CN108955941A - 一种发电机定子及转子光纤测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机定子及转子光纤测温系统，包括发电站后台控制系统、机组状态监视屏、定子系统信号调节器、定子光纤探头、转子系统信号调节器、转子光纤探头、转子滑环、工控机、继电器装置、通讯转换模块、光电转换模块、无线发射机、无线接收机、无线发射机电源、无线接收机电源、VGA发射器、VGA接收器。本发明的发电机定子及转子光纤测温系统能抗电磁干扰、安全、耐高电压、耐化学腐蚀、耐高温、耐老化以及尺寸小、灵敏度高、响应速度快、能耗低、精度高等，因而，它们被普遍地应用于强电场、强磁场环境中。应用于发电机组后，能够准确地在线测量发电机组定子、转子的实时温度，有助于了解和评价发电机的技术性能，保证大中型发电机的安全运行。

Description

一种发电机定子及转子光纤测温系统

技术领域

本发明涉及发电机测温，具体涉及一种发电机定子及转子光纤测温系统。

背景技术

目前，发电机传统的测温方法有热电阻测温、热电偶测温。由于他们无法和定子、转子绕组直接接触，需要金属导线传输信号，只能进行非接触的测温，最多只能测量绝缘层外的温度。绝缘层（也是隔热层）阻滞热的传导，形成内、外层温差，和滞后的温度响应。易受环境温度及周围的电磁场干扰，无法实现准确的在线测量。即使使用传统的模拟测量计算方法进行修正，也只能反映线圈的平均温升，不能反映温升的分布及热点状况和准确反映发电机运行的安全状况，不利于对发电机的温度场进行全面研究，验证发电机设计是否合理。发电机内的空间非常狭小，比光纤体积大许多的传统测温计加装绝缘后，给电机设计带来很多困难。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种发电机定子及转子光纤测温系统。

本发明采用的技术方案是：一种发电机定子及转子光纤测温系统，包括发电站后台控制系统、机组状态监视屏、定子系统信号调节器、定子光纤探头、转子系统信号调节器、转子光纤探头、转子滑环、工控机、继电器装置、通讯转换模块、光电转换模块、无线发射机、无线接收机、无线发射机电源、无线接收机电源、VGA发射器、VGA接收器；所述定子系统信号调节器一端连接定子光纤探头，另一端端通过RS485电缆连接通讯转换模块；所述转子系统信号调节器一端连接转子光纤探头，另一端分两路RS485电缆，一路通过转子滑环连接至通讯转换模块，另一路连接至无线发射机；无线接收机通过RS485电缆连接通讯转换模块；转子滑环位于转子内，处在转子系统信号调节器和通讯转换模块的连接线缆之间；通讯转换模块分两路RJ45网线，一路连接至工控机，另一路连接至光电转换模块；光电转换模块通过光缆和发电站后台控制系统连接；工控机通过RS232线缆连接继电器装置；工控机通过VGA连接线连接VGA发射器；VGA接收器分别与VGA发射器和机组状态监视屏连接； 220V AC电源通过电缆连接至系统内各个设备。

进一步地，所述通讯转换模块为MODBUS/IEC 61850模块。

更进一步地，所述光纤测温系统测点包括转子磁极线圈、集电环、阻尼条；

电源输入端为AC 220V和DC 220V两路互备电源经过逆变器设备，确保在电源输出端提供一路稳定的交流电源AC 220V；

转子系统的测温信息传输使用有线和无线两种通讯方式，二者互为备用；其中有线方式：RS485线经过转子滑环进行转接；无线方式：使用一套无线数传电台收发装置，收发装置之间使用无线电信号进行传输；

使用工控机搭载自主开发的测温监控软件，对整个发电机光纤测温系统的相关信息进行监控和处理；

工控机使用串口连接继电器装置；此继电器装置配有4个继电器，通过工控机的测温监控软件来进行逻辑配置及动作输出；具体实现两个功能：使用两路继电器分别输出第一路温度报警和第二路温度报警；使用另外两路继电器分别控制切换转子测温系统的有线和无线通讯的接入；

