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天荒坪抽水蓄能電站共有6 臺(tái)300MW 立式、同軸、單速、可逆式水泵水輪機(jī)——發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，承擔(dān)調(diào)峰、填谷、事故備用、調(diào)頻等功能，屬純抽水蓄能電站，機(jī)組能否正常運(yùn)行對(duì)整個(gè)華東電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全具有十分重要的意義。6 臺(tái)機(jī)組的主控設(shè)備為貝利公司的N90，所有的檢測(cè)儀表（如溫度、壓力、流量、液位等檢測(cè)儀表）均為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，這些產(chǎn)品來(lái)自不同國(guó)家和地區(qū)，品種繁多、規(guī)格雜亂，不僅備品備件的采購(gòu)周期長(zhǎng)，相互的替換性差，而且對(duì)故障的分析處理帶來(lái)極大的麻煩和不便。6 臺(tái)機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)到2001 年6 月止，因一次自動(dòng)化測(cè)溫元件RTD（鉑熱電阻）故障引起的停機(jī)次數(shù)達(dá)18 次。圖1 繪出了各臺(tái)機(jī)組RTD 故障引起的停機(jī)次數(shù)分布，其中3#機(jī)組RTD鉑熱電阻故障引起停機(jī)7 次，占39%。不同位置RTD（鉑熱電阻）的故障分布情況如圖2 所示，推力軸承RTD（鉑熱電阻）故障達(dá)7 次，占39%，空冷RTD鉑熱電阻故障4 次，占22%。在推力軸承的7 次RTD 故障中，3#機(jī)組RTD（鉑熱電阻）故障有6 次，占85.7%。是什么原因使3#機(jī)組推力軸承RTD（鉑熱電阻）故障率比其他機(jī)組要高？通過(guò)對(duì)表1 所列出的6 臺(tái)機(jī)組推力軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，3#機(jī)組推力軸承振動(dòng)幅度明顯高于其他機(jī)組，因此，筆者認(rèn)為劇烈、反復(fù)的振動(dòng)和沖擊是導(dǎo)致3#機(jī)組推力軸承RTD鉑熱電阻故障率高于其他機(jī)組的一個(gè)重要原因。為了弄清RTD（鉑熱電阻）故障原因，對(duì)故障RTD（鉑熱電阻）樣品進(jìn)行了測(cè)試、解剖和各種分析試驗(yàn)，以便在弄清失效機(jī)理的基礎(chǔ)上，尋求改進(jìn)措施，提高可靠性、延長(zhǎng)使用壽命。
二 失效判據(jù)和失效模式
天荒坪抽水蓄能電站使用的RTD（鉑熱電阻）均為進(jìn)口Pt100 三線制鉑熱電阻，其標(biāo)稱(chēng)電阻值R0=（100±0.005）O， 電阻溫度系數(shù)a=R100℃/R0℃=1.3850，其內(nèi)部接線如圖3所示。
失效判據(jù)是根據(jù)RTD（鉑熱電阻）產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和我國(guó)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8622-1997《工業(yè)鉑電阻技術(shù)條件及分度表》和檢定規(guī)程JJG229-1998《工業(yè)鉑、銅熱電阻》要求確定的。
