CN102374029B - 用于发电系统内的故障检测和缓解的热控制系统 - Google Patents

用于发电系统内的故障检测和缓解的热控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于发电系统内的故障检测和缓解的热控制系统(10)，其包括辐射传感器(66)，辐射传感器(66)构造成使视场(90)朝向沿着流体流动路径进入换热器(34，54)的至少一个管道(74)。辐射传感器(66)构造成输出指示至少一个管道(74)的温度的信号。系统(10)还包括控制器(68)，其在通信上联接到辐射传感器(66)。控制器(68)构造成基于该信号来确定温度、将该温度与阈值范围进行比较，并且如果温度偏离阈值范围，则调整通过流体流动路径或至少一个管道(74)的流体流量。

Description

用于发电系统内的故障检测和缓解的热控制系统
技术领域
所公开的主题涉及用于发电系统内的故障检测和缓解的热控制系统。
背景技术
某些发电系统包括燃气涡轮发动机，其构造成燃烧燃料与压缩空气的混合物以产生热的燃烧气体。燃烧气体可流经涡轮以产生用于负载(诸如发电机)的功率。为了提高效率，某些发电系统采用热回收蒸汽发生器(HRSG)来从涡轮排出的热的燃烧气体中捕获能量。通常，HRSG在与废气流交叉(例如，大致垂直)的方向上通过多个管道输送流体(诸如水)。随着废气流过管道，热从废气传到水，从而产生蒸汽。蒸汽然后被引导通过蒸汽涡轮以产生旋转运动，从而驱动负载，诸如发电机。某些HRSG包括具有翼片的管道，翼片构造成增加废气与通过管道的水流之间的传热。令人遗憾的是，翼片与管道的分离可能降低HRSG效率。此外，如果废气流的一部分比所希望的更热，则某些管道可能经历过度的蒸汽压力，从而导致某些HRSG构件的过早磨损。
而且，某些发电系统包括开关设备，其构造成调节各种电气系统的操作，诸如从燃气涡轮发动机的电起动马达和/或发电机的电输出。由于经过开关设备的高电压和安培数，典型地在启动发电系统之前利用红外摄像机扫描开关设备。例如，技术员可打开开关设备的每个电气罩壳，且然后将红外相机对准每个罩壳的内部以确保温度在所希望的限度内。因为过度的温度可能指示开关设备内的电短路或松开的连接，所以如果检测到过度的温度，则可采取校正措施。令人遗憾的是，手动扫描开关设备的过程较为昂贵且耗时，从而增加了发电系统的操作成本。
此外，某些发电系统包括发电机升压变压器(GSU)以使发电机电压增大到对于电力传输来说所希望的水平。GSU经由电连接件(诸如分相母线)电联接到发电机。通常，分相母线包括三个电气管道，其构造成个别地传输由发电机输出的三相功率的每个相到GSU。分相母线的每个电气管道典型地包括安置于罩壳内的电导体组件。电导体组件通过一系列绝缘体与罩壳电绝缘，一系列绝缘体也用于支撑罩壳内的电导体组件。例如，电导体组件包括由紧固件彼此联接的一系列导体。应了解的是，电导体可随着时间彼此分离，从而在两个导体的接合处产生热。因此，分相母线的功率传输效率可能显著降低，从而降低了发电系统的效率。
发明内容
以下概述与最初要求保护的发明的范围相称的某些实施例。这些实施例不意图限制所要求保护的发明的范围，而是这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可包括可能类似于或不同于下文所述的实施例的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括辐射传感器，其构造成使视场朝向沿着流体流动路径进入换热器的至少一个管道。辐射传感器构造成输出指示至少一个管道的温度的信号。该系统还包括控制器，其在通信上联接到辐射传感器。控制器构造成基于该信号来确定温度、将该温度与阈值范围进行比较，并且如果温度偏离阈值范围，调整通过流体流动路径或至少一个管道的流体流量。
在第二实施例中，一种系统包括辐射传感器，其构造成使视场朝向包含多个构件的第一电气罩壳的内部，并且输出指示第一电气罩壳的内部的温度的信号。该系统还包括控制器，其在通信上联接到辐射传感器。控制器构造成基于该信号来检测构件中的电气故障，并且在检测到电气故障的情况下使电功率改变路线至第二电气罩壳。
在第三实施例中，一种系统包括辐射传感器，其构造成使视场朝向包括第一组电导体之间的至少一个接合处的区域，并且输出指示该区域温度的信号。该系统还包括控制器，其在通信上联接到辐射传感器。该控制器构造成基于该信号来检测在至少一个接合处第一组电导体的至少部分分离，并且在检测到至少部分分离的情况下使电功率改变方向至第二组电导体。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的部件，其中：
图1是组合循环发电系统的实施例的示意图，该系统具有燃气涡轮、HRSG、冷凝器、开关设备、分相母线和热控制系统，热控制系统构造成检测在HRSG、冷凝器、开关设备和分相母线内的温度；
图2是针对HRSG内的流体管道的热控制系统的实施例的示意图；
图3是针对HRSG的在流体管道上游的横截面的热控制系统的实施例的示意图；
图4是针对开关设备内部的热控制系统的实施例的示意图；
图5是针对在分相母线的管道内两个电导体之间的接合处的热控制系统的实施例的示意图；以及，
图6是包括辅助管道和次级分相母线的分相母线的实施例的示意图。
部件列表
10发电系统
12燃气涡轮发动机
14燃烧器
16涡轮
18轴
20压缩机
22发电机
24开关设备
26分相母线
28发电机升压变压器
30配电网
32废气
34热回收蒸汽发生器
36烟囱
38冷却的废气流向
40高压蒸汽
42蒸汽涡轮
44发电机
46开关设备
48分相母线
50发电机升压变压器
52低压蒸汽
54冷凝器
56冷却水
58水
60热水
62冷却塔
64热控制系统
66热辐射传感器
68控制器
69次级开关设备
70用户界面
71次级开关设备
72下游方向
74管道
76翼片
78第一歧管
80第二歧管
82观察口
84滤波器
86透镜
88反射镜
90视场
92视场角
94HRSG横截面
96显示器
98警报器
100图表
102X-轴
104Y-轴
106曲线
108平均温度
110上阈值
112下阈值
113阀
114热电堆元件
116数字显示器
117阀
118第一电气罩壳
119开关
120第一电导体
121第二电气罩壳
122第二电导体
123输入导体
124电连接器
125第三电导体
126电气构件
127第四电导体
128内部的电导体
129电气管道
130电导体组件
132电气罩壳
134电绝缘体
135电导体
136螺栓
138接合处
140主要管道
142辅助管道
144开关
146开关
148次级分相母线
150次级分相母线管道
152开关
具体实施方式
将在下文中描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可能没有描述实际实施方式的所有特征。应了解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多具体实施方式的决定以实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关和商务相关的约束，从一个实施方式到另一个，这些约束可不同。此外，应了解的是，这些开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于受益于本公开的本领域技术人员仍将是设计、制作和制造的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”意图表示存在一个或更多个这些元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是包括性的和意指可存在除了所列出元件之外的附加的元件。
