1. 前言
伴随着我国水轮发电机几十年的不断发展与进步，常规新建的水轮发电机各项性能参数指标逐渐趋于优异和稳定，水轮发电机的关键技术也日渐发展至成熟，因此越来越多的电站开始关注水轮发电机的在线监测技术，以便对机组的健康状况进行有效地判断，光纤测温技术也开始受到了更多电站的关注。
以往的水轮发电机普遍采用铂电阻温度计来监测定子温度，极少数电站在机组运行完成后也通过技改等方式尝试在定子铜环、绕组等部位增设光纤测温，但从发电机设计之初就开始有计划地采用光纤测温技术则是在近几年才开始，某15.75kV、200MW水轮发电机组为其中典型，本文以该水电机组为例，介绍光纤测温技术在水轮发电机定子上的系统应用，为后续新建机组使用光纤测温技术提供参考和技术支撑。
2. 定子光纤测温系统构成
定子光纤测温系统主要由内部光纤、光纤耦合器、外部光纤、光纤信号调节器以及光纤系统现地显示屏柜等组成，其系统图如图1所示。
图1 光纤测温系统图
内部光纤设有半导体砷化镓材料的光纤信号传感器，其芯线直径为62.5μm，增加外部壳体后，整个光纤测温探头直径约为1.1mm，内部光纤在测温探头部位一般还设有安装圆片，用于保护测温探头。光纤信号传感器可精确测量被测物体温度，测温范围可达零下40℃至225℃，测得的温度信号通过光纤的方式沿光纤引线传播，最后经光纤引线末端的ST接头输出。整个内部光纤具有抗电磁干扰、耐高温、阻燃、耐油、防水等特性，符合在水轮发电机上应用的条件。内部光纤的引线外径约为3.15mm，ST接头直径约为9.1mm。光纤信号传感器示意图如图2所示。
图2 光纤传感器结构示意图
内部光纤的长度一般不超过15米，超过此长度则要加装外部光纤，外部光纤是内部光纤的延长线，与内部光纤通过光纤耦合器连接并传输光纤信号。
光纤信号调节器是光纤信号传感器的终端转换设备，可将光纤信号传感器传输的光纤信号转换为数字信号并现地显示。光纤信号调节器共18通道，通讯端口为RS485及USB，外形尺寸为235mmÍ300mmÍ98mm。受设备外形尺寸限制，光纤信号调节器的显示屏仅为7寸小显示屏，观察被测点温度时不是很方便，为此，在现地位置特别设计一套光纤系统现地显示屏柜，屏柜中设置主机以及电脑显示屏，将光纤信号调节器的读数传输到电脑显示屏上，以便于在现地方便快捷地观察光纤信号传感器测点温度。另外，光纤系统现地显示屏柜的数据也可传输到监控系统，方便远方监控观察光纤信号传感器测点温度。
3. 定子光纤测温点的分布
该电站水轮发电机定子的光纤测温系统监测对象包括定子绕组、定子铁心、齿压板以及铜环引线，共设置34点。各部位的具体测点情况如下：
3.1定子绕组光纤测温
定子绕组光纤测温为每相每支路1点，该机组为三相四支路电机，共计12点，测点位置设置在上、下层绕组之间，测温点结构采用绝缘板包裹光纤测温传感器并用灌注胶粘牢的结构型式。圆周上，根据各相绕组的分布情况，将U相的4个光纤测温点布置在第81槽、261槽、441槽和621槽，V相的4个光纤测温点布置在第22槽、202槽、382槽和562槽，W相的4个光纤测温点布置在第142槽、322槽、502槽和682槽。
3.2定子铁心光纤测温
定子铁心光纤测温共在定子铁心背部设置4点，高度上设置在定子铁心中部，测温点结构与定子绕组测温结构相似。圆周上，4个光纤测温点分别布置在第1.5槽、181.5槽、361.5槽和541.5槽。
3.3定子齿压板光纤测温
定子齿压板光纤测温分别在上、下端齿压板设置3点，共计6点，测温点结构与定子绕组测温结构相似。圆周上，上、下齿压板分布位置相同，分别布置在第116槽、416槽和596槽。
3.4定子铜环引线光纤测温
定子铜环引线光纤测温也为每相每支路1点，共计12点，测点位置设置在主引出线位置的铜环引线处，测温点结构采用光纤测温传感器紧贴铜环并在外部直接包绕绝缘层的结构型式。
4结束语
本文介绍的水轮发电机组现已投入商业运行，其定子上不仅设计了新型的光纤测温，还设计了传统的RTD测温，实现了光纤测温和RTD测温的同台对比。根据现有的运行状况，光纤测温和RTD测温的温度基本吻合，印证了光纤测温系统在水轮发电机定子上的应用是可行的，这也为后续有意采用光纤测温技术的电站提供了十分有价值的参考。
[参 考 文 献]
[1] 白延年. 水轮发电机设计与计算[M]. 机械工业出版社.
[2] 邹祖冰，杜建国，吴仲平．光纤测温在大型水轮发电机上的设计与应用[J]．电工技术，2011(1)：48-50.
[3] 田涛.光纤测温在三峡左岸电站机组中的应用[J].水电自动化与大坝监测2012，36（04）：34-36.