失效不僅是指致命性破壞或*喪失功能，還包括性能降低（如性能參數(shù)漂移、材料退化變質(zhì)等）。但是，不管是何種失效，都有一個(gè)共同特點(diǎn)，即只要來(lái)自環(huán)境、工作條件等的能量積蓄一旦超過(guò)某個(gè)界限，元器件就開(kāi)始退化或被破壞。在這些環(huán)境和工作條件中，促使元器件退化的誘因一般稱(chēng)為“應(yīng)力”，元器件總是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才演變成失效的。如果說(shuō)應(yīng)力和時(shí)間是元器件失效的外因，那么導(dǎo)致元器件失效的內(nèi)因，即引起元器件失效的物理、化學(xué)或機(jī)械過(guò)程，則是元器件的失效機(jī)理。這實(shí)質(zhì)上是一種微觀變化，而表現(xiàn)為宏觀現(xiàn)象的過(guò)程，失效現(xiàn)象（指失效內(nèi)因的表現(xiàn)形式）或失效狀態(tài)的類(lèi)型稱(chēng)為失效模式。失效模式是可以觀測(cè)到的，而失效機(jī)理則不一定，但有可能通過(guò)各種理化分析找出來(lái)，例如開(kāi)路失效、短路失效、參數(shù)漂移等都是具體的失效模式。失效模式常分為突然失效和逐漸失效兩種主要類(lèi)型。元器件的失效模式和失效機(jī)理并不是固定不變的，它是儲(chǔ)存、使用、維護(hù)等環(huán)境（應(yīng)力）以及時(shí)間的函數(shù)，而且還與設(shè)計(jì)、處理、制造、試驗(yàn)（篩選）等條件密切相關(guān)。因此，探明失效機(jī)理，無(wú)論在理論還是生產(chǎn)實(shí)踐上，都具有十分重要的意義。
天荒坪抽水蓄能電站使用的RTD鉑熱電阻主要有兩種形式：鉑絲繞制而成的RTD鉑熱電阻、鉑質(zhì)薄膜RTD。為了弄清RTD（鉑熱電阻）失效機(jī)理，對(duì)已失效的RTD（鉑熱電阻）進(jìn)行了分類(lèi)，并在恒溫油槽中測(cè)量了失效RTD（鉑熱電阻）在R0℃、R20℃、R100℃3 個(gè)溫度點(diǎn)的電阻值，表2 列出了失效模式分類(lèi)和測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)。
第五類(lèi)樣品的失效機(jī)理
（1）對(duì)鉑絲繞制而成的RTD（鉑熱電阻），如果封裝工藝不嚴(yán)格或填充物不致密，則其在軸向和徑向經(jīng)受重復(fù)性振動(dòng)或沖擊時(shí)，會(huì)導(dǎo)致繞制在骨架上的鉑絲被壓縮或與不銹鋼外套相接觸，導(dǎo)致相鄰鉑絲間相互接觸或短路，zui終使阻值減小。
（2）RTD（鉑熱電阻）的絕緣電阻是一個(gè)不容忽視的技術(shù)指標(biāo)，常溫下RTD（鉑熱電阻）的絕緣電阻通常在100MO 以上，如果絕緣電阻變小則會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)較大的誤差。但是在高溫下，由于測(cè)溫元件骨架和引出線絕緣瓷管中的離子導(dǎo)電，造成絕緣下降，導(dǎo)致在鉑電阻絲之間以及引出線之間產(chǎn)生分流和漏電現(xiàn)象，使電阻值變小。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在以玻璃、陶瓷材料為骨架的測(cè)溫元件中，若制作過(guò)程控制不嚴(yán)格，其高溫絕緣電阻可能只有幾百到幾萬(wàn)歐姆。
如圖4 所示，由于測(cè)溫元件骨架和引出線瓷管絕緣電阻下降，在鉑絲1 之間以及引出線2 之間猶如并聯(lián)了R1、R2、R3??Rn 電阻，形成了分流電路。圖5為圖4 的等效電路，Rt 為測(cè)溫元件電阻；RJ 為R1、R2、R3?? Rn 的等效電阻。
由圖5 可得：

式中，dR/dt 為在溫度為t 時(shí)的微分電阻值（O/℃）。

根據(jù)式（4）計(jì)算得到的Pt100 高溫絕緣電阻下降引起的溫度誤差如表3 所示。

（3）RTD（鉑熱電阻）在高溫下使用時(shí)，由于金屬的擴(kuò)散揮發(fā)，會(huì)在測(cè)溫元件的鉑絲之間或在引出線的絕緣瓷管內(nèi)覆蓋一層金屬膜而產(chǎn)生分流現(xiàn)象，使絕緣電阻下降；另外，使用時(shí)間較長(zhǎng)的鉑電阻測(cè)溫元件骨架材料絕緣性能的變壞以及填充絕緣材料（如氧化鎂粉）的受潮，也會(huì)引起絕緣電阻下降，造成RTD（鉑熱電阻）的測(cè)量誤差。
（4）剖開(kāi)不銹鋼外套，取出RTD（鉑熱電阻）測(cè)溫元件，將測(cè)溫元件置于電鏡下檢查發(fā)現(xiàn)，鉑引出電極與外引出導(dǎo)線間焊接處的塑料絕緣套管已磨損，兩電極已短接，使RTD 輸出阻值為0。