本公开的某些实施例可通过检测和缓解换热器内的温度变化而提高换热器效率和/或减小换热器构件的过早磨损的可能性。例如，某些发电系统可包括具有辐射传感器的热控制系统，辐射传感器带有视场，其被引导朝向在流体流动路径内从涡轮(例如，燃气涡轮或蒸汽涡轮)到换热器(例如，HRSG或冷凝器)的至少一个管道。辐射传感器构造成检测由管道发出的热辐射且输出指示管道温度的信号。热控制系统还包括控制器，其在通信上联接到辐射传感器，且构造成基于该信号来确定管道的温度。控制器还可构造成将该温度与阈值范围进行比较以识别管道内的故障。例如，过高的管道温度可使管道过度加压，从而导致HRSG或冷凝器内的管道和/或其它构件的过早磨损。而且，过度低的管道温度可指示翼片与管道至少部分分离、碎屑在管道的表面上累积和/或流体从管道泄漏。因此，热控制系统构造成持续地监测每个管道以检测这些温度变化，且通过自动地调整通过HRSG或冷凝器的流体流量进行补偿。例如，如果检测到过高的管道温度，则控制器可减小通过HRSG的废气流量和/或增加通过管道的水流量。相反，如果检测到过度低的管道温度，则控制器可减小通过管道的水流量。通过补偿所检测的温度变化，热控制系统可提高换热器效率和/或显著地减小或排除换热器构件过早磨损的可能性。
本公开的另外的实施例可检测和自动缓解开关设备内的电气故障。例如，某些发电系统可包括具有辐射传感器的热控制系统，辐射传感器带有被引导朝向包含多个构件的第一电气罩壳的内部的视场。辐射传感器构造成检测由构件发出的热辐射且输出指示第一电气罩壳内部温度的信号。热控制系统还包括控制器，其在通信上联接到辐射传感器，且构造成基于该信号来检测构件中的电气故障。如果检测到电气故障，则控制器可使电功率从第一电气罩壳改变路线到第二电气罩壳，从而绕开故障。因为热控制系统构造成持续地监测开关设备的温度且如果检测到故障则自动地使电功率改变路线，所以可排除在启动发电系统之前利用手持红外摄像机手动扫描该开关设备。因此，可显著地降低与起动操作相关联的操作成本。此外，因为可在发电系统的操作期间检测并缓解电气故障，所以尽管在一个开关设备罩壳内存在电气故障也可持续地输出电功率。
本公开的另外的实施例可通过监测在总线内的电导体之间的接合处的温度来检测和缓解电气总线内传输效率的降低。例如，某些发电系统可包括具有辐射传感器的热控制系统，辐射传感器带有被引导朝向包括第一组电导体之间的至少一个接合处的区域的视场。辐射传感器构造成检测由接合处发出的热辐射且输出指示该区域温度的信号。热控制系统还包括控制器，其在通信上联接到辐射传感器，且构造成基于该信号检测在至少一个接合处第一组电导体的至少部分分离。如果检测到分离，控制器可使电功率从第一组电导体改变方向到第二组电导体，从而绕开故障。因为热控制系统构造成一检测到分离就使电功率改变路线，所以可维持发电系统的高效操作。
图1是组合循环发电系统10的实施例的示意图，系统10具有燃气涡轮、HRSG、冷凝器、开关设备、分相母线和热控制系统，热控制系统构造成检测HRSG、冷凝器、开关设备和分相母线内的温度。下面为了对热控制系统的实施例提供环境而描述系统10，热控制系统构造成检测和缓解在各种电气系统和流体管道内的故障。应了解的是下文所述的热控制系统可用于检测和缓解其它发电系统、涡轮系统、处理设施或包括换热器、电气罩壳或电总线的任何其它系统内的故障。在本实施例中，系统10包括燃气涡轮发动机12，其包括燃烧器14、涡轮16、驱动轴18和压缩机20。燃烧器14接收燃料，诸如天然气，其可在压力下从燃料喷嘴喷射。此燃料然后与压缩空气混合且在燃烧器14内燃烧，从而产生热的加压废气。燃烧器14将废气引向涡轮16的废气出口。在来自燃烧器14的废气经过涡轮16时，涡轮16中的叶片被驱动旋转，从而使驱动轴18沿着燃气涡轮发动机12的轴线旋转。如所示出的，驱动轴18可连接到燃气涡轮发动机12的各种构件，包括压缩机20。
驱动轴8将涡轮连接到压缩机20的转子，其包括叶片。因此，涡轮16中涡轮叶片的旋转引起驱动轴18使压缩机20内的叶片旋转，驱动轴18将涡轮16连接到压缩机20。压缩机20中叶片的旋转引起压缩机20压缩经由空气进口接收的空气。压缩空气然后被供给到燃烧器14且与燃料混合以有助于燃烧。驱动轴18还连接到用于产生电功率的发电机22。如所示出的，开关设备24联接到发电机22且构造成调节发电系统10的某些功能，诸如自发电机22的电功率输出和/或燃气涡轮发动机12的起动，以及其它功能。如在下文中所详细讨论的，开关设备24包含各种构件，包括开关和断路器，以调节发电系统功能。
在本实施例中，分相母线26将发电机22电联接到发电机升压变压器(GSU)28。GSU28构造成升高发电机电压到对通过配电网30的功率传输来说所希望的水平。而且，如所示出的，分相母线26包括三个电气管道，其构造成个别地传输由发电机22输出的三相功率的每个相到GSU28。分相母线26的每个电气管道包括安置于罩壳内的电导体组件。电导体组件通过一系列绝缘体与罩壳电绝缘，一系列绝缘体也用于在罩壳内支撑电导体组件。例如，电导体组件包括通过紧固件彼此联接的一系列导体。尽管分相母线26在本实施例中用于从发电机22向GSU28传送电功率，但是应了解的是在替代的实施例中可利用其它电气总线。
来自燃气涡轮发动机12的废气32被引导到HRSG34。如在下文中所详细讨论的，HRSG34为换热器，其包括多个管道，管道构造成在与通过HRSG34的废气流32交叉(例如，大致垂直)的方向上输送二次流体，诸如水。随着废气32流过管道，热从废气传到水，从而产生蒸汽。此外，废气的温度显著地降低。在经过HRSG34之后，冷却的废气通过烟囱36释放到大气，如由箭头38所示。如所示出的，所产生的蒸汽40被引向蒸汽涡轮42。
随着高压蒸汽40经过蒸汽涡轮42，涡轮42内的叶片被驱动旋转，从而驱动第二发电机44。尽管本实施例包括两个发电机22和44，但应了解的是在替代的实施例中燃气涡轮发动机12和蒸汽涡轮42可联接到相同的负载。如所示出的，第二开关设备46联接到第二发电机44以调节第二发电机44的输出。此外，第二分相母线48和第二GSU50用于将从第二发电机44输出的电功率输送到配电网30。
随着蒸汽经过蒸汽涡轮42，压力降低使得低压蒸汽52从涡轮42排出。如所示出的，低压蒸汽52流入冷凝器54，冷凝器54冷凝蒸汽。类似于HRSG34，冷凝器54为换热器，其包括多个管道，管道构造成在与蒸汽流交叉(例如，大致垂直)的方向上输送二次流体，诸如水。随着蒸汽流过管道，热从蒸汽传到水56，从而使蒸汽冷凝为水58。水58流回到HRSG34，在此处水被废气32加热以产生更多高压蒸汽40。冷却水56在冷凝器54内被加热且作为热水60离开。热水60被引导朝向冷却塔62，其冷却热水60以产生用于冷凝器54的冷水56。
