光纖測(cè)溫在水電站發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的應(yīng)用研究摘要：水電站工程中，對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)觀測(cè)是保障機(jī)組正常運(yùn)行的關(guān)鍵。本文以豐滿水電站重建工程發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的測(cè)溫應(yīng)用為例，通過(guò)傳統(tǒng)熱電阻測(cè)溫與光纖測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)比分析，提出光纖測(cè)溫在水電站發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的應(yīng)用的技術(shù)方法，旨在為類似工程運(yùn)行狀態(tài)掌控提供參考。關(guān)鍵詞：光纖測(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫關(guān)鍵技術(shù)

應(yīng)用引言目前在我國(guó)水電站建設(shè)中，為了對(duì)水電站發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掌握，使用的方式之一是在發(fā)電機(jī)定子內(nèi)安裝熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)測(cè)溫電阻溫度值的比較，雖然可以很好反應(yīng)定子的運(yùn)作情況是否有異常，但是測(cè)溫點(diǎn)相對(duì)較少，而且轉(zhuǎn)子磁極沒(méi)有溫度監(jiān)控，無(wú)法實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地監(jiān)控磁極的運(yùn)行狀態(tài)。為了解決這一問(wèn)題，在豐滿水電站重建工程中，首次將光纖測(cè)溫系統(tǒng)引入到發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)，安全性更高，可以在異常情況剛有苗頭時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，有效提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性能。1熱電阻溫度傳感器的測(cè)溫原理熱電阻溫度傳感器的測(cè)溫原理就是根據(jù)電阻的熱效應(yīng)特性制成溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。目前應(yīng)用較廣的熱電阻主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。通過(guò)對(duì)比分析，金屬熱電阻測(cè)量溫度適用于-200~500℃的范圍內(nèi)，測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在工程控制中得到廣泛的應(yīng)用。熱敏電阻在常溫下的電阻值通常在數(shù)千歐以上，電阻值更高，溫度系數(shù)更大，測(cè)溫范圍只有-50~300℃，非線性嚴(yán)重，互換性較差，主要用于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。2光纖測(cè)溫原理光纖測(cè)溫系統(tǒng)是一種利用光在光纖中傳播的某種特性實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的新技術(shù)，對(duì)光纖沿線場(chǎng)所的溫度進(jìn)行分布式連續(xù)檢測(cè),光纖本身就是溫度傳感器。光纖傳感頭端部受激勵(lì)光激發(fā)而發(fā)射熒光,熒光信號(hào)由光纖導(dǎo)出,并通過(guò)光纖耦合器從Y型光纖的另一分支端射出,由光電探測(cè)器接收。光電探測(cè)器輸出的光信號(hào)經(jīng)放大后由熒光信號(hào)處理系統(tǒng)處理,計(jì)算熒光壽命并由此得到所測(cè)溫度值。3熱電阻測(cè)溫與光纖測(cè)溫對(duì)比分析3.1

熱電阻測(cè)溫方式熱電阻溫度傳感器測(cè)溫是用金屬導(dǎo)線傳輸信號(hào)的，絕緣性無(wú)法保證，并且在電阻信號(hào)的傳導(dǎo)中要通過(guò)引線把由溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的一次元件傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。熱電阻的安裝位置與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。金屬熱電阻的傳導(dǎo)途徑為熱量傳至金屬熱電阻外殼，再由外殼傳入測(cè)溫元件。由于金屬測(cè)溫電阻技術(shù)很成熟，幾乎所有水電站都是用該種測(cè)溫電阻。豐滿水電站三期自1998年兩臺(tái)機(jī)組發(fā)電以來(lái)，運(yùn)行了25年之久，定子鐵芯及定子繞組間安裝的金屬測(cè)溫電阻一直正常工作，從未發(fā)生因?yàn)闇y(cè)溫電阻損壞而導(dǎo)致停機(jī)更換測(cè)溫電阻的事件發(fā)生，由此可見(jiàn)金屬測(cè)溫電阻具有較高的可靠性能。3.2光纖測(cè)溫方式光纖溫度傳感器是用光導(dǎo)纖維傳輸溫度信號(hào)的。光導(dǎo)纖維的絕緣性能優(yōu)異，能夠隔離電壓對(duì)其信號(hào)的影響，在定子線圈上直接安裝光纖溫度傳感器，做到準(zhǔn)確測(cè)量定子線圈的運(yùn)行溫度，實(shí)現(xiàn)定子運(yùn)行溫度的在線監(jiān)測(cè)。光纖測(cè)溫為光纖單點(diǎn)測(cè)溫，傳感器尺寸小、長(zhǎng)期可靠性高、價(jià)格適中，不僅能實(shí)現(xiàn)單面柜體配置，亦可構(gòu)建溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，施工和調(diào)試過(guò)程方便快捷。3.3二者對(duì)比分析傳統(tǒng)的熱電阻測(cè)溫技術(shù)在水電站定子上應(yīng)用比較成熟，由于材料及技術(shù)的更新，將強(qiáng)磁場(chǎng)，機(jī)組振動(dòng)等一系列會(huì)降低熱電阻測(cè)溫電阻測(cè)量準(zhǔn)確性因素的影響降到最低，形成水電行業(yè)中發(fā)電機(jī)內(nèi)精準(zhǔn)的測(cè)量手段。而與其相比，由于光纖測(cè)溫靈敏度高，數(shù)據(jù)反饋速度快，數(shù)據(jù)傳輸不受磁場(chǎng)干擾等優(yōu)勢(shì)，使我們看到了水電站發(fā)電機(jī)測(cè)溫精度提升的空間。基于光纖測(cè)溫在變壓器內(nèi)使用的比較廣泛，技術(shù)比較成熟，綜合水電站運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)工況環(huán)境的因素，因而采用了相對(duì)適合的熒光光纖測(cè)溫電阻。4光纖測(cè)溫在水電站發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的應(yīng)用4.1豐滿水電站重建工程發(fā)電機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)豐滿重建工程水電站定子溫度監(jiān)測(cè)有兩套測(cè)溫系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子磁極有一套光纖測(cè)溫系統(tǒng)，定子的測(cè)溫點(diǎn)多，磁極上也有測(cè)溫裝置。測(cè)溫取點(diǎn)增多定子的監(jiān)控部位相應(yīng)增多，進(jìn)而提高了安全性能，在異常情況剛有苗頭時(shí)及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子的工作狀態(tài)用更為直觀的溫度顯示來(lái)監(jiān)測(cè)磁極是否有異常，比如連接螺絲可能松動(dòng)，松動(dòng)的螺絲會(huì)導(dǎo)致極間連接銅排接觸面積變化，最終導(dǎo)致電流變化，從而引起磁極的溫度變化，引發(fā)報(bào)警，提示運(yùn)行人員。而且光纖溫度信號(hào)的傳輸更穩(wěn)定，不受磁場(chǎng)、感應(yīng)電流、環(huán)境溫度的影響，可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地對(duì)測(cè)溫位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。但是在數(shù)據(jù)傳輸速度及靈敏度上來(lái)說(shuō)光纖測(cè)溫電阻有更大的優(yōu)勢(shì)，既穩(wěn)定又快速，能更加快速反映出定、轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)溫度情況，一旦有意外發(fā)生，而能用最快的速度將機(jī)組定、轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)溫度傳輸給電廠運(yùn)行人員，為他們處突提供更多的時(shí)間。4.2

