光纤测温在水电站发电机定子、转子内的应用研究

光纤测温在水电站发电机定子、转子内的应用研究摘要：水电站工程中，对发电机机组的运行状态实时观测是保障机组正常运行的关键。本文以丰满水电站重建工程发电机定子、转子内的测温应用为例，通过传统热电阻测温与光纤测温系统对比分析，提出光纤测温在水电站发电机定子、转子内的应用的技术方法，旨在为类似工程运行状态掌控提供参考。关键词：光纤测温热电阻测温关键技术

应用引言目前在我国水电站建设中，为了对水电站发电机机组运行状态进行掌握，使用的方式之一是在发电机定子内安装热电阻测温系统。通过对测温电阻温度值的比较，虽然可以很好反应定子的运作情况是否有异常，但是测温点相对较少，而且转子磁极没有温度监控，无法实时精准地监控磁极的运行状态。为了解决这一问题，在丰满水电站重建工程中，首次将光纤测温系统引入到发电机定子、转子内，安全性更高，可以在异常情况刚有苗头时及时发现，有效提高了发电机运行的安全性能。1热电阻温度传感器的测温原理热电阻温度传感器的测温原理就是根据电阻的热效应特性制成温度传感器进行温度测量，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前应用较广的热电阻主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。通过对比分析，金属热电阻测量温度适用于-200~500℃的范围内，测量准确、稳定性好、性能可靠，在工程控制中得到广泛的应用。热敏电阻在常温下的电阻值通常在数千欧以上，电阻值更高，温度系数更大，测温范围只有-50~300℃，非线性严重，互换性较差，主要用于家电和汽车用温度检测和控制。2光纤测温原理光纤测温系统是一种利用光在光纤中传播的某种特性实现实时测量空间温度场分布的新技术，对光纤沿线场所的温度进行分布式连续检测,光纤本身就是温度传感器。光纤传感头端部受激励光激发而发射荧光,荧光信号由光纤导出,并通过光纤耦合器从Y型光纤的另一分支端射出,由光电探测器接收。光电探测器输出的光信号经放大后由荧光信号处理系统处理,计算荧光寿命并由此得到所测温度值。3热电阻测温与光纤测温对比分析3.1

热电阻测温方式热电阻温度传感器测温是用金属导线传输信号的，绝缘性无法保证，并且在电阻信号的传导中要通过引线把由温度变化转换为电阻变化的一次元件传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。热电阻的安装位置与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。金属热电阻的传导途径为热量传至金属热电阻外壳，再由外壳传入测温元件。由于金属测温电阻技术很成熟，几乎所有水电站都是用该种测温电阻。丰满水电站三期自1998年两台机组发电以来，运行了25年之久，定子铁芯及定子绕组间安装的金属测温电阻一直正常工作，从未发生因为测温电阻损坏而导致停机更换测温电阻的事件发生，由此可见金属测温电阻具有较高的可靠性能。3.2光纤测温方式光纤温度传感器是用光导纤维传输温度信号的。光导纤维的绝缘性能优异，能够隔离电压对其信号的影响，在定子线圈上直接安装光纤温度传感器，做到准确测量定子线圈的运行温度，实现定子运行温度的在线监测。光纤测温为光纤单点测温，传感器尺寸小、长期可靠性高、价格适中，不仅能实现单面柜体配置，亦可构建温度监测系统，施工和调试过程方便快捷。3.3二者对比分析传统的热电阻测温技术在水电站定子上应用比较成熟，由于材料及技术的更新，将强磁场，机组振动等一系列会降低热电阻测温电阻测量准确性因素的影响降到最低，形成水电行业中发电机内精准的测量手段。而与其相比，由于光纤测温灵敏度高，数据反馈速度快，数据传输不受磁场干扰等优势，使我们看到了水电站发电机测温精度提升的空间。基于光纤测温在变压器内使用的比较广泛，技术比较成熟，综合水电站运行时发电机工况环境的因素，因而采用了相对适合的荧光光纤测温电阻。4光纤测温在水电站发电机定子、转子内的应用4.1丰满水电站重建工程发电机测温系统丰满重建工程水电站定子温度监测有两套测温系统，转子磁极有一套光纤测温系统，定子的测温点多，磁极上也有测温装置。测温取点增多定子的监控部位相应增多，进而提高了安全性能，在异常情况刚有苗头时及时被发现。转子的工作状态用更为直观的温度显示来监测磁极是否有异常，比如连接螺丝可能松动，松动的螺丝会导致极间连接铜排接触面积变化，最终导致电流变化，从而引起磁极的温度变化，引发报警，提示运行人员。而且光纤温度信号的传输更稳定，不受磁场、感应电流、环境温度的影响，可以点对点地对测温位置进行实时监控。但是在数据传输速度及灵敏度上来说光纤测温电阻有更大的优势，既稳定又快速，能更加快速反映出定、转子的实时温度情况，一旦有意外发生，而能用最快的速度将机组定、转子的实时温度传输给电厂运行人员，为他们处突提供更多的时间。4.2

关键技术研究4.2.1

光纤信号传输方式光纤信号传输分为两种方式：一个是有线传输，磁极中和了集电环中的光纤测温信号及电源电量，但电源电量和信号传输是个问题，为此，在安装时为光纤测温系统增加了滑环和刷架，通过滑环和刷架上的碳刷将电源传入转子中心体内的控制箱中，再将信号通过它从转子中心体内的控制箱中传输到机坑外光纤盘柜主机上。另一个方式是无线传输，通过在转子上端轴安装一无线发射器，在上机架上安装一个无线接收器，来完成转子内光纤测温信号的传输。4.2.2光纤测温安装技术控制安装光纤测温安装时要避免光纤有锐角的硬弯，对于62.5/125μm的传感器和光纤来说，最小转弯半径是18mm，同时避免使光纤承受张力或扭矩，在安放传感器时也要避免夹伤或使其承受剪力，不要拉扯光纤的缠结，避免折断光纤。光纤安装的走向与电磁场走向保持一致。保持光纤接头表面的绝对清洁，在每次连接前后，要用专用的光纤清洁器充分清理所有的连接面，避免让光纤沾灰尘污渍等。5结论安装完成后的光纤测温电阻通过两套数据传输系统互为备用，来保证转子光纤测温信号传输畅通。同时定子光纤分为铁芯上部、中部、下部，上压指和下压指、层间测温，由于它的分布与传统定子金属测温分布位置相近，互相可作为对比参考。机组在运行及停止运行期间，会发生振动，强磁场，温、湿度差别比较大，这些因素对光纤测温精度、灵敏度的影响较大，但经过实际对比发现，在外界同等强度的不利因素下，光纤测温系统灵敏度，及精确度均优于传统热电阻测温系统，所以光纤测温系统在信号传输的稳定性和实时性上占据优势，但是安装和成品保护方式却大不相同。光纤测温优于金属热电阻，所以水电站测温系统应首选光纤测温。为了补充光纤易损坏的缺点，保证机组测温万无一失，水电站定、转子温度监测要以光纤测温系统为主，金属热电阻为辅的模式进行布置，这样既保证了机组实时数据的传输效率，又双重保证了机组的温度监控不轻易间断，为机组稳定安全稳定运行提供了强大的技术支持。参考文献：[1]