如所示出的，发电系统10包括热控制系统64，其构造成确定HRSG34、冷凝器54、开关设备24和46和/或分相母线26和48内的温度。在本实施例中，热控制系统64包括六个辐射传感器，诸如示出的热辐射传感器66，每个针对发电系统10的相应目标构件。具体而言，一个热辐射传感器66针对HRSG34内的管道以确定管道的温度。类似地，第二热辐射传感器66针对冷凝器54内的管道以确定管道的温度。此外，第三和第四热辐射传感器66针对开关设备24和46以基于所测量的开关设备构件的温度来检测电气故障。而且，第五和第六热辐射传感器66针对分相母线26和48以基于所测量的分相母线管道内的接合处的温度来检测电导体的分离。在本实施例中，热辐射传感器66构造成输出指示目标物体温度的信号。例如，如在下文中所详细讨论的，每个热辐射传感器66可为热电堆，其构造成基于所检测的热辐射来输出温度。在某些实施例中，热辐射传感器66可包括热电堆元件的阵列(即，热电堆阵列)，从而建立目标物体的多维(例如，二维或三维)温度分布。通过监测各个发电构件内的温度，热控制系统64可检测构件内的故障且自动地缓解故障以有助于发电系统10的持续和高效的操作。
如应了解的，热辐射传感器66测量来自物体的电磁能以确定物体的温度。例如，传感器66可测量具有红外光谱内的波长的热辐射。如将在下文中所详细讨论的，某些红外发射的强度可与物体的温度成比例。在某些实施例中，热辐射传感器66构造成检测这种发射且输出指示温度的信号。还应了解的是各种热辐射传感器构造可用于确定发电系统10内的构件的温度。如先前所讨论的，某些传感器66可包括热电堆或一系列热电堆元件(例如，热电堆阵列)。如应了解的，热电堆包括串联连接的多个热电偶以获得增强的信号输出。热电偶通过在接合处之间产生电动势(emf)来测量热接合处与冷接合处之间的温差。例如，热接合处可朝向物体以测量热辐射，而冷接合处可联接到热沉使得冷接合处的温度基本上等于环境温度。因为热电偶串联连接，热电堆合计所有热电偶的emf以提供增强的电压输出。建立热电堆元件的阵列可生成目标物体的二维或三维温度分布，其中每个热电堆元件提供相应监测区的温度。在某些实施例中，热电堆或热电堆阵列可为单个固态装置，其中热电堆或热电堆元件形成于该装置的表面上。替代的实施例可采用辐射高温计、红外检测器(例如，电荷耦合装置(CCD)、焦平面阵列(FPA)等)或构造成输出目标物体的温度的其它热辐射传感器。
在本实施例中，每个热辐射传感器66在通信上联接到控制器68。控制器68构造成基于由热辐射传感器66输出的信号来确定目标物体的温度。在某些实施例中，热辐射传感器66为构造成输出指示目标物体的平均温度的信号的热电堆。在这些实施例中，控制器68可构造成将该平均温度与阈值范围进行比较以识别目标物体内的故障。例如，如果控制器68确定HRSG34内的管道温度低于阈值范围的下限，则控制器68可确定管道被损坏(例如，泄漏流体、分开的翼片等)。相反，如果控制器68确定管道的温度高于阈值范围的上限，则控制器68可确定管道被过度加压，从而潜在地缩短了管道的操作寿命。此外，如果控制器68确定开关设备24或46的温度高于阈值，则在开关设备24或46的构件中可能存在电气故障。而且，如果控制器确定在分相母线26或48的管道内的导体之间的接合处的温度高于阈值，则导体可能已变得分离，从而降低电功率通过分相母线26或48的传输效率。在另外的实施例中，热辐射传感器66包括形成热电堆阵列的多个热电堆元件。在这些实施例中，传感器66可输出指示目标物体的多维温度分布(例如，二维分布或三维分布)的信号，从而向控制器68提供附加的温度信息。
尽管在本实施例中单个热辐射传感器66针对发电系统10的每个构件(例如，HRSG34、开关设备24或46和分相母线26或48)，但是应了解的是在替代的实施例中可采用多个传感器66监测每个构件的各个区域。例如，多个热辐射传感器66可针对HRSG34和/或冷凝器54的各个管道。此外，一个或多个热辐射传感器66可针对开关设备24或46内的每个电气罩壳的内部。而且，一个或多个热辐射传感器66可针对分相母线26或48内的每个管道。
如下文所详细讨论的，控制器68构造成缓解在发电系统10的构件内检测到的故障。例如，如果HRSG管道的温度超过阈值范围的上限，则控制器68可减小废气32从燃气涡轮发动机12到HRSG34的流量。如所示出的，控制器68在通信上联接到燃烧器14。在某些实施例中，控制器68可构造成调节到燃烧器14的燃料流量，从而节流燃气涡轮发动机12。在这些实施例中，如果在HRSG34内检测到过度的管道温度，则控制器68可减小到燃烧器14的燃料流量，从而减小到HRSG34的废气32的流量。如应了解的，减小的到HRSG34的废气流量将减小到管道的传热，从而降低管道温度。在另外的实施例中，控制器68可构造成调节燃烧器14内燃料与空气的混合比例，从而调整废气32的温度。例如，如果检测到过高的管道温度，则控制器68可形成稀薄燃料混合物(例如，混合物比例低于化学计量)以降低废气温度。
此外，控制器68在通信上联接到HRSG34以调节进入管道的水58的流量。例如，如果平均管道温度高于阈值范围的上限，则可将附加的冷却水58供应到管道以降低管道温度。相反，如果平均管道温度低于阈值范围的下限，则可减小到管道的水58的流量。在某些实施例中，可个别地调整到每个管道或管道组的水流量以减小管道之间的热梯度。例如，如果废气流32的一个区域比该流的其余区域更热，则可将附加水供应到暴露更热的温度的管道，从而维持每个管道在所希望的温度范围内。限制每个管道的温度可显著地减小或排除由于过度加压和/或热应力所致的过早磨损的可能性。而且，确保每个管道的温度维持高于阈值范围的下限可有助于HRSG34的高效操作。
类似地，控制器68在通信上联接到冷凝器54以调节进入管道的水56的流量。例如，如果平均管道温度高于阈值范围的上限，则可将附加的冷却水56供应到管道以降低管道温度。相反，如果平均管道温度低于阈值范围的下限，则可减小到管道的水56的流量。在某些实施例中，可个别地调整到每个管道或管道组的水流量以减小管道之间的热梯度。例如，如果蒸汽流52的一个区域比该流的其余区域更热，则可将附加的水供应到暴露于更热的温度的管道，从而维持每个管道在所希望的温度范围内。限制每个管道的温度可显著地减小或排除由于过度加压和/或热应力所致的过早磨损的可能性。而且，确保冷凝器54内的每个管道维持在大致相等的温度可减小蒸汽流52内的密度变化，从而显著地减小或排除蒸汽涡轮叶片的过早磨损的可能性。
如所示出的，控制器68也在通信上联接到开关设备24和46。如在下文中所详细讨论的，开关设备24和46包括多个电气罩壳。如果在一个电气罩壳内检测到过高的温度，则控制器68可使电功率改变路线到开关设备24和46内的另一罩壳。在所示出的实施例中，第一发电机22包括次级开关设备69且第二发电机44包括次级开关设备71。如果控制器68检测到主要开关设备24或46内的电气故障，则控制器68可自动地使电功率改变路线到次级开关设备69或71以有助于发电系统10的持续操作。在某些实施例中，控制器68可构造成如果检测到第一电气故障则使电功率从主要开关设备24或46内的一个罩壳改变路线到另一罩壳，而如果检测到随后的故障则使电功率改变路线到次级开关设备69或71。
