CN219015501U - 一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电网温度检监测技术领域，特别涉及一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置。其包括固定板、连接座、测温传感器、套筒、测温传感器固定螺栓以及稳固螺栓，所述测温传感器通过底部设有的测温传感器固定螺栓与固定板以及连接座固定；所述套筒套接在测温传感器固定螺栓的外侧，且套筒位于测温传感器固定螺栓的螺帽与测温传感器之间；所述的测温传感器3内部由PCB线路板、散热器以及热电发生器模块构成，其中，PCB线路板还包括：温度传感器、信号调理及隔离模块、数据处理模块、无线发射器、无线接收器以及能量管理电路。本实用新型是一种安全可靠的发电机励磁系统过流部件智能测温装置。

Description

一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置

技术领域

本实用新型涉及电网温度检监测技术领域，特别涉及一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置。

背景技术

近年来，随着国民经济的持续增长，发电厂发电量猛增，在汛期大发电期间，发电机组长时间高负荷运行，发电机组励磁系统过流部件温度过高成为机组安全稳定运行的“死穴”。目前，发电机组励磁系统过流部件温度监测手段大多采用试温蜡监视、手持红外测温、有源传感器、无线测温等三种主要方式，但上述方式存在不能实时监测、测量误差大、探头易失效等问题。

因此，为了确保电网安全，通常要在汛期大发电期间对发电机组励磁系统过流部件进行全面的监测，防止因过流部件过热而影响机组的安全稳定运行。试温蜡监视、手持红外测温方式存在缺陷:测点多，巡视工作强度大，效率低；不能及时发现发热缺陷；无法积累历史数据，从而分析温升变化；无法向运维人员提供发热告警信息；无法为设备维护、检修提供数据支持。有源传感器无线测温方式存在缺陷:传感器电池失效会导致该测温点无法测温；需定期停电更换传感器电池，增加了运维部门操作、维护工作量。为了弥补传统测温方式实时性和可靠性方面的不足。有必要研制一套水轮发电机组励磁系统过流部件智能测温装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置用以解决传统测温方式实时性和可靠性方面不足的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案具体结构如下：

一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置，包括固定板1、连接座2、测温传感器3、套筒4、测温传感器固定螺栓5以及稳固螺栓6，所述测温传感器3通过底部设有的测温传感器固定螺栓5与固定板1以及连接座2固定；所述套筒4套接在测温传感器固定螺栓5的外侧，且套筒4位于测温传感器固定螺栓5的螺帽与测温传感器3之间。

进一步地，所述的测温传感器3内部由PCB线路板、散热器以及热电发生器模块构成，其中，PCB线路板还包括：温度传感器、信号调理及隔离模块、数据处理模块、无线发射器、无线接收器以及能量管理电路。

进一步地，所述的热电发生器具有一冷端和热端，散热器设置在冷端的一侧并与该冷端直接热传导，安装部位位于热端的一侧并与该热端直接热传导，热电发生器冷端和热端温度差达到一定程度后，热电发生器将热量转化为电能，经过后续电路的处理后给本装置自身供电。

进一步地，所述能量管理电路主要由升压电路、起动电路和稳压电路三部分组成，升压电路负责将热电发生器输出的较低的电压升高并存储在电容或充电电池中；起动电路控制能量的输出，当储能器件的电压升至高电压阈值时，起动电路控制打开后级电路，能量流向后级供后续电路使用，当储能器件的电压降至低电压阈值时，起动电路控制关断后级电路，储能器件继续储能，周而复始的工作。

进一步地，所述数据处理模块通过控制温度传感器定时采集测温数据，并通过信号调理及隔离模块将模拟信号转化成数字信号并提供给数据处理模块处理，数据处理模块将处理过的数据通过无线发射器发出，温度监测系统中的另一模块无线接收器接收并上传PC、APP和大屏显示。

综上所述，由于采用了上述技术方案，实用新型的有益技术效果是：

本项目可以对发电机组励磁系统的过流部件在运行过程中的温度进行检测，并通过无线传输，实时监测发热点的温度，避免之前无法监测其温度而出现的安全隐患，提高发电机组的运行可靠性，为设备安全稳定运行提供有力保障，具有较好的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的温差发电器件结构示意图。

图3为本实用新型的热电发生器单元模块示意图；

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对实用新型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用以解释实用新型，并不用于限定实用新型。

当热源与附近环境温度差大于5K时，测温传感器在测量温度的同时热电发生器采集的热源能量有效的转化成电能为传感器供电，传感器在生命周期中利用采集的能量作为自身工作电源。依据设定的频率测量温度，并将数据通过433MHz无线链路传送至接受装置。传感器上传三项数据：温度数据：指示监测设备测点温度；电压数据：指示传感器能量状态；无线链路数据：指示传感器无线信号质量。

