光纤测温技术在励磁系统中的应用

王秀霞，马少杰，齐世平，袁　参 ，孙新志 ，武占超 ，徐旎聪，王海懿

（1.丰满水电站，吉林 吉林 132108；2.广州擎天实业有限公司，广东 广州 510860）

1　引言

励磁系统是发电厂重要的辅助设备，它可以提高电力系统运行的静态稳定性，改善电力系统运行的暂态和动态稳定性[1]。励磁系统主要由励磁调节器、功率整流柜、灭磁柜、励磁变等单元组成，当发电机机组容量较大时其励磁电流可达3 000～4 000 A。这时，励磁功率柜、灭磁开关、励磁变压器等部件将在高电压、大电流方式下运行。

由于发电机转子电感性很强，可控硅整流桥在换相过程中存在尖峰过电压。虽然可控硅整流桥安装了尖峰过电压吸收器，但是瞬时尖峰过电压仍达到上千伏。同时，可控硅整流桥通过了几百甚至几千安的直流电流，可控硅发热严重。如果可控硅因为过压或者过热等原因失效，将会造成励磁系统以及发电机机端短路，后果极其严重。为了保证可控硅能安全稳定运行，必须严格控制可控硅结温在温度允许值以下。因此，可控硅温度实时监测相对来说更为重要。

2　电力设备常见的测温方式技术对比[2]

目前，在电力设备中常用的测温方式有红外测温、无线测温、光纤光栅测温以及荧光光纤测温等。其主要特点对比如表1所示。

表1　各种测温装置主要特点

可见，相对于其他测温方式，荧光光纤测温具有明显优势。

3　荧光光纤测温装置基本原理[2，3]

荧光光纤测温装置原理如图1所示：荧光光纤传感探头由涂有稀土物质的荧光体和特制的耐温光纤组成；（光纤温度）解调仪在内部通过驱动LD发出一个光脉冲，光脉冲通过延长光纤到达传感探头激发出荧光，这些荧光又通过光纤传输到解调仪中进行光电转化即可得到测量的温度数据，解调仪再把温度数据进行传输或显示等处理。

图1　荧光光纤测温装置原理图

荧光光纤测温装置的主要技术参数见表2。

表2　测温装置主要技术参数

4　丰满电厂光纤测温设计方案

丰满电厂光纤测温装置由PLC系统，功率柜荧光光纤测温装置，灭磁柜荧光光纤测温装置，励磁变测温装置组成，原理框图见图2。分别对励磁功率柜中各可控硅元件、交直流电缆接头、灭磁开关柜直流电缆出线接头、励磁变低压侧电缆出线接头等进行了测量。所测温度数据经过PLC系统后，将温度值及温度报警信号经光纤传送至电站监控系统。

目前，受绝缘要求限制，国内外励磁系统的可控硅温度检测基本上以铂电阻测量功率柜散热风道风温为主，不仅测量数据滞后，而且与可控硅内部实际温度存在较大偏差，无法准确反映可控硅内部结温。采用荧光光纤测温技术，由于其高绝缘特性，可以使光纤探头与可控硅元件表面直接接触，从而使温度测量更准确。在设备运行过程中对用光纤测温装置及红外测温设备对励磁功率柜可控硅元件温度测量，数据记录见表3。

图2　丰满电站荧光光纤测温系统框图

表3　现场实测可控硅元件温度对比表

表3中，由于红外测温仪不能直接测量可控硅表面温度，因此所测温度普遍比光纤测温装置温度低5℃左右。

5　结语

本文分析了目前电力系统中常用的设备测温特点，结合励磁系统的特殊性，利用荧光光纤测温的技术优势设计了一套荧光光纤测温系统并成功应用于丰满电厂3期11号机组。运行半年时间，设备运行稳定，测量温度精确，为电站运行检修提供了很大便利。

参考文献：

[1]李基成现代同步发电机励磁系统设计及应用 [M].2版.北京：中国电力出版社，2009.

[2]康利军，等.荧光光纤测温技术在电力设备中的应用[J].中国电业：技术版,2014(7)：23-25.

[3]苏州英迪戈精密光电科技有限公司.荧光式光纤测温系统说明书[Z],2016.