Temperaturmessung in Wasserkraftwerken: An diesen 6 Punkten müssen PT100-Sensoren verwendet werden.
In Temperaturmesssystemen für Wasserkraftwerke sind PT100-Platin-Widerstandsthermometer nahezu Standard. Wussten Sie aber, dass nicht alle Messpunkte den Einsatz eines PT100 erfordern? Die Wahl des falschen Sensors kann zu Problemen führen, die von geringfügigen Datenabweichungen und Fehlalarmen bis hin zu schwerwiegenden Folgen wie Lagerschäden oder Anlagenstillstand reichen. An welchen Messpunkten muss also ein PT100-Sensor verwendet werden? Pt100-SensorUnd welche wichtigen Aspekte sollten bei der Auswahl dieser Sensoren berücksichtigt werden? Dieser Artikel bietet eine umfassende Erklärung zu all diesen Aspekten.
I. Die seit langem bestehende Herausforderung der Temperaturmessung in Wasserkraftwerken
Viele Mitarbeiter im Bereich Betrieb und Wartung von Wasserkraftwerken kennen folgendes Szenario: Die Temperaturanzeige des Prozessleitsystems (DCS) springt plötzlich auf Vollausschlag von 300 °C; beim Öffnen der Isolierhülse stellt sich heraus, dass die Zuleitung des PT100-Sensors durch Eintauchen in den Öltank beschädigt wurde; oder obwohl die tatsächliche Lagertemperatur bereits 75 °C beträgt, zeigt das System nur 42 °C an – aufgrund von Kondensation in der Isolierhülse des Temperaturmessgeräts, was zu einer unzureichenden Wärmeübertragung führt. Noch problematischer ist, dass einige ältere Kraftwerke noch Cu50-Kupferwiderstände verwenden, die ungenau sind, anfällig für Beschädigungen sind und häufig Fehlalarme und Abschaltungen auslösen.
Die Hauptursache des Problems liegt in der Auswahl eines ungeeigneten Sensortyps für die Temperaturmessung oder in einer Installationsmethode, die die Betriebsbedingungen nicht erfüllt. Die Norm DL/T 1107-2019 „Grundlegende technische Bedingungen für Automatisierungskomponenten in Wasserkraftwerken“ legt ausdrücklich fest, dass Thermistoren für die Temperaturmessung in Wasserkraftwerken vorzugsweise … sein sollten. Pt100-SensorSie verfügen über eine Genauigkeitsklasse A und eine Dreileiter-Ausgangskonfiguration. Die genauen Anforderungen können jedoch je nach Messpunkt variieren.
II. Für diese 6 kritischen Temperaturmesspunkte müssen PT100-Sensoren verwendet werden.
1. Temperatur des Axiallagers – die „Lebensader“ des Antriebsstrangs
Das Axiallager trägt alle axialen Lasten der Anlage und ist der wichtigste Temperaturüberwachungspunkt für Wasserkraftgeneratoren. Gemäß GB/T 11805 muss jedes Axiallager großer und mittelgroßer Anlagen mit zwei PT100-Sensoren (redundant) ausgestattet sein, wobei ein Sensor der Überwachung und der andere der Schutzauslösung dient. Der Alarmschwellenwert liegt typischerweise zwischen 65 und 75 °C, der Auslöseschwellenwert zwischen 85 und 90 °C.
Warum muss der PT100 verwendet werden? Weil die Temperaturüberwachung des Axiallagers für die Sicherheit der Anlage von entscheidender Bedeutung ist und eine Genauigkeit der Klasse A (±0,15 + 0,002 |t| °C) sowie Langzeitstabilität erfordert. Das Platin-Widerstandsthermometer PT100 weist eine minimale Drift auf – seine Widerstandsänderung über 50.000 Stunden beträgt
2. Temperaturen der oberen, unteren und Wasserführungslager – die drei „Wächter“
Die Führungslager begrenzen die radiale Spindelverschiebung. Jedes der drei Führungslager (oberes Führungslager, unteres Führungslager und Wasserführungslager) ist mit 4–10 PT100-Temperaturfühlern ausgestattet. Eine Doppellagerkonfiguration ist erforderlich. Die Zuleitungen müssen ohne Verbindungsstellen direkt nach außen geführt werden. Zum Schutz vor Ölverunreinigungen und Vibrationen sind geschirmte Kabel zu verwenden.