测温传感器主要功能：

a.能量采集：当热源与附近环境温度差大于5K时，热电发生器采集的热源能量有效的转化成电能为传感器供电。

b.数据测量传输：依据设定的频率测量温度，并将数据通过433MHz无线链路传送至接受装置。传感器上传3项数据：温度数据——指示监测设备测点温度；电压数据——指示传感器能量状态；无线链路数据——指示传感器无线信号质量。传感器无数据存储功能，数据在后台服务器内存储。

c.参数设置：为满足智能测温要求，传感器需要设置无线频段，传感器地址，采集频率等参数。

原理介绍

测温传感器基于塞贝克效应进行温差发电，为自身提供工作电压。在锑与铜两种材料所组成的电流回路中，如果两个接触点所处的温度不同，那么在回路中就会有电流通过。人们把产生这种电流的电动势定义为热电动势，也叫做塞贝克电动势或温差电动势。在P型(N型)半导体中，由于热激发作用较强，高温端的空穴(电子)浓度比低温端的要大，在这种浓度梯度的驱动下，空穴(电子)由于热扩散作用，会从高温端向低温端扩散，从而形成一种电势差，这就是塞贝克效应。将半导体两端相互紧密接触组成环路，若在两联接处保持不同温度，则由于温度差在环路中将产生温差电动势。影响塞贝克效应的因素还有两个：

第一个因素是载流子的能量和速度。因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反映了半导体Fermi能级在两端存在差异，因此这种作用也会对温差电动势造成影响——增强塞贝克效应。

第二个因素是声子。因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中可与载流子碰撞、把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动——声子牵引，这种作用会增加载流子在冷端的积累、增强塞贝克效应。

图2所示的是一个温差发电器件。它通常是由P、N两种类型不同的半导体温差电材料经电导率较高的导流片串联并将导流片固定于导热系数较小的陶瓷片上而成当在器件的两端建立一个温差，使高温端保持Th，低温端保持Tc，根据塞贝克效应，将产生一个电压，若将回路中接入负载电阻，则将有电流流过，由此计算出输出功率为：

P＝(S^hT_h-S^cT_c)-τIΔT-I²R  (1)

式中Sh，Sc分别表示器件热端和冷端的塞贝克系数；R为器件的总电阻；τ为汤姆逊系数；等号右端第1项为帕尔帖热，第2项为汤姆逊热，第3项为焦耳热。

假设负载电阻为RL，又因为输出功率可以用I2RL表示，所以温差发电器件的效率为：

式中，K为热传导系数。

在式(1)中并没有出现传导热这一项，这是因为傅里叶热流直接从器件的高温端流向了低温端，只会对端头处的热流产生影响而不会影响输出功率。但在式(2)的分母中出现了传导热，显然，传导热所占份额越多，器件的效率就越低。材料的热导率是由两部分构成：一部分是电子热导率，即电子运动对热量的传导；另一部分是声子热导率，即声子振动产生的热量传递。对于半导体热电材料而言，电子热导率所占比例较小，而声子热导率却在温度比较低的情况下随温度降低而显著增大，这势必造成效率的降低。因此，必须选择合适的工作温度才能使发电器件获得较高的效率。

一般的分析认为，汤姆逊热是二级效应，在电路的热分析计算中处于次要地位，可以忽略不计。于是可在不考虑汤姆逊热时，当负载满足匹配条件：

R_L＝R  (3)

输出功率最大：

若令|Sh|＝|Sc|＝S，则温差发电器件的最大效率为：

其中为器件的优值系数，此时内阻和负载满足：

式(5)中右端的第1项就是卡诺效率，第2项与发电器的材料性质有关，而且数值小于1。

本装置的核心元件是给PCB线路板供电的热电发生器，该热电发生器具有一冷端和热端。P型半导体材料和N型半导体材料置于紧密接触状态，在相连的接触处会形成一个PN结。使得PN结其中的一个端子处于高温环境下，另外一个端子处于低温环境下，在通过剧烈的热量激发效应之后，P(N)型半导体材料的低温端空穴(自由电子)数量要少于高温端与之对应的载流子数目。两种载流子即空穴和自由电子由于自身浓度差异大导致经历扩散运动，实现导电载流子的定向转移从而最终得到一个稳定的电压。

热电发生器单元模块的示意图如图3所示。热电发生器单元可以按照串联结合的方式组合在一起从而形成一个完整的热电发生器单元模块。热电发生器件所形成的热量在通过单元模块后，将实现热电转换的功能。

测温传感器内部结构组成及测温原理

测温传感器内部由PCB线路板、散热器以及热电发生器等模块构成，PCB线路板还包括：温度传感器、信号调理及隔离模块、数据处理模块、无线发射器、无线接收器以及能量管理电路。