而且，控制器68在通信上联接到分相母线26和48。如先前所讨论的，每个分相母线26和48包括三个管道，其构造成个别地传送由发电机22输出的三相功率的每个相到GSU28。在某些实施例中，每个分相母线26和48可包括辅助管道，其构造成用作对三个主要管道的备用品。例如，如果控制器68检测到主要管道之一内的导体分离，则控制器68可使电功率改变方向到辅助管道。在另外的实施例中，如果在主要管道内检测到故障，则可提供次级分相母线以有助于传输电功率。在这些实施例中，如果在主要管道中的一个或更多个内检测到导体分离，则控制器68可使电功率从主要管道改变方向到次级分相母线。在另外的实施例中，控制器68可构造成如果检测到第一故障则使电功率从主要管道改变方向到辅助管道，且如果检测到随后的故障则使电功率改变方向到次级分相母线。
本实施例还包括在通信上联接到控制器68的用户界面70。用户界面70可包括数字显示器和/或图形界面，数字显示器构造成显示由每个热辐射传感器检测的温度，图形界面构造成显示随时间变化的温度。以这种方式，操作者可监测温度分布来确定温度是否在阈值范围之外。此外，用户界面70可包括视觉和/或听觉警报器，其构造成如果检测到过高或过低的温度则警示操作者。例如，如果控制器68确定HRSG34内的管道的温度低于阈值范围的下限或高于阈值范围的上限，则可启动听觉和/或视觉警报器。
图2是针对HRSG34内的流体管道的热控制系统64的实施例的示意图。如所示出的，废气32在下游方向72上流入HRSG34。HRSG34包括多个管道74，其构造成在与下游方向72交叉(例如，大致垂直)的方向上输送次级流体，诸如水。随着废气32流过管道74，热从废气32传到水，从而产生蒸汽。如所示出的，管道74包括翼片76，翼片76构造成增强废气32与水之间的传热。在某些实施例中，翼片76可通过干涉配合而联接到管道74。例如，具有略微大于管道74外径的内径的圆形翼片76可定位于沿着管道74的所希望的位置。然后球轴承被强制通过管道74，使得管道74膨胀到大于翼片76内径的直径。因此，翼片76将显著刚性地联接到管道74。尽管本实施例采用圆形翼片，但应了解的是在替代的实施例中可采用替代的翼片构造(例如，多边形、椭圆形等)。此外，在替代的实施例中，翼片76可通过其它技术(例如，焊接、紧固等)联接到管道74。而且，尽管在本实施例中四个翼片76被联接到每个管道74，但应了解的是在替代的实施例中可采用显著更多的翼片76。例如，某些HRSG构造可采用沿着管道74的长度每英寸1个、2个、3个、4个、5个或更多个翼片76。在替代的实施例中，可没有翼片76联接到管道74。
在本实施例中，水58由第一歧管78供应到管道74，而蒸汽40通过第二歧管80排出。如先前所讨论的那样，蒸汽40被引向蒸汽涡轮42以驱动发电机44，而冷却的废气被引向烟囱36。尽管在所示出的HRSG34内采用三个管道74，但应了解的是在其它HRSG构造内可利用显著更多的管道。在某些实施例中，管道74可沿着下游方向72且沿着垂直于流动路径的方向分布。在另外的实施例中，HRSG34可包括多个级，其中每个级构造成产生蒸汽用于分离的蒸汽涡轮。尽管所示出的热辐射传感器66针对上游管道74，但应了解的是在替代的实施例中可监测HRSG34内的其它管道74。
在所示出的构造中，热辐射传感器66定位在HRSG34外部，从而保护热控制系统64免于经过HRSG34的热的废气32。如所示出的，HRSG34包括观察口82，其构造成使热辐射传感器66能接收由HRSG34内的管道74发出的热辐射。应将了解的是，观察口82可由对于由热辐射传感器66所测量的波长基本上透明的材料构成。例如，如果传感器66构造成监测红外光谱内的热辐射，则观察口82可由对于红外辐射基本上透明的材料构成，诸如锗或硅，例如。应将了解的是，材料的选择也可取决于通过HRSG34的流体流的预期温度。在某些实施例中，观察口82可暴露于超过近似50摄氏度、100摄氏度、300摄氏度、500摄氏度、600摄氏度、700摄氏度、800摄氏度、900摄氏度、1000摄氏度、1100摄氏度或1200摄氏度或更高的流体温度。因此，可选择透明材料来抵抗这些温度。因为观察口82使传感器66能定位在HRSG34外部，所以热辐射传感器66可测量HRSG34内的管道74的温度而不暴露于热的废气，从而显著地延长传感器66的操作寿命。
在本实施例中，滤波器84和透镜86定位在观察口82与热辐射传感器66之间。在某些实施例中，传感器66可是热电堆，其构造成测量由管道74发出的热辐射。在这些实施例中，热电堆包括电串联的多个热电偶以提供增强的输出信号。如应将了解的是，热电堆可检测多种热辐射波长。例如，某些热电堆可检测在从近似0.8微米至40微米范围的红外光谱内的电磁波长。还应将了解的是，红外光谱内的波长的特定子集可特别适合于温度确定。因此，带通滤波器84可用于限制入射到传感器66上的波长的范围。例如，在某些实施例中，带通滤波器84可构造成阻挡具有在近似2至20微米、4至18微米、6至16微米、8至14微米或大约7.2至1.4微米之间的范围之外的波长的电磁辐射。因此，滤波器84有助于具有适合于热电堆的波长范围的热辐射传递到传感器66以输出具有与测得的温度成比例的量值的信号。传感器66可输出信号到控制器68，指示HRSG34的管道74的温度。
应了解的是替代的实施例可采用具有其它波长范围的其它带通滤波器。而且，某些实施例可采用高通滤波器、低通滤波器或可省略滤波器。在另外的实施例中，滤波器可包括在观察口82内。此外，尽管在本实施例中利用采用热电堆的热辐射传感器66，但应了解的是在替代的实施例中可采用其它检测器元件，诸如电荷耦合装置(CCD)、焦平面阵列(FPA)或高温计。
该热控制系统64还包括光学聚焦装置，诸如透镜86，其构造成将热辐射聚焦到传感器66上。如应了解的，透镜86可由任何合适的材料构成，诸如塑料或玻璃。在某些实施例中，透镜86可与滤波器84组合为单一元件。在另外的实施例中，透镜86可被省略使得热辐射直接传递到热辐射传感器66上。
本实施例还包括第二光学聚焦装置，诸如所示出的反射镜88。反射镜88构造成将热辐射从管道74引到热辐射传感器66上。在某些实施例中，反射镜88可包括基底(例如，玻璃、塑料等)和安置于基底上的反射性覆层(例如，银、铬等)。替代地，反射镜88可由诸如抛光不锈钢的反射性材料制成。本实施例采用凹面镜88以建立所希望的视场90。由于反射镜88的形状和热辐射传感器66的位置，建立具有角度92的视场90。例如，在某些实施例中，角度92可大于近似5度、10度、20度、40度、60度、80度、100度、120度、140度或160度或更大。在某些实施例中，热辐射传感器66可针对HRSG34的整个横截面94以捕获在截面94内每个管道74的平均温度。因此，可选择角度92使得视场90在所希望的测量位置包括整个HRSG横截面94。因此，热控制系统64可检测视场90内每个管道74中的流体泄漏、分开的翼片和/或过度加压。应了解的是替代的实施例可采用凸面镜或大致平的反射镜来将热辐射引向传感器66。在另外的实施例中，可省略反射镜88，而热辐射传感器66可被引导朝向管道74。在这些实施例中，透镜86(如果存在)可用于基于透镜86的形状和光学性质来建立所希望的视场90。
