具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線的制作方法
【專利摘要】具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，本實(shí)用新型涉及一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線。本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有溫度傳感器測得的溫度值不夠準(zhǔn)確的問題；以及現(xiàn)有溫度傳感器的埋置很難實(shí)現(xiàn)的問題。一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，所述實(shí)心股線包括銅股線主體(1)，其特征在于，所述實(shí)心股線還包括光纖(2)，(1)沿其長度方向設(shè)有通孔(1-1)，光纖(2)植入所述通孔(1-1)內(nèi)，所述光纖(2)上串接有多個(gè)光纖光柵溫度傳感器FBG1、FBG2、……FBGn，包覆有聚酰亞胺涂層，中心波長均不相同且波長變化的動(dòng)態(tài)范圍互不重疊，之間的距離為25～30cm。本實(shí)用新型用于大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線的測溫。
【專利說明】具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線。

【背景技術(shù)】
[0002]大型發(fā)電機(jī)(簡稱大電機(jī))定子線棒的工作溫度是關(guān)系大電機(jī)運(yùn)行安全與壽命的關(guān)鍵指標(biāo)。大型發(fā)電機(jī)是指功率大于100MW的發(fā)電機(jī)，如果能在大電機(jī)運(yùn)行時(shí)直接測得線棒導(dǎo)體的溫度分布，對監(jiān)測大電機(jī)安全運(yùn)行，調(diào)控最佳工作狀態(tài)，以及提取狀態(tài)維修信息都大有幫助。
[0003]由于大電機(jī)內(nèi)部的高溫、高壓及強(qiáng)電磁環(huán)境，以及定子線棒本身特殊的結(jié)構(gòu)及制造工藝，導(dǎo)致傳統(tǒng)的溫度傳感器測得的溫度值不夠準(zhǔn)確；溫度傳感器的埋置是很難實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有溫度傳感器測得的溫度值不夠準(zhǔn)確的問題；以及現(xiàn)有溫度傳感器的埋置很難實(shí)現(xiàn)的問題，而提出了具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線。
[0005]一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，所述實(shí)心股線包括銅股線主體，其特征在于，所述實(shí)心股線還包括光纖，銅股線主體沿其長度方向設(shè)有通孔，所述通孔的橫截面中心與銅股線主體的橫截面中心重合，光纖植入所述通孔內(nèi)，所述光纖上串接有多個(gè)光纖光柵溫度傳感器FBGl、FBG2、……FBGn，每個(gè)光纖光柵溫度傳感器的柵區(qū)包覆有聚酰亞胺涂層，各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長均不相同且波長變化的動(dòng)態(tài)范圍互不重疊，每相鄰兩個(gè)光纖光柵溫度傳感器之間的距離為25?30cm
[0006]本實(shí)用新型對現(xiàn)有測量大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線的溫度進(jìn)行研制，對以往測量大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線的溫度的方法進(jìn)行改進(jìn)。采用本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，光纖上串接有多個(gè)光纖光柵溫度傳感器FBG1、FBG2、……FBGn，每個(gè)光纖光柵溫度傳感器的柵區(qū)包覆有聚酰亞胺涂層，使溫度傳感器的埋置容易，各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長均不相同且波長變化的動(dòng)態(tài)范圍互不重疊，就可以測出不同位置的溫度，可以準(zhǔn)確測得溫度值，比現(xiàn)有測量方法精度高6%，可靠地反映定子線棒的實(shí)際運(yùn)行狀況。
