CN104180922A - 基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统及方法。在发电机定子铁芯外圆柱面上开有螺旋形槽，光纤安装在螺旋形槽内并通过密封件密封，螺旋形槽两端的密封件上设有监测点开口，密封件上沿定子铁芯高度方向间隔相同高度设有一监测点开口，光纤在各个监测点开口处测温。实时读取各个监测点的温度值并设定阀值温度、温度允许极值、温度标准差允许极值；然后根据温度值进行判断，设定危险等级进而进行报警。本发明采用螺旋式的光纤传感器，可全面立体地呈现定子不同高度的温度分布；对不同状况下发电机的运行采用不同的等级来区分对待，对于预防定子过热损坏具有很好的前景；并且系统电绝缘性能好，抗干扰能力强，灵敏度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度检测系统和检测方法，具体涉及到一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统及方法。
背景技术
国内外发电机，由于部件发热引起结构件严重变形，导致机组振动，危及电机运行安全的情况时有发生。因此，准确检测与研究电机各部件温升情况，将为今后电机高效、安全稳定运行奠定了坚实的基础。发电机的结构非常复杂，再加上转子旋转的作用，使得气体在定转子之间、或在定子和转子内的流动形态变得非常复杂。GB/T 7894-2009规定，水轮发电机定子铁芯允许的温升值为：B级85℃，F级105℃。因此，对发电机定子温度的检测是发电机运行状态是否正常的重要标志之一。
专利号为201110409944.0的《基于光纤传感器的风力发电机组火灾监控系统》介绍，包括：火灾探测模块、信号处理模块、控制处理模块以及监控模块；所述的火灾探测模块包括一路或多路探测通道，该探测通道为光纤传感器；所述的信号处理模块为探测模块采集数据的处理中心，为探测主机；所述的探测主机与一路或多路的光纤传感器相连；所述的控制处理模块为火灾处理控制中心，包括PC机、通信模块、火灾报警控制器、灭火系统及图像监控设备；所述的探测主机分别与PC机、图像监控设备以及火灾报警控制器相连；目前定子铁芯温度的检测主要是用检温计法，但是测得的温度比实际温度多数偏低，偏低的数值也随机而异。
目前检温探头和所述光纤传感器一般通常均匀地安装在定子铁芯的同一轴向上，不能全面立体地呈现定子铁芯不同高度的温度分布，当温度异常导致发电机不正常工作时，不能有效及时的显示报警。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统及方法，系统电绝缘性能好、抗干扰能力强、灵敏度高。采用螺旋式的光纤布置方式，并且加以相应的检测方法，从而及时有效反映定子铁芯的温度变化，对于预防发电机过热损坏具有很好的前景。
本发明要解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一、一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统：
发电机的定子铁芯上固定安装有光纤传感器，光纤传感器的检测信号通过信号处理模块传送到PC机，PC机连接报警装置在发电机定子铁芯外圆柱面上开有环绕定子铁芯一周的螺旋形槽，光纤安装在螺旋形槽内并通过密封件密封，螺旋形槽两端的密封件上设有监测点开口，密封件上沿定子铁芯高度方向间隔相同高度设有一监测点开口，光纤在各个监测点开口处测温。
所述的监测点开口的总数为6～15个。
所述的每个监测点开口处的光纤绕圈长度大于3m。
所述的信号处理模块为信号解调器。
二、一种基于光纤传感器的发电机定子温度检测方法，包括：
1)采用以下系统检测：发电机的定子铁芯上固定安装有光纤传感器，光纤传感器的检测信号通过信号处理模块传送到PC机，PC机连接报警装置；在发电机定子铁芯外圆柱面上开有环绕定子铁芯一周的螺旋形槽，光纤安装在螺旋形槽内并通过密封件密封，螺旋形槽两端的密封件上设有监测点开口，密封件上沿定子铁芯高度方向间隔相同高度h设有一监测点开口，光纤在各个监测点开口处测温作为光纤传感器；
2)实时读取各个监测点的温度值Ai，Ai分别为A1,A2,A3...An，并设定阀值温度Tmax、温度允许极值a、温度标准差允许极值b；
3)当各监测点的温度值Ai中一个或者一个以上的温度大于阀值温度Tmax，则设定为第一危险等级，报警装置进行报警，发电机停止工作；反之，如果|Ai|≤Tmax，则继续下一步骤；
