■ 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 吳冬雪

三峽電站右岸的水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量為700MW，是國內(nèi)首次獨立研制的世界巨型水輪發(fā)電機(jī)，在這種世界最大的水輪發(fā)電機(jī)上采用全空氣冷卻方式也是首次，沒有運(yùn)行經(jīng)驗。傳統(tǒng)上應(yīng)用的轉(zhuǎn)子溫升試驗方法只能測量電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的平均溫升，不能反映溫升分布及熱點狀況：即使其平均溫升達(dá)到要求，卻很可能存在局部過熱點等隱患，因而不能準(zhǔn)確反映發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全狀況。

現(xiàn)在三峽電站業(yè)主要求在線監(jiān)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁繞組線圈的溫度分布，以便保證機(jī)組的絕對安全運(yùn)行。三峽電站招標(biāo)標(biāo)書上最重要的要求就是確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，國家水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心在水力發(fā)電設(shè)備國家重點實驗室進(jìn)行了試驗研究，開發(fā)了一種采用無線式遙控傳感技術(shù)的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈溫度的在線監(jiān)測系統(tǒng)，并成功地應(yīng)用在三峽電站，獲得電站業(yè)主的好評。

1 測量方法

轉(zhuǎn)子線圈溫度分布在線測試系統(tǒng)直接測量法。采用符合耐壓要求的特制溫度傳感器， 直接安裝在勵磁線圈需要測量的部位。在運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子磁極線圈上測量得到的溫度，通過數(shù)據(jù)采集記錄儀和工業(yè)總線并由無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊放送出去，而由固定不動的定子上機(jī)架上裝設(shè)的無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊通過非接觸式的遙感技術(shù)接收這些溫度數(shù)據(jù)，并經(jīng)過工業(yè)總線傳輸?shù)缴衔挥嬎銠C(jī)。

溫度傳感器布置在兩個位置相距90°的磁極的線圈上，每個磁極線圈上布置有12 處測點，在其通風(fēng)系統(tǒng)中的背風(fēng)面安裝5點，迎風(fēng)面安裝5點，上端面安裝1點，下端面安裝1點。每臺發(fā)電機(jī)的測點總數(shù)為24點。

2 測試系統(tǒng)

開發(fā)的這種新型轉(zhuǎn)子線圈溫度分布實時在線測試系統(tǒng)，主要由電源變換器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集記錄儀等組成。

2.1 電源變換器

采用的DC-DC電源變換器可把發(fā)電機(jī)的勵磁電壓直接轉(zhuǎn)換為該測量系統(tǒng)所需要的穩(wěn)定的直流電源。它解決了安裝在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上所有儀器的長期供電問題，是檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。它最顯著的特點是：具有較高的可靠性、較寬的電壓輸入范圍、較高的轉(zhuǎn)換效率、較低的噪音、體積小、重量輕、電磁兼容性好等。

2.2 溫度傳感器

選用的 Pt100型熱電阻溫度傳感器的外形類似M6x8 螺栓，是工業(yè)應(yīng)用中可靠而又成熟的測溫元件。本系統(tǒng)溫度傳感器采用的是三線制工作方式，其主要技術(shù)指標(biāo)和特性如下：（1）測量范圍：-50℃ — +200℃；（2）非線性誤差：0.35% FSL；（3）傳感器外殼與引線之間的耐壓： 2500V；（4）工作可靠、技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好。

2.3 數(shù)據(jù)采集記錄儀

自行研制開發(fā)的數(shù)據(jù)采集記錄儀是水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈溫度分布測量系統(tǒng)的核心儀器，在計算機(jī)的控制下，它將Pt100型溫度傳感器測得的溫度信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后通過RS-485總線傳輸給計算機(jī)。它是一臺數(shù)字式溫度數(shù)據(jù)記錄儀，可以脫離計算機(jī)，在程序的控制下自動巡檢、采集接入其中的Pt100型溫度傳感器的溫度信號，同時記錄下來采集溫度數(shù)據(jù)時刻的絕對時間。

