开物云发布｜发电机转子引线光纤在线测温系统

1.技术应用背景

1.1 面临问题

转子温度分布是影响发电机安全运行的重要参数，转子引线温度过高，会造成连接板接触面发热严重、引线端部放电融化、绝缘板和绝缘套碳化严重等现象。

由于转子不断旋转，转子内部励磁引线温度监测存在很大困难，电厂目前主要有如下两种传统方法测量引线温度。

（1）理论计算方式（伏安法）

通过测量转子励磁引线的电压和电流来计算转子引线的铜排电阻，利用电阻和温度的函数关系得到转子引线的平均温度，只能反映转子整体的平均温度，不能反映温度具体分布与热点状况。

缺点:

1）只能反映转子整体的平均温度；

2）不能反映温度具体分布与热点状况；

3）不能准确反映发电机运行的安全状况。

（2）pt100热电阻+无线数传方式

转子内部安装数据记录仪，通过滑环或者电池给内置的pt100热电阻供电，获得温度数据，再通过无线数传装置，将转子温度上传到后台系统。强电场下，无线传输数据失真。供电电源不稳定，影响数据精度传感器带电，潜在的安全隐患。

缺点：

1）强电场下，无线传输数据失真；

2）供电电源不稳定，影响数据精度；

3）传感器带电，潜在的安全隐患。

1.2 解决痛点

基于光纤光栅传感技术的转子引线温度在线监测系统，针对转子引线监测点多、数据难以传递、传输失真等痛点，提供切实可行的解决方案，达到在线监测的目的，保证数据传输的准确、可靠。

2.功能介绍

2.1工作原理

光纤光栅传感是在光纤不同位置刻写不同间距特性的光栅（纳米级间距），利用光纤材料自然的光敏特性，沿纤芯轴向形成的一种折射率周期性分布的光栅区。该光栅区能改变某一特定波长的光的传输路径，相当于在光纤中形成一定带宽的滤波器或反射镜。

通过分析反射光特性的参数变化，来度量温度的变化。

光纤光栅传感原理

2.2系统功能结构

光纤传感监测系统主要由以下部分组成：

（1）光纤光栅传感器；

（2）特种传输光缆；

（3）光纤光栅解调仪；

（4）光纤传感温度监测软件。

系统工作流程

（1）光纤光栅传感器

光纤光栅温度传感器：采用耐高温、绝缘的陶瓷材料作为封装基体（不同的运用场合具有不同的封装材料和形式）

传感器

（2）光纤光栅解调仪

解调仪是光纤光栅测温系统的重要组成部分，是与光纤光栅类传感器配套的不可或缺的设备。光纤光栅解调仪是对光纤光栅中心反射波长的微小偏移进行精确测量分析，光纤光栅波长解调技术是实现光纤光栅传感的关键技术之一。

解调仪原理

（3）光纤传感温度监测软件

光纤传感温度监测软件是光纤光栅传感的专业应用软件，强大的数据库，可以实现多种功能，包括登录及用户管理、温度趋势曲线、历史温度曲线、统计报表、基础管理、系统管理等（可根据用户需求进行开发）。

监测软件界面

3.优势特点

光纤光栅传感技术在线测温，相比于传统方法的诸多问题，有明显的优势，具有以下技术特点：

（1）采用光传输，抗电磁干扰，数据精确、可靠，适合强电磁场区域。

（2）光传输本质安全，适合易燃、易爆场所；

（3）波长调制解调机理，系统可靠性高，稳定性好；

（4）分布式传感，便于复用和组成传感器网络；

（5）响应时间快，数据精度高；

（6）灵活性高，在线实时监测；

（7）尺寸小，重量轻，便于施工安装；

（8）光纤材料石英的化学性能稳定，寿命长，适合长期安全监测；

（9）兼容性好，解调仪采用开放式通信协议，可实现远程通信，将数据上传到中控系统。

4.项目工程案例

该项目主要是为某水电站发电机组安装一套基于光纤传感技术的转子引线在线测温系统。该机组因为转子引线温度异常，未能提前监测，导致在机组运行过程中，转子引线发生故障，导致机组被迫紧急停机，造成巨大的经济损失，经过现场勘察，为该机组转子引线设置14个温度监测点，其中12个传感器安装在转子内部，2个传感器安装在滑环正、负极处。

6F机组转子引线温度监测点明细图

转子内部现场施工安装

现场测量调试