如先前所讨论的，该热辐射传感器66包括热电堆，其构造成将所检测的热辐射转换成输出信号。因为热电堆包括串联连接的多个热电偶，所以热电堆输出具有与视场90内的区域的温度成比例的量值的电信号。传感器66可输出信号到控制器68，指示HRSG34内的管道74的温度。控制器68构造成接收此信号，且基于该信号确定HRSG横截面94内的管道74的平均温度(例如，经由查找表、算法等)。在本实施例中，控制器68在通信上联接到用户界面70，用户界面70包括显示器96和警报器98。显示器96构造成显示由热辐射传感器66所检测的温度随时间变化的图示。
如所示出的，显示器96包括图表100，其具有代表时间的x轴102和代表温度的y轴104。如先前所讨论的，传感器66构造成输出指示视场90内的管道74的平均温度的信号。在本实施例中，图表100包括示出平均管道温度随时间变化的曲线106。图表100还包括指示管道74的时间平均温度的虚线108。如应将了解的，横跨HRSG34的横截面94，废气温度可变。因此，某些管道74可暴露于高于所希望的阈值的温度，从而导致管道74内的过度蒸汽压力。如先前所讨论的，过度蒸汽压力可引起HRSG34内管道74和/或其它构件的过早磨损。因此，图表100包括指示最高所希望的管道温度的上阈值110。如果曲线106与上阈值110交叉，则在视场90内的至少一个管道74内可存在过度的蒸汽压力。
相反，如果翼片76至少部分地与管道74分开，则视场90内的平均温度将由于废气32与管道74之间减小的传热而降低。类似地，颗粒物质(例如，污物、未燃烧的碳氢化合物等)在管道74上的累积也可降低管道74的温度。此外，如果在管道74内出现裂缝，水可能泄漏到废气流中，从而导致降低的管道温度。因此，图表100包括指示最低所希望的管道温度的下阈值112。如果曲线106与下阈值112交叉，那么由于废气32与管道74内的水之间减小的传热而HRSG34的效率可能降低。因此，上阈值110限定阈值范围的上限而下阈值112限定阈值范围的下限。维持温度在阈值范围内可确保HRSG34的高效操作和/或HRSG构件的减少的磨损。
在示出的实施例中，单个热辐射传感器66针对HRSG34的整个横截面94。因此，传感器66将接收指示视场90内每个管道74的平均温度的热辐射。然而，替代的实施例可采用多个传感器66，其中每个传感器66构造成使视场90朝向HRSG横截面94的不同区域。例如，在某些实施例中，每个传感器66可构造成测量单个管道74的热辐射。在这些实施例中，控制器68可构造成识别哪个管道74正经历在阈值范围之外的温度，从而进一步有助于缓解操作。在另外的实施例中，多传感器热控制系统64的每个传感器66可监测视场90内的2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个管道74。
如果温度升高超过上阈值110或降低低于下阈值112，那么控制器68可启动用户界面70内的警报器98。如先前所讨论的，警报器98可为听觉警报器和/或视觉警报器，其构造成警示操作者所检测到的状态。而且，控制器68可构造成记录所检测的状态用于以后分析。此外，控制器68可调整通过HRSG34和/或通过管道74的流体流量以补偿过高或过低的温度。例如，如果管道温度超过上阈值110，则控制器68可减小涡轮发动机功率，从而减小通过HRSG34的废气流量。控制器68也可增加通过管道74的水流量以从废气32向水58传递附加热量，从而冷却管道74。相反，如果管道温度低于下阈值112，则到管道74的水58的流量可减小。为了有助于调整通过管道74的水流量，控制器68在通信上联接到定位在第一歧管78上游的阀113。通过改变阀的位置，控制器68可调节进入管道74的水流量，从而维持管道温度在阈值范围内。
应了解的是热控制系统64可包括其它构件以检测和/或缓解HRSG34内的温度变化。例如，在某些实施例中，热电偶可在通信上联接到控制器68且构造成输出指示表面温度的信号。例如，热电偶可联接到第一歧管78以监测进入的水58的温度。控制器68可构造成将水58的温度与横截面94内的温度进行比较以计算水58与废气32之间的传热效率。如果传热效率降低到低于阈值，则控制器68可启动警报器98以警示操作者。
尽管在上文中参考HRSG34描述了热控制系统64，但应了解的是热控制系统64可用于检测并缓解在其它换热器内的过度的管道温度，诸如在气化器、合成气体冷却器或气体处理单元内存在的换热器。例如，热控制系统64可用于检测并缓解冷凝器54内的过度的管道温度。类似于HRSG34，冷凝器54包括多个管道，管道构造成在与通过冷凝器54的蒸汽流交叉的方向上输送二次流体，诸如水。随着蒸汽流过管道，热从蒸汽传递到水56，从而使蒸汽冷凝为水58。类似于HRSG34，通过冷凝器54的过于热的蒸汽流可导致管道的过度加压。此外，泄漏的管道可降低冷凝器54的效率。因此，热控制系统64可检测冷凝器54内的这些故障且自动调整通过冷凝器54的水流量以进行补偿。
图3是针对在流体管道74上游的HRSG34横截面的热控制系统64的实施例的示意图。如先前所讨论的，废气32在下游方向72上流入HRSG34。HRSG34包括多个管道74，管道74构造成在与下游方向72交叉(例如，大致垂直)的方向上输送次级流体，诸如水。随着废气32流过管道74，热从废气32传递到水，从而产生蒸汽。在本实施例中，水58由第一歧管78供应到管道74，而蒸汽40通过第二歧管80排出。蒸汽40然后流向蒸汽涡轮42，而冷却的废气流向烟囱36。尽管在本实施例中采用四个管道74，但应了解的是在替代的实施例中可利用更多或更少的管道74。例如，某些HRSG34可包括多于近似50个、75个、100个、125个、150个、175个、200个或更多个管道74。
示出的热辐射传感器66针对管道74使得HRSG34的整个横截面在传感器66的视场90内。以此方式，传感器66可监测每个管道74的温度，从而确保检测到在特定测量位置处的基本上任何温度变化。如先前所讨论的，热辐射传感器66可包括单个热电堆，其构造成测量视场90内的管道74的平均温度。然而，在示出的实施例中，热辐射传感器66包括多个热电堆元件114，其中每个热电堆元件针对横截面94的不同区域。在该构造中，热辐射传感器66可输出指示每个区域的温度的信号使得控制器68可建立横截面94的多维温度分布(例如，二维或三维分布)。
在本实施例中，热辐射传感器66包括热电堆元件114的4×4矩阵。在该构造中，热辐射传感器66的每个列可针对相应管道74使得可独立地监测每个管道74的温度分布。然而，应了解的是替代的热辐射传感器66可包括更多或更少的热电堆元件114，形成N×N或M×N矩阵。例如，某些热辐射传感器66可包括近似1至1000或更多的行和/或近似1至1000或更多的列。此外，尽管示出的辐射传感器包括元件114的矩形阵列，但应了解的是某些热辐射传感器66可包括元件114的圆形的、椭圆形的或多边形的阵列。还应了解的是替代的热辐射传感器(例如，CCD、FPA、高温计等)可形成热辐射传感器66的元件。而且，如先前所讨论的那样，传感器66可包括针对HRSG34的各个二维区域的多个N×N或M×N元件阵列，从而使控制器68能生成HRSG34内的管道74的三维温度分布。例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个二维阵列可沿着流动方向紧密隔开以建立L×N×N或L×M×N三维传感器66。