[0007]圖7給出了植入定子線棒中的3個(gè)FBG溫度傳感器的波長溫度曲線，3支FBG的初始波長分別為 1527.934nm, 1532.164nm, 1539.918nm,分別編號為 FBG-A, FBG-B, FBG-C0 從圖7可以看出3個(gè)FBG的波長溫度線性度均較好，相應(yīng)的波長溫度擬合直線的線性相關(guān)系數(shù)分別為 0.99912，0.99955,0.99966。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為定子線棒截面圖；
[0009]圖2為FBG植入銅股線主體I的端部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，F(xiàn)BG為光纖光柵溫度傳感器；
[0010]圖3為FBG植入銅股線主體1的中心圓槽的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】四的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一的測溫銅股線圖；
[0013]圖6為測溫銅股線位置選擇圖；
[0014]圖7為植入定子線棒光纖光柵溫度傳感器的波長溫度曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，所述實(shí)心股線包括銅股線主體1，其特征在于，所述實(shí)心股線還包括光纖2，銅股線主體1沿其長度方向設(shè)有通孔1-1，所述通孔1-1的橫截面中心與銅股線主體1的橫截面中心重合，光纖2植入所述通孔1-1內(nèi)，所述光纖2上串接有多個(gè)光纖光柵溫度傳感器FBG1、FBG2、……FBGn，每個(gè)光纖光柵溫度傳感器的柵區(qū)包覆有聚酰亞胺涂層，各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長均不相同且波長變化的動(dòng)態(tài)范圍互不重疊，每相鄰兩個(gè)光纖光柵溫度傳感器之間的距離為25?30cm。
[0016]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:其特征在于，所述各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長為1520nm?1560nm。
[0017]其它參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0018]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:其特征在于:所述通孔1-1的直徑為0.5mm。
[0019]其它參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0020]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一、二或三不同的是:其特征在于:所述銅股線主體1橫截面呈圓角矩形，圓角矩形半徑為0.65mm,長為14mm,寬為2.12mm。
[0021]其它參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一、二、三或四不同的是:其特征在于:所述每相鄰兩個(gè)光纖光柵溫度傳感器之間的距離為27cm。
[0023]其它參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一、二、三、四或五不同的是:其特征在于:所述各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長為1540nm。
[0025]其它參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線的另一方案為FBG經(jīng)外徑2.0mm,內(nèi)徑0.5_的細(xì)銅管封裝后置于每個(gè)實(shí)心股線3端部。
[0027]該實(shí)施方式銅截面損失最大；需將FBG溫度傳感器用細(xì)銅管封裝(選用銅管的原因是為了減少銅截面的損失)，否則很容易在線棒加工過程中折斷；