該數(shù)據(jù)采集記錄儀采用了SOC 片上的系統(tǒng)單片機(jī)，所記錄的試驗數(shù)據(jù)，只要不輸入“清除”數(shù)據(jù)命令，即使儀器斷電后，它所采集記錄的數(shù)據(jù)仍然可以反復(fù)讀取。它的主要功能和特性如下：（1）測量范圍：-50℃～ +200℃；（2）測量精度：0.5級；（3）溫度傳感器輸入通道數(shù)量：12通道；（4）溫度傳感器輸入方式：三線制電阻測量；（5）儀器供電方式：采用“鋰”的離子充電電池或直流輸入。

2.4 無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊

無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊的應(yīng)用是水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈溫度分布測試系統(tǒng)的創(chuàng)新。它可以在工控計算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集記錄儀工作中，把數(shù)據(jù)采集記錄儀采集的溫度測量值傳送給上位工控計算機(jī)，并顯示在溫度監(jiān)測界面上，從而實現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈溫度分布的實時在線監(jiān)測。

選用的無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊，應(yīng)用了超短波數(shù)字傳輸電臺的原理。模塊頻率范圍是223.000 MHz ～235.000 MHz，信號調(diào)制型式為16K0F3D(E),可以克服發(fā)電機(jī)內(nèi)電磁場對數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，實現(xiàn)安裝在發(fā)電機(jī)內(nèi)部固定的上機(jī)架與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中心體上的無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

3 真機(jī)測試

為了深入研究發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻問題，驗證電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的冷卻效果，保證巨型水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全，在三峽右岸水輪發(fā)電機(jī)型式試驗過程中，采用了新開發(fā)的這種新型轉(zhuǎn)子線圈溫度分布實時在線測試系統(tǒng)進(jìn)行了測試試驗。受電站現(xiàn)場條件的限制，發(fā)電機(jī)不具備在額定工況和最大工況下運(yùn)行條件，在發(fā)電機(jī)組輸出功率分別為600MW、500MW的工況下，進(jìn)行了轉(zhuǎn)子線圈溫度分布測試試驗。在試驗過程中，決定在相互之間構(gòu)成90°的10號和70號2個磁極上安裝溫度傳感器，每個磁極上安裝12個。

數(shù)據(jù)采集記錄儀通過RS-485工業(yè)總線與無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊相連。無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體上，并隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。此外，無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊還安裝在發(fā)電機(jī)固定的定子上機(jī)架上。

三峽26號水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈溫度分布測試試驗數(shù)據(jù)如下：

（1）當(dāng)運(yùn)行在有功功率為600MW、無功功率為140MVar工況下，傳感器位置共置于12處時，10#磁極的溫度數(shù)據(jù)（℃）為42.3～58.6；70#磁極溫度數(shù)據(jù)（℃）為42.1～556.9 。

（2）當(dāng)運(yùn)行在有功功率為500MW、無功功率為140MVar工況下，傳感器位置共置于12處時，10#磁極溫度數(shù)據(jù)（℃）為41.5～556.7；70#磁極溫度數(shù)據(jù)（℃）為41.3～553.4 。

4 結(jié)論

（1）水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心在水力發(fā)電設(shè)備國家重點實驗室研究開發(fā)的巨型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極繞組線圈溫度分布的實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

（2）這種新型的溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用了現(xiàn)代化的非接觸式遙感技術(shù)、無線式數(shù)據(jù)傳輸模塊等最先進(jìn)的技術(shù)。在三峽電站的應(yīng)用實踐證明，數(shù)據(jù)的測量和傳輸，既快速、準(zhǔn)確而又及時，完全能夠保證發(fā)電機(jī)絕對不會因為轉(zhuǎn)子繞組線圈溫度過高而引發(fā)停機(jī)事故。

（3）所開發(fā)的科研成果也可以推廣應(yīng)用于三峽電站以外的其它大型水輪發(fā)電機(jī)上，而且對于新產(chǎn)品的設(shè)計、現(xiàn)有產(chǎn)品的運(yùn)行維護(hù)和老產(chǎn)品的技術(shù)改造和更新?lián)Q代都有很大啟發(fā)。