测温监控软件的显示画面进行远端屏幕显示；使用VGA视频信号传输装置，分为发射器和接收器，二者之间通过光缆连接、传输信号；

使用规约转换模块及光电转换模块相结合的方式，提供给电站后台监控终端所需的基于IEC61850协议的光信号；

测温光纤线的外部使用聚丙烯耐高温软管进行防护。

本发明的优点：

本发明的发电机定子及转子光纤测温系统使用光纤测温系统能抗电磁干扰、安全、耐高电压、耐化学腐蚀、耐高温、耐老化以及尺寸小、灵敏度高、响应速度快、能耗低、精度高等，因而，它们被普遍地应用于强电场、强磁场环境中。应用于发电机组后，能够准确地在线测量发电机组的真实温度，有助于了解和评价发电机的技术性能，保证大中型发电机的安全运行。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的一种发电机定子及转子光纤测温系统原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，如图1所示，一种发电机定子及转子光纤测温系统，包括发电站后台控制系统、机组状态监视屏（LCU）、定子系统信号调节器、定子光纤探头、转子系统信号调节器、转子光纤探头、转子滑环、工控机、继电器装置、通讯转换模块、光电转换模块、无线发射机、无线接收机、无线发射机电源、无线接收机电源、VGA发射器、VGA接收器；所述定子系统信号调节器一端连接定子光纤探头，另一端通过RS485电缆连接通讯转换模块；所述转子系统信号调节器一端连接转子光纤探头，另一端则分两路RS485电缆，一路通过转子滑环连接至通讯转换模块，另一路连接至无线发射机；无线接收机通过RS485电缆连接至通讯转换模块；转子滑环位于转子内，处在转子系统信号调节器和通讯转换模块的连接线缆之间；通讯转换模块分两路RJ45网线，一路连接至工控机，另一路连接至光电转换模块；光电转换模块通过光缆和电站后台监控系统连接；工控机通过RS232线缆连接继电器装置；工控机通过VGA连接线连接VGA发射器；VGA接收器分别与VGA发射器和机组状态监视屏（LCU）连接；220V AC电源通过电缆连接至系统内各个设备。

所述通讯转换模块为MODBUS/IEC 61850模块。

本发明在发电机光纤测温系统中：

（1）使用光纤测温技术对发电机转子中的热点进行测量，测点有转子磁极线圈、集电环、阻尼条。

（2）系统供电的稳定可靠性。电源输入端的交（AC 220V）直（DC 220V）两路互备电源经过特定的逆变器设备，确保在电源输出端提供一路稳定的交流电源（AC 220V）。

（3）转子系统的测温信息传输使用有线和无线两种通讯方式，二者互为备用。其中有线方式：RS485线经过转子滑环进行转接；无线方式：使用一套无线数传电台收发装置（即无线收发机），收发装置之间使用无线电信号进行传输。

（4）使用工控机搭载自主开发的测温监控软件，对整个发电机光纤测温系统的相关信息进行监控和处理。

（5）工控机使用串口连接继电器装置。此继电器装置配有4个继电器，通过工控机的测温监控软件来进行逻辑配置及动作输出。具体实现两个功能：一、使用1、2号继电器分别输出温度报警1、温度报警2；二、使用3、4号继电器分别控制切换转子测温系统的有线和无线通讯的接入。

（6）测温监控软件的显示画面进行远端屏幕显示。使用VGA视频信号传输装置，分为发射器和接收器，二者之间通过光缆连接、传输信号。

（7）使用规约转换模块及光电转换模块相结合的方式，提供给电站后台监控终端所需的基于IEC61850协议的光信号。

（8）测温光纤线的外部使用聚丙烯耐高温软管进行防护。

（9）此发电机光纤测温系统涉及所有方案、图纸均由本公司自行设计及拥有。

参考图1，如图1所示，发电机定、转子测温系统结构分为两部分，定子系统和转子系统。系统运行过程如下：

定子部分的34个测点使用光纤探头（传感器）测量温度，并经由光纤传输至其对应的信号调节器。信号调节器将所测量的温度信息由RS485电缆传输至通讯转换模块。

转子部分的18个测点使用光纤探头测量温度，并经由光纤传输至其对应的信号调节器。转子系统的温度信息分两种通讯方式传输至通讯转换模块：一、有线形式：信号调节器使用RS485电缆经由转子滑环转接后传输至通讯转换模块；二、无线形式：信号调节器使用RS485电缆与无线发射机连接，无线发射机通过无线电信号与无线接收机进行信息交互，无线接收机再通过RS485电缆将温度信息传输至通讯转换模块。

