用于水轮发电机监测的光纤系统

摘要

用来监测水轮发电机的传统系统一般采用以下参数：·水轮机：涡形道、端盖和水流的压力；·发电机：铜导体铁心和冷却水的温度、局部放电、铁心振动和冷却水压力；·轴承：轴线振荡、端盖振动、金属和油温度；·励磁系统：滑环温度、电流、电压、转子温度和电励磁。在上述系统中，采用通信设备从监测系统中获得并传输电气参数和温度。其他的变量如振荡、振动、压力、局部放电和电场强度可以通过专门的传感器获得，传感直接与电脑连接，或者通过电气装置与电脑连接，电脑可以调整和组织数据。这种结构的监测系统，虽然对于预防故障具有重要的作用，但是安装成本较高，并且需要周期性地校订测量链。基于光纤技术的传感器的开发为监测系统提供了新的能力：首批传感器是直接型或内置型的，也就是说诸如温度、压力、振动之类的传感器是嵌入在光纤内的。巴西Eletronorte电力公司位置于亚马逊地区，该公司热衷于简单、更可靠、轻便的监测系统，他们决定投资开发两种更加被需要但是市场上还没有的传感器：一种用于监测大轴振动，另一种用于监测局部放电。由于转子是发电机中没有被监测的部件，所以Eletronorte电力公司还开发了一种光纤通讯系统，采用光纤传感器将转子上测量的数据（主要是温度）传递到安装在定子上的部分。轴振动传感器是间接型的或外置型的，其工作原理是利用传感器的磁特性来干涉嵌入在光纤中的布拉格光栅。局部放电传感器是混合型的，光纤携带着来自传感器的信息，一个天线型的雷达获取局部放电产生的脉冲，把它们变成光脉冲，然后通过光纤来传递。在转子中测量的数据的通讯系统由两个准直管构成：一个安装在转子中，接收转子光纤传感器所测量的结果；另一个安装在定子上，每当移动准直管经过它进获取所测量的信号，从而可以直接测量磁极区域的温度和转子变形。考虑到现代技术允许在光纤回路中放置80个光纤传感器，而水轮发电机的监测总共需要大约150个测量点，所以两个光纤回路就可以传输所监测的数据。然而，为了提高测量的可靠性，可以增加回路数，减少每条回路中分布的测量点，从而形成一个多点多回路光电测量的控制系统。光测量采用一个询问器组件，将光信号转换成电子和数字信号：以便用计算机来处理。水轮发电机环境中的整体光系统可保证可靠性的提高，因为它可以免于电磁干扰。