關(guān)鍵技術(shù)研究4.2.1

光纖信號(hào)傳輸方式光纖信號(hào)傳輸分為兩種方式：一個(gè)是有線傳輸，磁極中和了集電環(huán)中的光纖測(cè)溫信號(hào)及電源電量，但電源電量和信號(hào)傳輸是個(gè)問(wèn)題，為此，在安裝時(shí)為光纖測(cè)溫系統(tǒng)增加了滑環(huán)和刷架，通過(guò)滑環(huán)和刷架上的碳刷將電源傳入轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)的控制箱中，再將信號(hào)通過(guò)它從轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)的控制箱中傳輸?shù)綑C(jī)坑外光纖盤柜主機(jī)上。另一個(gè)方式是無(wú)線傳輸，通過(guò)在轉(zhuǎn)子上端軸安裝一無(wú)線發(fā)射器，在上機(jī)架上安裝一個(gè)無(wú)線接收器，來(lái)完成轉(zhuǎn)子內(nèi)光纖測(cè)溫信號(hào)的傳輸。4.2.2光纖測(cè)溫安裝技術(shù)控制安裝光纖測(cè)溫安裝時(shí)要避免光纖有銳角的硬彎，對(duì)于62.5/125μm的傳感器和光纖來(lái)說(shuō)，最小轉(zhuǎn)彎半徑是18mm，同時(shí)避免使光纖承受張力或扭矩，在安放傳感器時(shí)也要避免夾傷或使其承受剪力，不要拉扯光纖的纏結(jié)，避免折斷光纖。光纖安裝的走向與電磁場(chǎng)走向保持一致。保持光纖接頭表面的絕對(duì)清潔，在每次連接前后，要用專用的光纖清潔器充分清理所有的連接面，避免讓光纖沾灰塵污漬等。5結(jié)論安裝完成后的光纖測(cè)溫電阻通過(guò)兩套數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)互為備用，來(lái)保證轉(zhuǎn)子光纖測(cè)溫信號(hào)傳輸暢通。同時(shí)定子光纖分為鐵芯上部、中部、下部，上壓指和下壓指、層間測(cè)溫，由于它的分布與傳統(tǒng)定子金屬測(cè)溫分布位置相近，互相可作為對(duì)比參考。機(jī)組在運(yùn)行及停止運(yùn)行期間，會(huì)發(fā)生振動(dòng)，強(qiáng)磁場(chǎng)，溫、濕度差別比較大，這些因素對(duì)光纖測(cè)溫精度、靈敏度的影響較大，但經(jīng)過(guò)實(shí)際對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在外界同等強(qiáng)度的不利因素下，光纖測(cè)溫系統(tǒng)靈敏度，及精確度均優(yōu)于傳統(tǒng)熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)，所以光纖測(cè)溫系統(tǒng)在信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時(shí)性上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但是安裝和成品保護(hù)方式卻大不相同。光纖測(cè)溫優(yōu)于金屬熱電阻，所以水電站測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)首選光纖測(cè)溫。為了補(bǔ)充光纖易損壞的缺點(diǎn)，保證機(jī)組測(cè)溫萬(wàn)無(wú)一失，水電站定、轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測(cè)要以光纖測(cè)溫系統(tǒng)為主，金屬熱電阻為輔的模式進(jìn)行布置，這樣既保證了機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸效率，又雙重保證了機(jī)組的溫度監(jiān)控不輕易間斷，為機(jī)組穩(wěn)定安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。參考文獻(xiàn)：[1]