光纖測(cè)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(kāi)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(guò)程中存在尖峰過(guò)電壓。雖然可控硅整流橋安裝了尖峰過(guò)電壓吸收器，但是瞬時(shí)尖峰過(guò)電壓仍達(dá)到上千伏。同時(shí)，可控硅整流橋通過(guò)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^(guò)壓或者過(guò)熱等原因失效，將會(huì)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(cè)相對(duì)來(lái)說(shuō)更為重要。

2　電力設(shè)備常見(jiàn)的測(cè)溫方式技術(shù)對(duì)比[2]

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

表1　各種測(cè)溫裝置主要特點(diǎn)

可見(jiàn)，相對(duì)于其他測(cè)溫方式，熒光光纖測(cè)溫具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3　熒光光纖測(cè)溫裝置基本原理[2，3]

熒光光纖測(cè)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(guò)驅(qū)動(dòng)LD發(fā)出一個(gè)光脈沖，光脈沖通過(guò)延長(zhǎng)光纖到達(dá)傳感探頭激發(fā)出熒光，這些熒光又通過(guò)光纖傳輸?shù)浇庹{(diào)儀中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化即可得到測(cè)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(cè)溫裝置原理圖

熒光光纖測(cè)溫裝置的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　測(cè)溫裝置主要技術(shù)參數(shù)

4　豐滿電廠光纖測(cè)溫設(shè)計(jì)方案

豐滿電廠光纖測(cè)溫裝置由PLC系統(tǒng)，功率柜熒光光纖測(cè)溫裝置，滅磁柜熒光光纖測(cè)溫裝置，勵(lì)磁變測(cè)溫裝置組成，原理框圖見(jiàn)圖2。分別對(duì)勵(lì)磁功率柜中各可控硅元件、交直流電纜接頭、滅磁開(kāi)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(cè)量。所測(cè)溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PLC系統(tǒng)后，將溫度值及溫度報(bào)警信號(hào)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(guó)內(nèi)外勵(lì)磁系統(tǒng)的可控硅溫度檢測(cè)基本上以鉑電阻測(cè)量功率柜散熱風(fēng)道風(fēng)溫為主，不僅測(cè)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(wú)法準(zhǔn)確反映可控硅內(nèi)部結(jié)溫。采用熒光光纖測(cè)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(cè)量更準(zhǔn)確。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中對(duì)用光纖測(cè)溫裝置及紅外測(cè)溫設(shè)備對(duì)勵(lì)磁功率柜可控硅元件溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表3。

圖2　豐滿電站熒光光纖測(cè)溫系統(tǒng)框圖

表3　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)可控硅元件溫度對(duì)比表

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

5　結(jié)語(yǔ)

本文分析了目前電力系統(tǒng)中常用的設(shè)備測(cè)溫特點(diǎn)，結(jié)合勵(lì)磁系統(tǒng)的特殊性，利用熒光光纖測(cè)溫的技術(shù)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)了一套熒光光纖測(cè)溫系統(tǒng)并成功應(yīng)用于豐滿電廠3期11號(hào)機(jī)組。運(yùn)行半年時(shí)間，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)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(guó)電力出版社，2009.

[2]康利軍，等.熒光光纖測(cè)溫技術(shù)在電力設(shè)備中的應(yīng)用[J].中國(guó)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(cè)溫系統(tǒng)說(shuō)明書[Z],2016.