Die größte Herausforderung vor Ort ist der kontinuierliche Ölfluss im Führungslager-Öltank in Verbindung mit Wellenlagervibrationen. Dies kann leicht zu Ölleckagen oder Kontaktausfällen am hinteren Stecker der Standardsensoren führen. Daher muss der PT100 eine wurzelversiegelte Schweißkonstruktion aufweisen, und die Verkabelung muss aus ölbeständigem Fluorpolymer anstelle von herkömmlichem PVC-Kabel bestehen.
3. Öltemperaturen im Öltank – das „Thermometer“ für den Zustand der Lager
Jede der oberen Ölführungsnuten, der unteren Druckölführungsnut und der wassergeführten Ölführungsnut ist mit zwei PT100-Sensoren zur Überwachung der Öltemperatur (kalt und warm) ausgestattet. Eine ungewöhnlich hohe Öltemperatur deutet häufig auf Lagerverschleiß hin und ermöglicht eine frühzeitige Warnung vor dem Auslösen des Lagertemperaturalarms. Das Öltemperaturüberwachungssystem der Ölführungsnuten benötigt ölbeständige PT100-Sensoren mit hoher Isolationsfähigkeit (Isolationswiderstand > 100 MΩ). Als Hülsenmaterial wurde Edelstahl SUS316 gewählt.
4. Statorwicklungstemperatur – die „Schutzmauer“ gegen Kurzschlüsse
Die Temperaturüberwachung der Statorwicklungen von Generatoren hat direkten Einfluss auf die Lebensdauer der Isolation und die Kurzschlusssicherheit. Normen schreiben vor, dass PT100-Sensoren an der Ober-, Mittel- und Unterseite der Statorstäbe gleichmäßig über den Umfang verteilt installiert werden müssen. Bei Generatoren mit hoher Leistung können hierfür bis zu 12–24 Temperaturmesspunkte erforderlich sein. Die Norm DL/T 1107-2019 legt ausdrücklich fest, dass die maximale Betriebstemperatur für PT100-Sensoren an den Statorpositionen ≥ 150 °C betragen muss.
Hinweis: Bei einigen bestehenden Einheiten werden zur Stator-Temperaturmessung Thermoelemente vom Typ T verwendet; alle neu gebauten Einheiten wurden jedoch vollständig auf die Verwendung von PT100-Sensoren umgerüstet, da PT100-Sensoren eine höhere Genauigkeit bieten, keine Kaltstellenkompensation benötigen und im Vergleich zu Thermoelementen eine weitaus bessere Langzeitstabilität aufweisen.
5. Statorkerntemperatur – überwacht die Kernüberhitzung
Das Statorkern-Temperaturüberwachungssystem dient der Erkennung lokaler Überhitzung und der Verhinderung eines Kerndurchbrennens. Typischerweise werden mehr als sechs PT100-Temperatursensoren gleichmäßig über die Kernzähne und den Jochbereich verteilt installiert. Die PT100-Sensoren müssen eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und eine thermische Ansprechzeit von ≤ 60 s aufweisen, um Temperaturänderungen umgehend zu erfassen.
6. Luftkühler: Kalt- und Warmlufttemperaturen – ein „Barometer“ für die Kühlleistung
Jeder Ein- und Auslass des Luftkühlers ist mit einem PT100-Sensor zur Überwachung der Temperaturen der kalten und warmen Luft ausgestattet; große Geräte verfügen typischerweise über 12 Temperaturmesspunkte (6 + 6). Die Kühlleistung des Luftkühlers wird durch die Temperaturdifferenz zwischen kalter und warmer Luft bestimmt; eine Verringerung dieser Temperaturdifferenz deutet auf eine sinkende Kühlleistung oder eine mögliche Verstopfung hin. Die an dieser Stelle installierten PT100-Sensoren müssen mindestens die Schutzart IP65 aufweisen, um den Anforderungen feuchter Umgebungen standzuhalten.