4)如果满足|A1-An|≤a则继续下一步骤；如果不满足|A1-An|≤a，则设定为第二危险等级，报警装置进行报警；
5)如果满足则继续下一步骤；如果不满足则设定为第三危险等级，报警装置进行报警；
6)计算各个监测点温度值Ai的平均值并计算温度值的方差如果满足s≤b，则表示发电机运行正常，报警装置不报警；如果不满足s≤b则设定为第四危险等级，报警装置进行报警。
所述的定子铁芯的阀值温度为Tmax为90℃。
本发明的有益效果如下：
1、采用螺旋式的光纤传感器，可全面立体地呈现定子铁芯不同高度的温度分布。
2、本发明方法对不同状况下发电机的运行采用不同的等级来区分对待，对于预防定子铁芯过热损坏具有很好的前景。
3、本发明系统电绝缘性能好，抗干扰能力强，灵敏度高。
附图说明
图1为本发明的器件连接示意图。
图2为本发明光纤安装在定子铁芯上的结构示意图。
图3为本发明从定子铁芯轴向剖面的光纤安装结构示意图。
图4为本发明在监测点开口处的结构示意图。
图中：1、监测点，2、光纤，3、螺旋形槽，4、定子铁芯，5、密封件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1～图2所示，本发明包括：发电机的定子铁芯4上固定安装有光纤传感器，光纤传感器的检测信号通过信号处理模块传送到PC机，PC机连接报警装置；如图2所示，在发电机定子铁芯4外圆柱面上开有环绕定子铁芯4一周的螺旋形槽3，如图3所示，光纤2安装在螺旋形槽3内并通过密封件5密封，如图4所示，螺旋形槽3两端的密封件5上均设有监测点1开口，螺旋形槽两端的监测点1开口之间的密封件5上沿定子铁芯4高度方向每间隔相同高度h设有一监测点1开口，光纤2在各监测点1处缠绕，光纤2在各个监测点1开口处测温，由此构成光纤传感器。
该光纤传感器为分布式光纤温度传感器。
优选的监测点1开口的总数为6～15个，使得任意相邻两个监测点1到定子铁芯4下底面的投影与定子铁芯下底面圆心之间形成的夹角为锐角。
每个监测点1开口处的光纤2绕圈长度大于3m。
优选的信号处理模块为信号解调器。
上述密封件5即为与定子铁芯相同材料的螺旋形块。
本发明方法包括：
1)采用以下系统检测：发电机的定子铁芯4上固定安装有光纤传感器，光纤传感器的检测信号通过信号处理模块传送到PC机，PC机连接报警装置；在发电机定子铁芯4外圆柱面上开有环绕定子铁芯4一周的螺旋形槽，光纤2安装在螺旋形槽内并通过密封件5密封，螺旋形槽两端的密封件5上设有监测点1开口，密封件5上沿定子铁芯4高度方向间隔相同高度h设有一监测点1开口，光纤2在各个监测点1开口处测温作为光纤传感器；
2)实时读取各个监测点1的温度值Ai，Ai分别为A1,A2,A3...An，并设定阀值温度Tmax、温度允许极值a、温度标准差允许极值b；
3)当各监测点1的温度值Ai中一个或者一个以上的温度大于阀值温度Tmax，则设定为第一危险等级，报警装置进行报警，发电机停止工作；反之，如果|Ai|≤Tmax，则继续下一步骤；
4)如果满足|A1-An|≤a则继续下一步骤；如果不满足|A1-An|≤a，则设定为第二危险等级，报警装置进行报警，可根据情况选择是否需要检修；
5)如果满足则继续下一步骤；如果不满足则设定为第三危险等级，报警装置进行报警；
6计算各个监测点温度值Ai的平均值并计算温度值的方差如果满足s≤b，则表示发电机运行正常，报警装置不报警；如果不满足s≤b则设定为第四危险等级，报警装置进行报警。
优选的定子铁芯的阀值温度为Tmax为90℃。
如图1所示，将光纤传感器通过信号解调器连接到PC机上，PC机连接着报警装置。
如图3所示，光纤2安装在螺旋形槽3中的位置，及螺旋形槽3密闭结构。
光纤2均匀地安装在环绕定子铁芯4一周的螺旋形槽3中，先将光纤2从定子铁芯4上端的螺旋线的开口处插入螺旋形槽3中，然后从上端第一个监测点1开口处拉出光纤2，以此类推，直至在定子铁芯4下端的开口，在每个监测点1将光纤2环绕成圈，长度超过3m即可，一共安装所有监测点，其能快速感知所处位置定子铁芯4的温度，并将信息传递到信号解调器中，信号解调器采样处理后得到温度信息，温度信息传递到PC机。当某个监测点1的温度值超过设定阀值时，报警装置中的蜂鸣器就会发出蜂鸣声。
螺旋形槽3只有在两端和中间各个监测点1处有开口，其它部位均是通过密封件密闭的，可以有效地防止光纤2在发电机运行过程中脱离定子铁芯4的情况，且各个监测点1处的开口可以便捷地在安装或者更换光纤2。
