外进口产品,这些产品来自不同国家和地区,品种繁多、规格杂乱,不仅备品备件的采购周期长,相互的替换性差,而且对故障的分析处理带来麻烦和不便。6台机组自投产以来到2001年6月止,因一次自动化测温元件RTD(铂热电阻)故障引起的停机次数达18次。图1绘出了各台机组RTD故障引起的停机次数分布,其中3#机组RTD铂热电阻故障引起停机7次,占39%。不同位置RTD(铂热电阻)的故障分布情况如图2所示,推力轴承RTD(铂热电阻)故障达7次,占39%,空冷RTD铂热电阻故障4次,占22%。在推力轴承的7次RTD故障中,3#机组RTD(铂热电阻)故障有6次,占85.7%。是什么原因使3#机组推力轴承RTD(铂热电阻)故障率比其他机组要高?通过对表1所列出的6台机组推力轴承振动数据分析发现,3#机组推力轴

  承振动幅度明显高于其他机组,因此,笔者认为剧烈、反复的振动和冲击是导致3#机组推力轴承RTD铂热电阻故障率高于其他机组的一个重要原因。为了弄清RTD(铂热电阻)故障原因,对故障RTD(铂热电阻)样品进行了测试、解剖和各种分析试验,以便在弄清失效机理的基础上,寻求改进措施,提高可靠性、延长使用寿命。

  二失效判据和失效模式

  天荒坪抽水蓄能电站使用的RTD(铂热电阻)均为进口Pt100三线制铂热电阻,其标称电阻值R0=(100±0.005)O,电阻温度系数a=R100℃/R0℃=1.3850,其内部接线如图3所示。失效判据是根据RTD(铂热电阻)产品的技术指标和我国专业标准JB/T 8622-1997《工业铂电阻技术条件及分度表》和检定规程JJG229-1998《工业铂、铜热电阻》要求确定的。失效不仅是指致命性破坏或完全丧失功能,还包括性能降低(如性能参数漂移、材料退化变质等)。但是,不管是何种失效,都有一个共同特点,即只要来自环境、工作条件等的能量积蓄一旦超过某个界限,元器件就开始退化或被破坏。在这些环境和工作条件中,促使元器件退化的诱因一般称为“应力”,元器件总是经过一定时间才演变成失效的。如果说应力和时间是元器件失效的外因,那么导致元器件失效的内因,即引起元器件失效的物理、化学或机械过程,则是元器件的失效机理。这实质上是一种微观变化,而表现为宏观现象的过程,失效现象(指失效内因的表现形式)或失效状态的类型称为失效模式。失效模式是可以观测到的,而失效机理则不一定,但有可能通过各种理化分析找出来,例如开路失效、

  短路失效、参数漂移等都是具体的失效模式。失效模式常分为突然失效和逐渐失效两种主要类型。元器件的失效模式和失效机理并不是固定不变的,它是储存、使用、维护等环境(应力)以及时间的函数,而且还与设计、处理、制造、试验(筛选)等条件密切相关。因此,探明失效机理,无论在理论还是生产实践上,都具有十分重要的意义。

  天荒坪抽水蓄能电站使用的RTD铂热电阻主要有两种形式:铂丝绕制而成的RTD铂热电阻、铂质薄膜RTD。为了弄清RTD(铂热电阻)失效机理,对已失效的RTD(铂热电阻)进行了分类,并在恒温油槽中测量了失效RTD(铂热电阻)在R0℃、R20℃、R100℃3个温度点的电阻值,表2列出了失效模式分类和测试结果数据。


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