该装置的热电发生器具有一冷端和热端，散热器设置在冷端的一侧并与该冷端直接热传导，安装部位位于热端的一侧并与该热端直接热传导，热电发生器冷端和热端温度差达到一定程度后，热电发生器将热量转化为电能，经过后续电路的处理后给本装置自身供电。

能量管理电路主要由升压电路、起动电路和稳压电路三部分组成，升压电路负责将热电发生器输出的较低的电压升高并存储在电容或充电电池中；起动电路控制能量的输出，当储能器件的电压升至高电压阈值时，起动电路控制打开后级电路，能量流向后级供后续电路使用，当储能器件的电压降至低电压阈值时，起动电路控制关断后级电路，储能器件继续储能，周而复始的工作。

数据处理模块通过控制温度传感器定时采集测温数据，并通过信号调理及隔离模块将模拟信号转化成数字信号并提供给数据处理模块处理，数据处理模块将处理过的数据通过无线发射器发出，温度监测系统中的另一模块无线接收器接收并上传PC、APP和大屏显示。

安装方式

安装时，将测温点处原有的螺栓拆下，替换为智能测温螺栓，将智能测温螺栓安装在该螺孔处即可，示意图见图1。

应用实施

智能测温装置应用于某电厂水轮发电机组励磁母排、灭磁开关、转子滑环处，在智能测温螺栓安装位置附近安装数据接收箱，箱内安装有智能测温螺栓信号接收器、规约转换器、光电转换模块等元件，接收器通过天线接收智能测温螺栓发出的无线信号后，将信号以RS485形式传输至规约转换器，通过规约转换器转换为IEC61850协议信号，再传输至光电转换模块，最终经光电转换模块转换为光信号后，通过光纤将上述IEC61850协议的测温信号传输至本地服务器。在监控机房内安装后台屏柜，柜内安装有本地服务器，在适宜位置放置电脑，电脑与本地化服务器通过网线或光纤连接，于电脑上查看测温数据。

发电机内部处于封闭状态，目前没有很好的测量方式。为避免其在运行过程中由于电流导致其自身发热而导致的温度过高，适宜采用智能测温螺栓对封闭母线温度进行监测。

智能测温螺栓采用温差发电技术为内置传感器提供电源，并采用无线传输方式进行数字信号发送。可广泛应用在已螺栓固定的测温场合，螺栓尺寸可定制，测温范围为-20-140℃，精度：±1℃，测温条件：被测点温度高于环境温度5K以上。

该设备安装方便，不需要涉及线缆走线等问题，只需要替换原有螺栓即可，同时该设备采用无线433Mhz频率进行数据传输，具有良好的信号抗干扰以及穿透性。

以上所述为实用新型的较佳实施例，并不用以限制实用新型，凡在实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置，包括固定板(1)、连接座(2)、测温传感器(3)、套筒(4)、测温传感器固定螺栓(5)以及稳固螺栓(6)，所述测温传感器(3)通过底部设有的测温传感器固定螺栓(5)与固定板(1)以及连接座(2)固定；所述套筒(4)套接在测温传感器固定螺栓(5)的外侧，且套筒(4)位于测温传感器固定螺栓(5)的螺帽与测温传感器(3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置，其特征在于，所述的测温传感器(3)内部由PCB线路板、散热器以及热电发生器模块构成，其中，PCB线路板还包括：温度传感器、信号调理及隔离模块、数据处理模块、无线发射器、无线接收器以及能量管理电路。

3.根据权利要求2所述的一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置，其特征在于，所述的热电发生器具有一冷端和热端，散热器设置在冷端的一侧并与该冷端直接热传导，安装部位位于热端的一侧并与该热端直接热传导，热电发生器冷端和热端温度差达到一定程度后，热电发生器将热量转化为电能，经过后续电路的处理后给本装置自身供电。

4.根据权利要求2所述的一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置，其特征在于，所述能量管理电路主要由升压电路、起动电路和稳压电路三部分组成，升压电路负责将热电发生器输出的较低的电压升高并存储在电容或充电电池中；起动电路控制能量的输出，当储能器件的电压升至高电压阈值时，起动电路控制打开后级电路，能量流向后级供后续电路使用，当储能器件的电压降至低电压阈值时，起动电路控制关断后级电路，储能器件继续储能，周而复始的工作。

5.根据权利要求2所述的一种发电机励磁系统过流部件智能测温装置，其特征在于，所述数据处理模块通过控制温度传感器定时采集测温数据，并通过信号调理及隔离模块将模拟信号转化成数字信号并提供给数据处理模块处理，数据处理模块将处理过的数据通过无线发射器发出，温度监测系统中的另一模块无线接收器接收并上传PC、APP和大屏显示。

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