应了解的是，热控制系统64的总敏感性可取决于热电堆元件114的敏感性、热辐射传感器66的准确度、系统64内的光和/或电的噪声、控制器68内的信号调节器的准确度，热辐射传感器光学器件的品质、每个热电堆元件的视场和/或由控制器68用于计算温度的技术以及其它因素。例如，在某些实施例中，热控制系统64可能能够识别小于近似2摄氏度、1摄氏度、0.75摄氏度、0.5摄氏度或0.25摄氏度或更小的温度变化。因此，热控制系统64可在HRSG效率显著降低之前检测和缓解HRSG管道74内的热变化，从而维持发电系统10的效率。因为热控制系统64的敏感性至少部分地取决于每个热电堆元件114的视场，所以应了解的是热控制系统敏感性可通过采用更大量的热电堆元件114而增强。以此方式，每个热电堆元件114将监测流体流动的更小区域，从而增加每个元件114的敏感性。
类似于以上参考图2所描述的热控制系统64，示出的热控制系统64包括在通信上联接到控制器68的用户界面70。示出的用户界面70包括数字显示器116，其构造成示出在传感器66的视场90内每个区域的温度的数值表示。在本实施例中，显示器116构造成输出每个所监测的区域与横截面94的平均温度之间的温差。应了解的是替代的实施例可包括显示器116，其构造成示出每个区域的绝对温度。在本实施例中，温度值以摄氏度表示。
在本实施例中，控制器68可构造成通过将每个所监测的区域与视场90的平均温度之间的温差与阈值进行比较来检测一个管道74内的过度的温度。在示出的实施例中，阈值为5摄氏度，其对应于管道74之间的最大所希望的温度变化。如先前所讨论的，一个管道74内的过度的温度可导致过度加压，从而缩短HRSG34内的管道74和/或其它构件(例如歧管、连接器等)的操作寿命。如应将了解的，在替代的实施例中可采用更高的或更低的阈值。因为示出的热辐射传感器66包括四行热电堆元件114，每行测量相应管道74的温度。如所示出的，显示器116的左列内的每个温度指示与平均温度小于5摄氏度的温差。类似地，在右列和自左边第二列内的每个温差在5度公差内。因此，显示器116指示对应的管道74的温度在所希望的公差内。相比之下，对应于右边的第二管道74的温度测量指示管道74比周围管道74明显更热。具体而言，对应于右边的第二管道74的每个区域的温度高于平均温度超过5摄氏度。因此，控制器68将检测到管道74的过度的温度，且启动警报器，减小进入HRSG34的流体流量和/或增加到受影响管道74的水流量。在替代的实施例中，每个管道74的温度可与阈值直接比较以确定每个管道74是否被过度加压。
此外，控制器68可构造成通过将每个监测区域与视场90的平均温度之间的温差与阈值进行比较来检测一个管道74内的过低的温度。例如，如果一个管道74的温度降低到低于视场90的平均温度超过5摄氏度，则控制器68可启动警报器来警示操作者和/或减小到受影响管道的水流量。如先前所讨论的，一个管道74的过低的温度可指示HRSG34内的故障。例如，如果一个或多个翼片66与管道74至少部分地分开，则管道74的温度将比所希望的低。此外，如果在管道74内出现裂缝，则管道74将漏水，从而进一步降低管道74温度。而且，颗粒物质(例如，污物、未燃烧的碳氢化合物等)在管道74上的累积可降低管道74的温度。通过检测这些条件，控制器68可警示操作者采取校正措施和/或可在发电系统10经历效率的显著损失之前自动地调整通过HRSG34和/或通过管道74的流体流量。
在另外的实施例中，控制器68可构造成分析每个管道74随时间变化的温度以识别HRSG34内的故障。例如，如先前所讨论的那样，过度的管道温度可导致管道74的过度加压。如应将了解的，这些过度加压可引起裂缝在管道74内形成。因为裂缝将使水能够从管道74泄漏，所以管道74的温度将会降低。因此，控制器68可构造成标记过于热的管道74且当温度随后降低时识别管道74内的泄漏。这种构造可比监测每个管道74的瞬时温度更准确地检测泄漏。此外，每个管道74随时间变化的温度可在损坏的模型内用于预测HRSG34的可靠性和/或估计维护操作之间的持续时间。
在本实施例中，控制器68在通信上联接到一系列阀117，阀117构造成调节进入每个管道74的水58的流量。如所示出的，每个阀117定位于第一歧管78与相应管道74之间。在该构造中，可个别地调整到每个管道74的水流量。例如，在示出的实施例中，右边的第二管道74的温度高于所希望的最高操作温度。因此，控制器68可调整阀117以增加到受影响管道74的水流量，从而降低管道温度。相反，如果管道74的温度低于所希望的最低操作温度，则控制器68可调整阀117以减小到受影响管道74的水流量，从而增加管道温度。以此方式，HRSG34内的每个管道74可维持在所希望的温度范围内。尽管在示出的实施例中每个管道74包括构造成调节进入相应管道74的水流量的阀117，但应了解的是替代的实施例可包括联接到单个阀117的一组管道74使得阀117可调节到该组的水流量。
图4是针对开关设备24的内部的热控制系统64的实施例的示意图。如先前所讨论的，开关设备24其构造成调节各种电气系统的操作，诸如从燃气涡轮发动机12的电起动马达和/或发电机22的电输出。如所示出的，开关设备24包括第一电气罩壳118，其联接到第一电导体120和第二电导体122。在本实施例中，每个电导体120和122电联接到第一罩壳118内的相应连接器124。而连接器124经由内部的导体128电联接到第一罩壳118内的构件126。如应将了解的，构件126可包括各种开关、断路器和/或构造成调节第一导体120与第二导体122之间电流流动的其它电路。例如，如果在发电系统10内检测到故障，则构件126可使操作者能够将发电机22与电网30断开。
如所示出的，热辐射传感器66针对第一电气罩壳118的内部。在本实施例中，视场90包括罩壳118的整个内部，包括连接器124、构件126和内部的导体128。因此，热辐射传感器66将输出指示罩壳118内部的平均温度的信号。尽管示出的热辐射传感器66包括构造成输出单个温度的单个热电堆，但应了解的是替代的实施例可包括具有热电堆元件的阵列的传感器66，诸如在上文中参考图3所描述的那些。在这些实施例中，传感器66将测量电气罩壳118的各个区域内的温度，从而提供关于罩壳内部的温度分布的附加信息。
如应将了解的，热辐射传感器66可安装在任何合适的位置内以捕获从第一罩壳118的内部发出的辐射。例如，在某些实施例中，传感器66可安装于罩壳118内，从而给传感器66提供到构件126的直接的视线。例如，传感器66可安装在构造成密封罩壳118的门的内表面上。在此构造中，尽管电气构件126密封于罩壳118内，传感器66可向控制器68提供连续的温度信号。在另外的实施例中，传感器66可安装于罩壳118外部，从而保护热控制系统64免受罩壳118内的潜在高温。在这些实施例中，电气罩壳118可包括观察口，观察口构造成使热辐射传感器66能接收由罩壳118内的构件126发出的热辐射。如先前所讨论的，观察口可由对于由热辐射传感器66测量的波长(例如，红外辐射)基本上透明的材料构成。
在本实施例中，控制器68构造成如果电气罩壳118的内部的温度超过阈值则识别出开关设备24的构件126中的故障。如应将了解的，电气故障(例如，短路、潜通路、接地故障等)可由于流经具有高电阻的材料(例如，空气)的电流而产生热量。因此，控制器68可构造成比较罩壳内部的温度与该阈值以识别出这种故障。例如，示出的用户界面70包括具有图表100的显示器96。在示出的实施例中，曲线106指示罩壳内部随时间变化的温度。如果该温度升高高于上阈值110，则控制器68可启动用户界面70内的警报器98以警告操作者该状态。此外，如先前所讨论的，控制器68可自动地使电功率改变路线到次级开关设备69以有助于发电系统10的持续操作。