[0028]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線的另一方案為將一條實(shí)心股線3在中心開一直徑為1.5mm的圓槽，F(xiàn)BG經(jīng)外徑1.5mm,內(nèi)徑0.5mm的細(xì)銅管封裝后置于實(shí)心股線3中心,直徑為1.5mm的圓槽中。
[0029]該實(shí)施方式銅截面比【具體實(shí)施方式】七損失小，但比【具體實(shí)施方式】一損失大；均需將FBG溫度傳感器用細(xì)銅管封裝(選用銅管的原因是為了減少銅截面的損失)，否則很容易在線棒加工過程中折斷；
[0030]本專利【具體實(shí)施方式】一的方法無需銅細(xì)管封裝?！揪唧w實(shí)施方式】一、【具體實(shí)施方式】七和【具體實(shí)施方式】八安裝方式均需定制或制作特殊的測溫銅股線，可與股線提供商定制特殊股線，對電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)來講并不會影響線棒加工過程。經(jīng)比較【具體實(shí)施方式】一是更易工程化應(yīng)用的植入方式。
[0031]具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線的制作過程及工作原理為:
[0032]1.結(jié)合圖1以300麗汽輪發(fā)電機(jī)的定子線棒為例，包括:空心股線1、主絕緣2、實(shí)心股線3、股間絕緣4、等位層5、排間絕緣6、換位絕緣7 ;其橫截面如圖1所示。實(shí)心股線寬14mm，厚2.12mm，共計(jì)32股，采用粘性雙玻璃絲帶漆包?？招墓删€為裸銅線，共2股。32根實(shí)心股線以16根為一排，分上下兩層排列，兩排股線間墊有多膠環(huán)氧玻璃云母板絕緣片，厚度為0.5mm。兩根空心股線位于兩側(cè)，為冷卻介質(zhì)的通道。對地主絕緣采用5438-1T環(huán)氧粉云母帶(0.14mmX 25mm),半迭包28層,單邊厚度6mm。線棒端部形狀呈漸開線形,并經(jīng)固化模壓工藝成為一個(gè)整體。
[0033]大電機(jī)定子線棒導(dǎo)體主要由實(shí)心股線組成，其溫度是大電機(jī)定子線棒正常運(yùn)行時(shí)的最高溫度點(diǎn)，也是大電機(jī)運(yùn)行時(shí)用戶最希望監(jiān)測的溫度。故將溫度傳感器植入實(shí)心股線中可直接測的大電機(jī)定子線棒導(dǎo)體的運(yùn)行溫度。
[0034]2.光纖光柵溫度傳感器FBG的涂覆方法
[0035]普通光纖(如康寧SMF-28)的工作溫度范圍為-60?+85°C。經(jīng)紫外固化丙烯酸酯涂層的光纖長期工作溫度為-65?+150°C，短期可在200°C下工作。對于最高絕緣等級的大型發(fā)電機(jī)，則需采用特殊的耐高溫光纖及光柵。其傳輸光纖部分采用聚酰亞胺涂層，柵區(qū)不帶涂覆。長期工作溫度范圍為-65?+300°C，短期可在350°C下工作，可以在最高絕緣等級限定溫度下長期工作。
[0036]受FBG制造工藝限制，在制作光柵時(shí)需先剝除紫外線照射區(qū)光纖的涂覆層。對于聚酰亞胺涂層的耐高溫光纖來說，成柵后的柵區(qū)同樣為裸柵。聚酰亞胺涂覆工藝較為復(fù)雜，而且涂覆不均勻會導(dǎo)致光柵光譜質(zhì)量變差，甚至不能使用，因此，市場上出售的耐高溫光柵的柵區(qū)均未涂覆。這樣的裸FBG在使用過程中很容易折斷，而耐高溫FBG價(jià)格昂貴，會造成較大的損失。FBG為光纖光柵溫度傳感器。
[0037]采用與光纖涂覆層相同的材料聚酰亞胺對柵區(qū)進(jìn)行涂覆。聚酰亞胺具有一系列非常好的性能，特別是在-200?260°C高低溫下具有突出的力學(xué)性能、電絕緣性能、耐磨性能以及在高真空下難揮發(fā)性能，還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和粘結(jié)性能等。其最大的優(yōu)點(diǎn)是比一般的聚合物具有更高的熱穩(wěn)定性。因此，聚酰亞胺是一種比較合適的封裝材料。
[0038]I)實(shí)驗(yàn)材料制備
[0039]均苯型聚酰亞胺是均苯四甲酸二酐或其羥酸衍生物與各種二胺經(jīng)縮聚反應(yīng)而得，其制法有熔融縮聚和兩步合成法。采用了兩步法合成，將均苯四甲酸二酐和芳香族二胺在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中制成可溶性聚酰胺酸，而后用加熱法亞胺化形成聚酰亞胺薄膜或漆膜。所用原材料包括:4，4' - 二氨基二苯醚、N, N- 二甲基乙酰胺、均苯四甲酸二酐等。