本发明的实施例如下：
设置11个监测点，光纤2安装示意图如图4所示。将光纤传感器安装在某水电站水轮发电机的定子铁芯4上，光纤传感器末端连接到信号解调器，信号解调器又连接到PC机，PC机连接报警装置，报警装置包括蜂鸣器。
定子铁芯的金属材料在温度超过90度后寿命下降，因此在PC机上设定阀值温度Tmax为90℃。由于定子铁芯最高点与最低点温差过大可能导致定子铁芯局部断裂，因此在PC机上设定温度允许极值a＝20、温度分布不均匀亦可导致定子铁芯变形，因此在PC机上设定温度标准差允许极值b＝2.7。
打开信号解调器、PC机、报警装置，使设备处于工作状态，实时监测各个监测点的温度。
1)当各监测点1的温度值Ai(i取1到11)中一个或者一个以上的温度大于阀值温度90℃，则设定为第一危险等级，报警装置进行报警，发电机停止工作；反之，如果|Ai|≤90，则继续下一步骤；
2)如果满足|A1-An|≤20则继续下一步骤；如果不满足|A1-An|≤20，则设定为第二危险等级，报警装置进行报警，可根据情况选择是否需要检修；
3)如果满足|Ai-Ai+1|≤2(i∈[1,10])则继续下一步骤；如果不满足|Ai-Ai+1|≤2(i∈[1,10])，则设定为第三危险等级，报警装置进行报警；
4)计算各个监测点温度值Ai的平均值并计算温度值的方差如果满足s≤2.7，则表示发电机运行正常，报警装置不报警；如果不满足s≤2.7则设定为第四危险等级，报警装置进行报警。
当11个监测点的任意一个温度值超过阀值温度Tmax90℃时，蜂鸣器就会发出蜂鸣声，报警装置进行报警，11个监控点的四个整点时刻的温度值数据为
在0:00时刻，报警装置进行报警；在3:00时刻，报警装置进行报警。
本发明具有抗干扰性强，螺旋形结构对于不同高度的定子铁芯温度均有监测，预防定子铁芯过热损坏具有很好的前景。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统，发电机的定子铁芯(4)上固定安装有光纤传感器，光纤传感器的检测信号通过信号处理模块传送到PC机，PC机连接报警装置；其特征在于：在发电机定子铁芯(4)外圆柱面上开有环绕定子铁芯(4)一周的螺旋形槽(3)，光纤(2)安装在螺旋形槽(3)内并通过密封件(5)密封，螺旋形槽(3)两端的密封件(5)上设有监测点(1)开口，密封件(5)上沿定子铁芯(4)高度方向间隔相同高度设有一监测点(1)开口，光纤(2)在各个监测点(1)开口处测温。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统，其特征在于：所述的监测点(1)开口的总数为6～15个。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统，其特征在于：所述的每个监测点(1)开口处的光纤(2)绕圈长度大于3m。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的发电机定子铁芯温度检测系统，其特征在于：所述的信号处理模块为信号解调器。
5.应用于权利要求1所述系统的一种基于光纤传感器的发电机定子温度检测方法，其特征在于包括：
1)采用以下系统检测：发电机的定子铁芯(4)上固定安装有光纤传感器，光纤传感器的检测信号通过信号处理模块传送到PC机，PC机连接报警装置；在发电机定子铁芯(4)外圆柱面上开有环绕定子铁芯(4)一周的螺旋形槽，光纤(2)安装在螺旋形槽内并通过密封件(5)密封，螺旋形槽两端的密封件(5)上设有监测点(1)开口，密封件(5)上沿定子铁芯(4)高度方向间隔相同高度h设有一监测点(1)开口，光纤(2)在各个监测点(1)开口处测温作为光纤传感器；
2)实时读取各个监测点(1)的温度值Ai，Ai分别为A1,A2,A3...An，并设定阀值温度Tmax、温度允许极值a、温度标准差允许极值b；
3)当各监测点(1)的温度值Ai中一个或者一个以上的温度大于阀值温度Tmax，则设定为第一危险等级，报警装置进行报警，发电机停止工作；反之，如果|Ai|≤Tmax，则继续下一步骤；
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6.根据权利要求5所述的一种基于光纤传感器的发电机定子温度检测方法，其特征在于：所述的定子铁芯的阀值温度为Tmax为90℃。
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