光纖測溫技術(shù)在勵(lì)磁系統(tǒng)中的應(yīng)用

王秀霞，馬少杰，齊世平，袁　參 ，孫新志 ，武占超 ，徐旎聰，王海懿

（1.豐滿水電站，吉林 吉林 132108；2.廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510860）

1　引言

勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備，它可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性，改善電力系統(tǒng)運(yùn)行的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性[1]。勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、功率整流柜、滅磁柜、勵(lì)磁變等單元組成，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)組容量較大時(shí)其勵(lì)磁電流可達(dá)3 000～4 000 A。這時(shí)，勵(lì)磁功率柜、滅磁開關(guān)、勵(lì)磁變壓器等部件將在高電壓、大電流方式下運(yùn)行。

由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電感性很強(qiáng)，可控硅整流橋在換相過程中存在尖峰過電壓。雖然可控硅整流橋安裝了尖峰過電壓吸收器，但是瞬時(shí)尖峰過電壓仍達(dá)到上千伏。同時(shí)，可控硅整流橋通過了幾百甚至幾千安的直流電流，可控硅發(fā)熱嚴(yán)重。如果可控硅因?yàn)檫^壓或者過熱等原因失效，將會造成勵(lì)磁系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)機(jī)端短路，后果極其嚴(yán)重。為了保證可控硅能安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須嚴(yán)格控制可控硅結(jié)溫在溫度允許值以下。因此，可控硅溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測相對來說更為重要。

2　電力設(shè)備常見的測溫方式技術(shù)對比[2]

目前，在電力設(shè)備中常用的測溫方式有紅外測溫、無線測溫、光纖光柵測溫以及熒光光纖測溫等。其主要特點(diǎn)對比如表1所示。

表1　各種測溫裝置主要特點(diǎn)

可見，相對于其他測溫方式，熒光光纖測溫具有明顯優(yōu)勢。

3　熒光光纖測溫裝置基本原理[2，3]

熒光光纖測溫裝置原理如圖1所示：熒光光纖傳感探頭由涂有稀土物質(zhì)的熒光體和特制的耐溫光纖組成；（光纖溫度）解調(diào)儀在內(nèi)部通過驅(qū)動(dòng)LD發(fā)出一個(gè)光脈沖，光脈沖通過延長光纖到達(dá)傳感探頭激發(fā)出熒光，這些熒光又通過光纖傳輸?shù)浇庹{(diào)儀中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化即可得到測量的溫度數(shù)據(jù)，解調(diào)儀再把溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸或顯示等處理。

圖1　熒光光纖測溫裝置原理圖

熒光光纖測溫裝置的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2　測溫裝置主要技術(shù)參數(shù)

4　豐滿電廠光纖測溫設(shè)計(jì)方案

豐滿電廠光纖測溫裝置由PLC系統(tǒng)，功率柜熒光光纖測溫裝置，滅磁柜熒光光纖測溫裝置，勵(lì)磁變測溫裝置組成，原理框圖見圖2。分別對勵(lì)磁功率柜中各可控硅元件、交直流電纜接頭、滅磁開關(guān)柜直流電纜出線接頭、勵(lì)磁變低壓側(cè)電纜出線接頭等進(jìn)行了測量。所測溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC系統(tǒng)后，將溫度值及溫度報(bào)警信號經(jīng)光纖傳送至電站監(jiān)控系統(tǒng)。

目前，受絕緣要求限制，國內(nèi)外勵(lì)磁系統(tǒng)的可控硅溫度檢測基本上以鉑電阻測量功率柜散熱風(fēng)道風(fēng)溫為主，不僅測量數(shù)據(jù)滯后，而且與可控硅內(nèi)部實(shí)際溫度存在較大偏差，無法準(zhǔn)確反映可控硅內(nèi)部結(jié)溫。采用熒光光纖測溫技術(shù)，由于其高絕緣特性，可以使光纖探頭與可控硅元件表面直接接觸，從而使溫度測量更準(zhǔn)確。在設(shè)備運(yùn)行過程中對用光纖測溫裝置及紅外測溫設(shè)備對勵(lì)磁功率柜可控硅元件溫度測量，數(shù)據(jù)記錄見表3。

圖2　豐滿電站熒光光纖測溫系統(tǒng)框圖

表3　現(xiàn)場實(shí)測可控硅元件溫度對比表

表3中，由于紅外測溫儀不能直接測量可控硅表面溫度，因此所測溫度普遍比光纖測溫裝置溫度低5℃左右。

5　結(jié)語

本文分析了目前電力系統(tǒng)中常用的設(shè)備測溫特點(diǎn)，結(jié)合勵(lì)磁系統(tǒng)的特殊性，利用熒光光纖測溫的技術(shù)優(yōu)勢設(shè)計(jì)了一套熒光光纖測溫系統(tǒng)并成功應(yīng)用于豐滿電廠3期11號機(jī)組。運(yùn)行半年時(shí)間，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，測量溫度精確，為電站運(yùn)行檢修提供了很大便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]李基成現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 [M].2版.北京：中國電力出版社，2009.

[2]康利軍，等.熒光光纖測溫技術(shù)在電力設(shè)備中的應(yīng)用[J].中國電業(yè)：技術(shù)版,2014(7)：23-25.

[3]蘇州英迪戈精密光電科技有限公司.熒光式光纖測溫系統(tǒng)說明書[Z],2016.