经上述两个步骤后，定子系统和转子系统合计52个测点信息被汇总至通讯转换模块。通讯转换模块一方面通过RJ45网线将信息传输至光电转化模块，光电转换模块（光/电信号的转换）再由光缆将信息最终交由电站后台控制系统进行分析处理；另一方面通过RJ45网线将信息传输至工控机，工控机使用其自身软件对信息整合处理后形成温度显示画面，这些画面经视频传输装置（VGA发射器和VGA接收器，两者之间由光缆连接）传输至机组状态监视屏（LCU）。

继电器装置。继电器装置的主要功能：一、利用继电器的闭合的不同状态，控制转子系统信号有线和无线两种传输形式的切换。二、工控机的软件系统发出的温度报警信号借由继电器向外提供硬接点输出。

本发明的具体技术方案：

光纤传感器埋设位置及测控方案：

定子中埋设的光纤传感器数量 ：34 点

1# 通道信号调节器：

定子绕组每支路1 点（三相4 支路） 12 点

铁芯（不布置于槽底） 4 点

2# 通道信号调节器：

汇流环（主引线三相4 支路） 12 点

上下端压指 6 点

发电机转子中埋设的光纤传感器数量 ：18 点

3# 通道信号调节器：

励磁绕组（迎风面：上、中、下层） 6 点

励磁绕组（背风面：上、中、下层） 6 点

滑环正负极（各1 点） 2 点

阻尼条 4 点

总计：18 点

光纤传感器（探头）的种类及安放：

光纤芯径为62.5μm，ST 接头。光纤带有密封无缝的聚四氟乙烯保护套以防止灰尘的进入其中，蓝色为直径0.85 mm 的内护套和黄色为直径3.15mm 外护套；测温范围-40℃至225℃（精度为± 1℃）。

方案一：表面温度的测量

将光纤测温探头直接放于被测物体表面，并在传感器上覆盖绝缘盖板，用3240环氧树脂对传感器及盖板进行固定。

方案二：内部温度的测量

在被测物体上钻一个Ø3.2mm 的孔，将裸露型探头插入被测物体内部。孔的深度和插入角度依据具体情况而定。

光纤的引出、敷设和固定形式：

在发电机定子和转子的内部，光纤可采用嵌入 PPR 无规共聚聚丙烯保护管中引出（可长期耐70℃高温，有红色标识线）。为了防止光纤在发电机转子高速运转下产生的内部的摆动，塑料线管应用“线卡子”固定好。为了方便光纤穿管，可沿管子纵向，用3mm 厚园片铣刀铣一条缝。管子的走向可采用热熔法接头。

