CN112097955A - 一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法 - Google Patents

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李晓飞
钱冰
马越
胡夏龙
冉垠康
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Abstract

本发明公开了一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法，包括用于温度监测的光纤光栅传感器、信号转换器、传输光纤、光纤光栅解调仪、工业触摸一体机、贯通器等配件。基于光纤传感的水轮发电机组转子引线测温方法采用光传输，系统能抗电磁干扰、安全，光纤光栅传感器耐高电压、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，完全适用于强电场、强磁场环境中，根据光纤光栅的光学特性来测量外界温度的变化，直接接触式在线测量转子引线的真实温度和热点温度分布情况，有助于了解和评价水轮发电机组的运行工况和技术性能，保证水轮发电机组的安全运行。

Description

一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法
技术领域
本发明属于水轮发电机领域，更具体地说，尤其涉及一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法。
背景技术
大型水电站的装机容量都超过100MW，水轮发电机组转子温度分布是影响发电机安全运行的重要参数。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。目前，水轮发电机的传统测量方法有伏安法，一般是通过测量发电机转子线圈的励磁电压和励磁电流来计算转子线圈的铜电阻，再利用铜金属的电阻值与其温度的固定函数关系来计算出发电机转子线圈的平均温度，这种方法只能反映转子线圈的平均温升，不能反映温升分布及热点状况，因而这种测量方法不能准确反映发电机运行的安全状况。
传统测量方法还有热电阻法，在转子内部安装无线发射装置进行数据传输，由于在强电磁场环境下，无线数传装置容易受电磁干扰，传输数据存在失真，不能精确得到发电机转子内部温度数据。基于以上弊端，发明一种基于光纤传感技术的转子引线测温方法，可以直接测量转子引线温度和获得真实的温度数据，且光信号不受电磁干扰，这种测量方法能准确反映发电机运行工况
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法，该方法直接接触式测量转子引线温度，并通过信号转换器完成数据传输，数据精确可靠。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法，包括如下步骤：
S1、准备设备，准备用于温度监测的光纤光栅传感器、信号转换器、传输光纤、光纤光栅解调仪、工业触摸一体机、贯通器；
S2、光纤光栅传感器的安装和固定，在发电机转子内部，从正极到负极，光纤光栅传感器沿着转子引线直接接触式安装敷设并固定；
S3、将传输光纤再沿着转子引线敷设到滑环处，传输光纤需固定在引线表面，再紧贴活塞敷设，并穿过活塞螺栓孔；
S4、再将传输光纤沿着阀罩外壁敷设，到达阀罩上表面中心位置处，传输光纤与外部光纤光栅解调仪通过信号转换器完成数据传输；
S5、信号转换器包含两部分，动态部分和静态部分，动态部分安装在阀罩中心位置处，且跟随水轮发电机组中心大轴一起同轴旋转，静态部分安装在垂直对立面的封板中心处，且动态部分和静态部分必须垂直同轴对称安装，更有利于光信号的传输，减少光能损耗。
S6、信号转换器的静态部分的光纤通过安装在封板中心的贯通器引出，并连接到外部光纤，外部光纤采沿着电缆桥架敷设连接到光纤光栅解调仪；
S7、将光纤光栅解调仪安装在水轮发电机组旁暨有的状态监测屏上，光纤光栅解调仪具有解调分析光信号功能，并将光信息转换为温度信息，传输至工业触摸一体机，工业触摸一体机也安装在状态监测屏内部，工业触摸一体机安装测温监控软件，显示温度信息，工业触摸一体机与中控系统通过局域网进行数据传输。
优选的，所述S3中，传输光纤串接所有光纤光栅传感器，并进行光信号传输。
优选的，所述S5中，信号转换器分为动态部分和静态部分，垂直同轴对称安装，完成光信号的传输。
优选的，所述S6中，在发电机组的防风罩封板中心位置开孔，在开孔处安装贯通器，信号转换器静态部分的传输光纤穿过贯通器引出。
优选的，所述S1中，准备的配件中还包括水轮发电机组器件，转子引线、上端轴、滑环、活塞、阀罩、封板、状态监测屏。
优选的，所述S7中，光纤光栅解调仪和工业触摸一体机均设有TCP/IP协议的通信接口。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法，基于光纤传感的转子引线测温方法采用光传输，系统能抗电磁干扰、安全，光纤光栅传感器耐高电压、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，完全适用于强电场、强磁场环境中，能够准确地在线测量转子引线的真实温度和发硬温度分布情况，有助于了解和评价水轮发电机组的运行工况和技术性能，保证水轮发电机组的安全运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的框图。
附图标记：1、光纤光栅传感器；2、传输光纤；3、螺栓；4、转子；5、滑环；6、活塞；7、阀罩；8、信号转换器；9、光纤光栅解调仪；10、工业触摸一体机；12、贯通器。
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，以下结合具体实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2，一种水轮发电机转子4引线温度光纤传感监测方法，包括如下步骤：
S1、准备设备，准备用于温度监测的光纤光栅传感器1、信号转换器8、传输光纤2、光纤光栅解调仪9、工业触摸一体机10、贯通器12；
S2、光纤光栅传感器1的安装和固定，在发电机转子4内部，从正极到负极，光纤光栅传感器1沿着转子引线直接接触式安装敷设并固定；
S3、将传输光纤2再沿着转子引线敷设到滑环5处，传输光纤需固定在引线表面，再紧贴活塞6敷设，并穿过活塞螺栓孔3；
S4、再将传输光纤2沿着阀罩7外壁敷设，到达阀罩7上表面中心位置处，传输光纤2与外部光纤光栅解调仪9通过信号转换器8完成数据传输；
S5、信号转换器8包含两部分，动态部分和静态部分，动态部分安装在阀罩中心位置处，且跟随水轮发电机组中心大轴一起同轴旋转，静态部分安装在垂直对立面的封板中心处，且动态部分和静态部分必须垂直同轴对称安装，更有利于光信号的传输，减少光能损耗。
S6、信号转换器8的静态部分的光纤通过安装在封板中心的贯通器12引出，并连接到外部光纤，外部光纤沿着电缆桥架敷设连接到光纤光栅解调仪；
S7、将光纤光栅解调仪9安装在水轮发电机组旁暨有的状态监测屏上，光纤光栅解调仪9具有解调分析光信号功能，并将光信息转换为温度信息，传输至工业触摸一体机10，工业触摸一体机10也安装在状态监测屏内部，工业触摸一体机10安装测温监控软件，显示温度信息，工业触摸一体机10与中控系统11通过局域网进行数据传输。
其中，光纤光栅传感器是在光纤不同位置刻写不同间距特性的光栅区，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。这种特殊结构周期性分布的光栅区能改变某一特定波长的光的传输路径，使该波长的光传播方向发生改变，相当于在光纤中形成一定带宽的滤波器或反射镜。其中反射光的波长由纤芯折射率和光栅周期决定：
λ＝2nΛ
上式中λ为反射波长，n是纤芯折射率，Λ是光栅周期。
若纤芯折射率或光栅周期在外界环境作用下发生改变，就会导致光纤光栅的反射波长变化：
Δλ＝2Λ·Δn+2n·ΔΛ
根据不同的运用场合，光纤光栅传感器具有不同的封装形式，陶瓷封装适用于高温、绝缘场合。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (7)

