光纖測溫技術在勵磁系統(tǒng)中的應用

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.廣州擎天實業(yè)有限公司，廣東 廣州 510860）

1　引言

勵磁系統(tǒng)是發(fā)電廠重要的輔助設備，它可以提高電力系統(tǒng)運行的靜態(tài)穩(wěn)定性，改善電力系統(tǒng)運行的暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性[1]。勵磁系統(tǒng)主要由勵磁調(diào)節(jié)器、功率整流柜、滅磁柜、勵磁變等單元組成，當發(fā)電機機組容量較大時其勵磁電流可達3 000～4 000 A。這時，勵磁功率柜、滅磁開關、勵磁變壓器等部件將在高電壓、大電流方式下運行。

由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子電感性很強，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，但是瞬時尖峰過電壓仍達到上千伏。同時，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)熱嚴重。如果可控硅因為過壓或者過熱等原因失效，將會造成勵磁系統(tǒng)以及發(fā)電機機端短路，后果極其嚴重。為了保證可控硅能安全穩(wěn)定運行，必須嚴格控制可控硅結(jié)溫在溫度允許值以下。因此，可控硅溫度實時監(jiān)測相對來說更為重要。

2　電力設備常見的測溫方式技術對比[2]

目前，在電力設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。其主要特點對比如表1所示。

表1　各種測溫裝置主要特點

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LD發(fā)出一個光脈沖，光脈沖通過延長光纖到達傳感探頭激發(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參數(shù)見表2。

表2　測溫裝置主要技術參數(shù)

4　豐滿電廠光纖測溫設計方案

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，勵磁變測溫裝置組成，原理框圖見圖2。分別對勵磁功率柜中各可控硅元件、交直流電纜接頭、滅磁開關柜直流電纜出線接頭、勵磁變低壓側(cè)電纜出線接頭等進行了測量。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道風溫為主，不僅測量數(shù)據(jù)滯后，而且與可控硅內(nèi)部實際溫度存在較大偏差，無法準確反映可控硅內(nèi)部結(jié)溫。采用熒光光纖測溫技術，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確。在設備運行過程中對用光纖測溫裝置及紅外測溫設備對勵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)中常用的設備測溫特點，結(jié)合勵磁系統(tǒng)的特殊性，利用熒光光纖測溫的技術優(yōu)勢設計了一套熒光光纖測溫系統(tǒng)并成功應用于豐滿電廠3期11號機組。運行半年時間，設備運行穩(wěn)定，測量溫度精確，為電站運行檢修提供了很大便利。

參考文獻：

[1]李基成現(xiàn)代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設計及應用 [M].2版.北京：中國電力出版社，2009.

[2]康利軍，等.熒光光纖測溫技術在電力設備中的應用[J].中國電業(yè)：技術版,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.