定子部分：

光纤测温点的布置：

定子绕组：每相、每支路1 个，共12 个

定子铁芯：共4 个，呈圆周均布

定子上端压指：共3 个，呈圆周均布

定子下端压指：共3 个，呈圆周均布

定子汇流铜环：每相、每支路1 个，共12 个

定子绕组：

光纤在定子绕组测温的数量为每相、每支路1 点（三相4 支路总计12点）；

光纤探头的位置最好置于定子槽中的理论热点上，其轴向大体位置可能是在30/40 处（从下向上）；

探头建议放在两根定子线棒绝缘层间的3240环氧布板中；

光纤沿定子线棒的外接线引出。

定子铁芯：

光纤在定子铁芯测温的数量共4个，呈圆周均布；

光纤探头的位置最好纵向置于铁芯的理论热点上，大约2/3 的高度位置；

铁芯上需钻Ø3.2mm 的孔，并用少量3240环氧树脂密封孔周围，孔的深度应为铁芯热点的理论深度。

定子上端压指：

光纤在定子上端压指测温的数量共3个，呈圆周均布；

利用环氧树脂将探头贴在压指上。

定子下端压指：

光纤在定子下端压指测温的数量共3个，呈圆周均布；

利用环氧树脂将探头贴在压指上。

定子汇流铜环：

光纤在定子汇流铜环测温的数量为每相、每支路1个（主引线三相 4 支路），共12个；

放置时需将探头置于汇流铜环表面，外用扎带固定。

内部光纤与外部光纤的连接：

使用放置在防尘的密封盒中的光纤耦合器，将内外部光纤连接。

光纤信号调节器：

定子光纤信号调节器需安放在提供的保护箱中，使用规格为M10 的螺栓，通过保护箱后面的背挂板固定在墙上，并按照如图所示接线完成连接。

转子部分

光纤测温点的布置：

励磁绕组（A 组）：迎风面&背风面，上、中、下层，共6 个

励磁绕组（B 组）：迎风面&背风面，上、中、下层，共6 个

（A、B 互为90°夹角）

滑环正负极：共2 个

阻尼条：共4 个

励磁绕组：

光纤在N 极和S 极迎风面、背风面，轴向上、中、下层，测温的数量共12个。

励磁绕组迎风面和背风面上光纤测温点示意图

励磁绕组上、中、下端光纤测温点示意图

励磁绕组光纤分布位置及尺寸示意图

滑环正负极：

光纤在滑环正负极测温的数量共2个；

测温探头需黏贴在集电环内侧表面。

阻尼条：

光纤在阻尼条测温的数量共4个；

光纤测温采用表面测温的方式；

考虑到阻尼绕组在运行中容易变形断裂，为不影响光纤测温探头的使用，测温位置由设备厂决定。

将光纤直接黏贴在阻尼铜环上，或在阻尼铜环上正对阻尼铜条的位置钻Ø3.2mm的孔，深度由实际情况决定。

光纤信号调节器：

转子光纤信号调节器需安放在提供的保护箱中，使用规格为M10 的螺栓，通过保护箱后面的背挂板固定在转子轴上，并按照如图所示接线完成连接。

本发明的发电机定子及转子光纤测温系统使用光纤测温系统能抗电磁干扰、安全、耐高电压、耐化学腐蚀、耐高温、耐老化以及尺寸小、灵敏度高、响应速度快、能耗低、精度高等，因而，它们被普遍地应用于强电场、强磁场环境中。应用于发电机组后，能够准确地在线测量发电机组的真实温度，有助于了解和评价发电机的技术性能，保证大中型发电机的安全运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种发电机定子及转子光纤测温系统，其特征在于，包括发电站后台控制系统、机组状态监视屏、定子系统信号调节器、定子光纤探头、转子系统信号调节器、转子光纤探头、转子滑环、工控机、继电器装置、通讯转换模块、光电转换模块、无线发射机、无线接收机、无线发射机电源、无线接收机电源、VGA发射器、VGA接收器；所述定子系统信号调节器一端连接定子光纤探头，另一端端通过RS485电缆连接通讯转换模块；所述转子系统信号调节器一端连接转子光纤探头，另一端分两路RS485电缆，一路通过转子滑环连接至通讯转换模块，另一路连接至无线发射机；无线接收机通过RS485电缆连接通讯转换模块；转子滑环位于转子内，处在转子系统信号调节器和通讯转换模块的连接线缆之间；通讯转换模块分两路RJ45网线，一路连接至工控机，另一路连接至光电转换模块；光电转换模块通过光缆和发电站后台控制系统连接；工控机通过RS232线缆连接继电器装置；工控机通过VGA连接线连接VGA发射器；VGA接收器分别与VGA发射器和机组状态监视屏连接； 220V AC电源通过电缆连接至系统内各个设备。

2.根据权利要求1所述的发电机定子及转子光纤测温系统，其特征在于，所述通讯转换模块为MODBUS/IEC 61850模块。

3.根据权利要求1所述的发电机定子及转子光纤测温系统，其特征在于，所述光纤测温系统测点包括转子磁极线圈、集电环、阻尼条；

电源输入端为AC 220V和DC 220V两路互备电源经过逆变器设备，确保在电源输出端提供一路稳定的交流电源AC 220V；

转子系统的测温信息传输使用有线和无线两种通讯方式，二者互为备用；其中有线方式：RS485线经过转子滑环进行转接；无线方式：使用一套无线数传电台收发装置，收发装置之间使用无线电信号进行传输；

使用工控机搭载自主开发的测温监控软件，对整个发电机光纤测温系统的相关信息进行监控和处理；

工控机使用串口连接继电器装置；此继电器装置配有4个继电器，通过工控机的测温监控软件来进行逻辑配置及动作输出；具体实现两个功能：使用两路继电器分别输出第一路温度报警和第二路温度报警；使用另外两路继电器分别控制切换转子测温系统的有线和无线通讯的接入；

测温监控软件的显示画面进行远端屏幕显示；使用VGA视频信号传输装置，分为发射器和接收器，二者之间通过光缆连接、传输信号；

使用规约转换模块及光电转换模块相结合的方式，提供给电站后台监控终端所需的基于IEC61850协议的光信号；

测温光纤线的外部使用聚丙烯耐高温软管进行防护。