1.一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、准备设备，准备用于温度监测的光纤光栅传感器、信号转换器、传输光纤、光纤光栅解调仪、工业触摸一体机、贯通器；
S2、光纤光栅传感器的安装和固定，在发电机转子内部，从正极到负极，光纤光栅传感器沿着转子引线直接接触式安装敷设并固定；
S3、将传输光纤再沿着转子引线敷设到滑环处，传输光纤需固定在引线表面，再紧贴活塞敷设，并穿过活塞螺栓孔；
S4、再将传输光纤沿着阀罩外壁敷设，到达阀罩上表面中心位置处，传输光纤与外部光纤光栅解调仪通过信号转换器完成数据传输；
S5、信号转换器包含两部分，动态部分和静态部分，动态部分安装在阀罩中心位置处，且跟随水轮发电机组中心大轴一起同轴旋转，静态部分安装在垂直对立面的封板中心处，且动态部分和静态部分必须垂直同轴对称安装，更有利于光信号的传输，减少光能损耗。
S6、信号转换器的静态部分的光纤通过安装在封板中心的贯通器引出，并连接到外部光纤，外部光纤采沿着电缆桥架敷设连接到光纤光栅解调仪；
S7、将光纤光栅解调仪安装在水轮发电机组旁暨有的状态监测屏上，光纤光栅解调仪具有解调分析光信号功能，并将光信息转换为温度信息，传输至工业触摸一体机，工业触摸一体机也安装在状态监测屏内部，工业触摸一体机安装测温监控软件，显示温度信息，工业触摸一体机与中控系统通过局域网进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法，其特征在于：所述S1中，光纤光栅传感器通过光学特性原理，制作成多个不同波长的传感器，传感器包含的数据和信息独一无二，不会相互干扰，通过传输光纤，以光作为传输载体，把包含转子引线温度信息的反射光通过信号转换器传输到光纤光栅解调仪。
3.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法的生产工艺，其特征在于：所述S3中，传输光纤串接着所有光纤光栅传感器。
4.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法的生产工艺，其特征在于：所述S3中，传输光纤穿过活塞螺栓孔。
5.根据权利要求4所述的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法的生产工艺，其特征在于：所述S6中，在发电机组的防风罩封板中心安装贯通器，光信号径静态部分的传输光纤穿过贯通器引出到外部，且贯通器具有密封功能。
6.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法的生产工艺，其特征在于：所述S7中，光纤光栅解调仪和工业触摸一体机均设有TCP/IP协议的通信接口。
7.根据权利要求3所述的一种水轮发电机转子引线温度光纤传感监测方法，其特征在于：信号转换器分为动态部分和静态部分，动、静态部分垂直同轴安装，完成光信号的传输，且动态部分跟随水轮发电机组中心大轴同轴旋转，静态部分的传输光纤通过贯通器引出。
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