在本实施例中，控制器68在通信上联接到开关119，开关119构造成选择性地发送电功率到第一电气罩壳118或第二电气罩壳121。如所示出的，开关119电联接到输入导体123、延伸到第一罩壳的第一导体120和延伸到第二罩壳121的第三导体125。通过调整开关119的位置，电功率将通过第一导体120发送到第一电气罩壳118或通过第三导体125发送到第二电气罩壳121。如所示出的，第四导体127从第二罩壳121延伸，且构造成与第二导体122和输出导体129连接。在该构造中，电力可取决于开关119的位置通过第一罩壳118或第二罩壳121从输入导体123流到输出导体129。在正常操作状态下，控制器68可维持开关119处于通过第一罩壳118发送电功率的第一位置。然而，如果在第一罩壳118内检测到过度的温度，控制器68可使开关119转变到第二位置，其使电功率改变路线通过第二罩壳121，从而绕过在第一罩壳118内检测到的电气故障。因此，尽管在第一罩壳118内有电气故障，但是电功率从输入导体123到输出导体129的流动可基本上不被打断。
在某些实施例中，控制器68可构造成如果检测到第一电气故障则使电功率从第一电气罩壳118改变路线到第二电气罩壳121，且如果检测到随后的故障则使电功率从主要开关设备24改变路线到次级开关设备69。例如，热控制系统64可构造成监测在两个罩壳118和121内的温度。如果在第一罩壳118内检测到故障，则电功率可改变路线到第二罩壳121。然而，如果在两个罩壳118和121内检测到电气故障，则电功率可改变路线到次级开关设备69。尽管在本实施例中示出电气罩壳118和121，但应了解的是附加的罩壳可用在其它开关设备构造内。例如，某些开关设备24可包括1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个罩壳118和121。
如先前所讨论的，某些开关设备24可包括多个电气罩壳118或121，其包括连接器124、构件126和内部的导体128。在这些构造中，热辐射传感器66可针对每个罩壳118或121以独立地监测罩壳温度。此外，控制器68可构造成将罩壳118或121之间的温差与阈值进行比较来识别在一个或更多个罩壳118或121内的故障。例如，控制器68可构造成计算横跨开关设备24内的每个罩壳118或121的平均温度。控制器68然后可比较每个罩壳118或121的温度与平均温度以识别电气故障。例如，如果电气罩壳118或121的温度比平均温度高超过第一阈值，那么电气故障可存在于罩壳118或121内。相反，如果一个罩壳118或121的温度比平均温度低超过第二阈值，那么电气罩壳118或121可能不在所希望的容量处操作。例如，更低的罩壳温度可指示限制到特定电气罩壳118或121的电功率的开关设备24内的电气故障。
因为热控制系统64构造成持续地监测开关设备24的温度且在检测到故障的情况下自动地使电功率改变路线，所以可避免在启动发电系统10之前利用手持红外摄像机手动扫描该开关设备24。因此，可显著地降低与起动操作相关的操作成本。此外，因为可在发电系统10的操作期间检测和缓解电气故障，所以尽管在一个开关设备罩壳118内存在电气故障也可持续地输出电功率。尽管在上文中参考开关设备24描述了热控制系统64，但应了解的是热控制系统64可用于检测其它电气罩壳内的故障，诸如熔丝盘、断路器外壳、配电中心和工业控制中心以及其它罩壳。
图5是针对在分相母线26的管道内的两个电导体之间的接合处的热控制系统64的实施例的示意图。如先前所讨论的，分相母线26包括三个电气管道129，其构造成个别地传递由发电机22输出的三相功率的每相到GSU28。分相母线26的每个电气管道129包括安置于罩壳132内的电导体组件130。电导体组件130通过一系列绝缘体134与罩壳132电绝缘，一系列绝缘体134也用于在罩壳132内支撑电导体组件130。电导体组件130包括通过紧固件(诸如示出的螺栓136)彼此联接的一系列导体135。在该构造中，可显著减小或排除使导体组件130电接地和/或管道129之间的感应干扰的可能性。
尽管本实施例采用具有圆形横截面的罩壳132，但应了解的是替代的实施例可包括具有替代的横截面形状(例如，多边形、椭圆形等)的罩壳。此外，尽管本实施例在沿着管道129的每个轴向位置处采用四个绝缘体，但应了解的是替代的实施例可包括更多或更少的绝缘体。例如，某些实施例在每个轴向位置处可采用1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个绝缘体134。而且，尽管本实施例采用具有矩形横截面的导体135，但应了解的是替代的实施例可包括具有圆形横截面、中空矩形横截面或中空圆形横截面以及其它横截面形状的导体。
如所示出的，热辐射传感器66针对导体135之间的接合处138。在本实施例中，视场90包括两个电导体135之间的重叠的整个区域。因此，热辐射传感器66将输出指示接合处138的平均温度的信号。尽管示出的热辐射传感器66包括构造成输出单个温度的单个热电堆，但应了解的是替代的实施例可包括具有热电堆元件的阵列的传感器66，诸如在上文中参考图3所描述的那些。在这些实施例中，传感器66将测量在接合处138的各个区域内的温度，从而提供关于导体135之间的连接部的温度分布的附加信息。
如应将了解的是，热辐射传感器66可安装于任何合适位置以捕获从电导体135之间的接合处138发出的辐射。例如，在某些实施例中，传感器66可安装于罩壳132内，从而给传感器66提供到接合处138的直接视线。例如，传感器66可垂直于与导体135之间的界面对准的平面而安装在罩壳132的内表面上。在另外的实施例中，传感器66可安装在罩壳132外部，从而保护热控制系统64免受管道129内的潜在高温。在这些实施例中，罩壳132可包括观察口，观察口构造成使热辐射传感器66能接收由接合处138发出的热辐射。如先前所讨论的，观察口可由对于由热辐射传感器66测量的波长(例如，红外辐射)基本上透明的材料构成。
在本实施例中，控制器68构造成如果接合处138的温度超过阈值则识别出导体135在接合处138的至少部分分离。如应将了解的，电导体135可随着时间彼此分离，从而导致导体135之间的接触面积减小。因此，在接合处138处可产生热，且发电机22与GSU28之间的功率传递效率可能降低。因此，控制器68可构造成比较接合处138的温度与该阈值以识别这种导体分离。例如，示出的用户界面70包括具有图表100的显示器96。在示出的实施例中，曲线106指示接合处138随时间变化的温度。如果该温度升高高于上阈值110，则控制器68可启动用户界面70内的警报器98以警告操作者该状态。此外，如在下文中详细地讨论的，控制器68可构造成使电功率改变路线通过分相母线26的辅助管道和/或通过次级分相母线，从而绕过具有分离的导体135的接合处138。