III. Übersicht über die Verteilung der PT100-Temperaturmesspunkte im Wasserkraftwerk
IV. Parametertabelle für die PT100-Auswahl an wichtigen Temperaturmesspunkten in Wasserkraftwerken
| Temperaturmessstelle | Temperaturbewertung | Genauigkeitsklasse | Verkabelungssystem | Alarmschwelle (°C) | Reisewert (℃) |
| Temperatur des Axiallagers | Pt100 | Note A | Dreileitersystem / Zweipolig | 65–75 | 85–90 |
| Temperatur der Führungslagerwelle | Pt100 | Note A | Dreileitersystem / Zweipolig | 60–70 | 80–85 |
| Öltank-Temperaturen (heißes und kaltes Öl) | Pt100 | Note A | Dreidrahtsystem | 50–55 | 60–65 |
| Statorwicklung | Pt100 | Note A | Dreileitersystem / Zweipolig | 90–100 | 120–130 |
| Statorkern | Pt100 | Note A | Dreidrahtsystem | 80–90 | 100–110 |
| Luftkühler: Kaltluft und Warmluft | Pt100 | B-Klasse | Dreidrahtsystem | 40–45 | 50–55 |
V. 3 Wichtige Tipps zur Vermeidung häufiger Fehler bei der Auswahl von PT100-Sensoren
- Für die Messung der Wellenlagertemperatur ist die gepanzerte Dichtung zu wählen; die rückseitige Anschlusskonstruktion ist nicht geeignet. Der Öltank ist dauerhaften Vibrationen und dem Eintauchen in Turbinenöl ausgesetzt; die Anschlusskonstruktion wird daher mit der Zeit zwangsläufig Öl verlieren oder sich lösen. Das Zuleitungskabel muss einteilig und fugenlos sein und an seinem Wurzelbereich lasergeschweißt abgedichtet werden.
- Das Dreileitersystem dient als Referenz, während das Vierleitersystem eine höhere Genauigkeit bietet. Das Dreileitersystem kann Leiterwiderstandsfehler (Abweichungen von mehr als ±5 °C) kompensieren; daher wird für wichtige Messpunkte an mittelgroßen und großen Anlagen die direkte Verwendung des Vierleitersystems empfohlen. Verzichten Sie auf das Zweileitersystem, nur um Aufwand zu sparen – Fehler bei der Fernübertragung können 10 °C überschreiten.
- Für die Chipauswahl empfiehlt sich das Sputter-Photolithographieverfahren mit einer Pt100-Dünnschicht; drahtgewickelte Widerstände sind nicht geeignet. Dünnschichtchips weisen im Vergleich zu drahtgewickelten Widerständen eine deutlich höhere Vibrations- und Stoßfestigkeit sowie Langzeitstabilität auf, mit einer Drift von
VI. Überlassen Sie professionelle Angelegenheiten professionellen Sensoren.
Das Temperaturmesssystem in Wasserkraftwerken dient als letzte Sicherheitsmaßnahme für die Anlagensicherheit; daher muss die Auswahl der PT100-Sensoren mit größter Sorgfalt erfolgen. Weilian Fengran Sensing Technology ist spezialisiert auf die Forschung, Entwicklung und Herstellung von PT100-Sensoren. TemperatursensorenDie speziell für Wasserkraftwerke entwickelten PT100-Sensoren verwenden importierte Dünnschichtchips, gepanzerte Dichtungsstrukturen und ölbeständige Fluorkunststoffleiter; diese Produkte entsprechen den Normen IEC 60751 und JB/T 8622 und sind in zahlreichen Wasserkraftwerksprojekten stabil im Einsatz.
Wenn Sie eine PT100-Temperaturmesslösung für Wasserkraftwerke benötigen oder Unterstützung bei der Produktauswahl wünschen, wenden Sie sich bitte an unser technisches Team, um maßgeschneiderte Temperaturmesslösungen zu erhalten.