如先前所讨论的，分相母线26包括三个管道129，其构造成个别地传递由发电机22输出的三相功率的每相到GSU28。在某些实施例中，热辐射传感器66可针对每个管道129内的一个或更多个接合处138以独立地监测管道温度。在这些实施例中，控制器68可构造成比较管道129之间的温差与阈值来识别一个管道129内的故障。例如，控制器68可构造成比计算横跨分相母线26内的每个管道129的平均温度。控制器68然后可比较每个管道129的温度与平均温度以识别电气故障。例如，如果一个电气管道129的温度高于平均温度超过第一阈值，那么电气故障可存在于管道129内。相反，如果一个管道129的温度低于平均温度超过第二阈值，那么电气管道129可能不在所希望的容量下进行操作。例如，更低的管道温度可指示发电系统10内的电气故障，其限制到分相母线26的特定相的电功率。
图6是包括辅助管道的分相母线26和次级分相母线的实施例的示意图。在本实施例中，分相母线26包括三个主要管道140，其构造成从发电机22传递三相功率的每相到GSU28。此外，分相母线26包括辅助管道142，其构造成用作三个主要管道140的备用品。例如，如果控制器68检测到在主要管道140之一内的导体分离，则控制器68可使电功率改变方向到辅助管道142。在示出的实施例中，每个主要管道140包括开关144，其构造成中断通过管道140的电功率流。此外，辅助管道142包括开关146，其构造成选择性地有助于电功率通过辅助管道142的流动。如所示出的，每个开关144和146在通信上联接到控制器68。如果热控制系统64检测到主要管道140之一内的导体分离，那么控制器68将断开联接到受影响管道140的开关144，从而阻止电功率通过管道140的流动。控制器68也将闭合联接到辅助管道142的开关146以有助于先前经过具有分离导体的管道140的电功率的流动。以此方式，尽管在主要管道140之一内存在故障，三相功率的每个相可经过分相母线26。
而且，如果在主要管道140内检测到故障，则可提供次级分相母线148以有助于电功率的传送。在本实施例中，控制器68可构造成在主要管道140中的一个或更多个内检测到导体分离的情况下可使电功率从主要管道140改变方向到次级分相母线148的管道150。例如，如果在主要管道140之一内检测到故障，则每个开关144将转变到断开位置，从而阻止电功率通过主要管道140的流动。此外，联接到次级分相总线148的管道150的开关152将转变到闭合位置，从而有助于电力从发电机22流到GSU28。在某些实施例中，控制器68可构造成在检测到第一故障的情况下使功率从主要管道140改变方向到辅助管道142，且在检测到随后的故障的情况下使功率改变方向到次级分相母线148。以此方式，尽管在分相母线26内有一个或多个电气故障，电功率可持续地且高效地从发电机22传递到GSU28。
因为热控制系统64构造成持续地监测接合处138的温度且基于该温度自动地识别导体分离，所以可迅速地识别并缓解通过分相母线26的传递效率降低。例如，一检测到分离就使电功率改变路线可确保发电系统10的高效操作。尽管上面参考分相母线26描述了热控制系统64，但应了解的是热控制系统64可用于检测其它电导体之间的分离，诸如用于开关设备内的汇流线、分配板或变电站，例如。此外，热控制系统64可用于监测变压器连接，母线管道连接、发电机连接和/或开关设备连接。
该文字描述使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且也使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种热控制系统(10)，其包括：
辐射传感器(66)，其构造成使视场(90)朝向沿着流体流动路径进入设在换热器(34，54)内的至少一个管道(74)，其中所述辐射传感器(66)构造成输出指示所述至少一个管道(74)的温度的第一信号；以及
控制器(68)，其在通信上联接到所述辐射传感器(66)，其中所述控制器(68)构造成基于所述第一信号确定温度、将所述温度与阈值范围进行比较，并且如果所述温度偏离所述阈值范围，则调整通过所述流体流动路径或所述至少一个管道的流体流量；其中，所述阈值范围的上限(110)指示所述至少一个管道(74)的最高所希望的操作温度。
2.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述辐射传感器包括热电堆，所述热电堆构造成输出指示沿着所述流体流动路径的所述至少一个管道(74)的平均温度的第二信号；或者，所述辐射传感器还包括热电堆阵列，其构造成输出指示沿着所述流体流动路径的所述至少一个管道(74)的多维温度分布的第三信号。
3.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述阈值范围的下限(112)指示在所述至少一个管道(74)内的流体泄漏。
4.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括多个翼片(76)，其联接到所述至少一个管道(74)，其中所述阈值范围的下限(112)指示至少一个翼片(76)与所述至少一个管道(74)的至少部分分离。
5.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括沿着所述流体流动路径的多个管道(74)，其中所述控制器(68)构造成基于所述信号确定每个管道(74)的温度、将每个管道(74)的所述温度与阈值范围进行比较，并且如果所述温度偏离所述阈值范围，独立地调整通过每个管道(74)的流体流量。
6.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述控制器(68)构造成如果所述温度高于所述阈值范围的上限(110)，则增加通过所述至少一个管道(74)的流体流量；或者，所述控制器构造成如果所述温度低于所述阈值范围的下限(112)，则减少通过所述至少一个管道(74)的流体流量，其中所述阈值范围的所述下限(112)指示在所述至少一个管道(74)内的流体泄漏；或者，所述控制器(68)构造成如果所述温度高于所述阈值范围的上限(110)，则增加通过所述至少一个管道(74)的流体流量，并且如果所述温度低于所述阈值范围的下限(112)，则减少通过所述至少一个管道(74)的流体流量。
7.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述控制器(68)构造成如果所述温度高于所述阈值范围的上限(110)，则减少通过所述流体流动路径的流体流量。
8.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括涡轮(16，42)和所述换热器(34，54)，其中所述涡轮(16，42)包括燃气涡轮(16)或蒸汽涡轮(42)，而所述换热器(34，54)包括热回收蒸汽发生器(34)或冷凝器(54)。
9.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述辐射传感器(66)构造成检测具有在红外光谱内的波长的热辐射。
10.根据权利要求1所述的热控制系统(10)，其特征在于，所述视场(90)朝向进入所述流体流动路径的观察口(82)，并且所述观察口(82)对于由所述辐射传感器(66)测量的波长基本透明。
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