[0040]將4，4' - 二氨基二苯醚溶于一定量的N，N- 二甲基乙酰胺中，攪拌使其完全溶解后，向該溶液中以少量多次方式加入均苯四甲酸二酐，隨著反應(yīng)進(jìn)行，溶液粘度越來越大，當(dāng)加入的均苯四甲酸二酐摩爾量與4，^ - 二氨基二苯醚相當(dāng)時(shí)，溶液的粘度會增大至出現(xiàn)爬竿現(xiàn)象，說明聚酰胺酸的分子量已達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)要求，此時(shí)停止加入均苯四甲酸二酐；爬竿1小時(shí)后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的流平劑，繼續(xù)攪拌一定時(shí)間，使其充分反應(yīng)，以便得到高分子量的聚酰胺酸溶液；反應(yīng)約16小時(shí)后，濾膠，抽氣泡，準(zhǔn)備涂覆。
[0041]2)涂覆方法:
[0042](1)首先前將烘箱預(yù)熱至80°C，目的是能夠快速給蘸有聚酰胺酸溶液的FBG加熱，防止附著于FBG表面的聚酰胺酸溶液在固化前都流淌掉；
[0043](2)將FBG刷好一定厚度的聚酰胺酸溶液；
[0044](3)將刷好聚酰胺酸溶液的FBG懸掛于烘箱內(nèi)加熱4?5分鐘；之后將烘箱溫度升高到至100°C時(shí)再加熱4?5分鐘；然后升溫至140°C，加熱8?9分鐘。采用階段升溫可以防止聚酰胺酸溶液中的溶劑過快蒸發(fā)使亞胺化后的聚酰亞胺薄膜鼓泡；
[0045](4)升溫至180°C，加熱30分鐘，使聚酰亞胺充分固化；
[0046](5)讓烘箱充分冷卻，取出亞胺化后的涂覆好的FBG。如加熱時(shí)間到后，馬上將固化完的FBG取出，由于驟冷會導(dǎo)致涂覆后的光纖光柵產(chǎn)生較大的的彎曲。
[0047]3.銅股線主體1的制作
[0048]由于采用波分復(fù)用技術(shù)，光纖光柵可實(shí)現(xiàn)定子線棒溫度分布的監(jiān)測。一根光纖上可雕刻多個(gè)FBG。單根光纖上串聯(lián)的FBG的中心波長均不相同，且動(dòng)態(tài)范圍互不重疊。將每一支FBG的柵區(qū)用2中所述方法，涂覆一層聚酰亞胺，既增加了 FBG溫度傳感器陣列的機(jī)械強(qiáng)度和溫度靈敏度，又提高了耐高溫性能。
[0049]將上述制作好的耐高溫光纖光柵溫度傳感器陣列穿入1中所述定制的特殊銅股線中，然后用環(huán)氧樹脂封堵銅股線的一端，經(jīng)5?10分鐘定位后，室溫放置24小時(shí)，使環(huán)氧樹脂充分固化，達(dá)到最高固化強(qiáng)度。再封堵股線另一端。兩端不同時(shí)固定的目的是免于兩端環(huán)氧樹脂固化收縮拉伸光纖，從而使光柵迫于應(yīng)力作用而使初始波長發(fā)生漂移。封裝時(shí)使光纖在股線內(nèi)留有一定的余長，這樣做的好處是股線內(nèi)的FBG只受溫度影響，不會因溫度升高時(shí)股線伸縮給FBG施加應(yīng)力。
[0050]制作好的內(nèi)部含有FBG傳感陣列的銅股線主體1如圖5所示。
[0051]4.測溫線棒的制作
[0052]定子線棒的制造工藝流程是:股線下料編織(羅貝爾換位)一導(dǎo)體線棒成型(直線和端部分別成型)一主絕緣包扎(包括防暈帶包扎)一主絕緣模壓工藝。在第一個(gè)步驟，即股線編織時(shí)將3中制作好的測溫銅股線和其他實(shí)心股線一起編織，并經(jīng)歷后續(xù)的加工步驟，就制作好了一根含有FBG測溫傳感器陣列的測溫線棒。
[0053]一根線棒含有多根實(shí)心股線，可選擇線棒不同位置放入測溫銅股線。如圖6所示。
[0054]將測溫光纖從線棒端部引出，經(jīng)被測溫度信號調(diào)制的光信息傳至中央監(jiān)控室解調(diào)即可獲得定子線棒多點(diǎn)準(zhǔn)分布式溫度場信息。
[0055]實(shí)施例一:
[0056]結(jié)合圖7 —種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，所述實(shí)心股線包括銅股線主體1，其特征在于，所述實(shí)心股線還包括光纖2，銅股線主體1，長5.4m，沿其長度方向設(shè)有通孔1-1，通孔1-1的直徑為0.5mm，所述通孔1_1的橫截面中心與銅股線主體1的橫截面中心重合，銅股線主體1橫截面呈圓角矩形，圓角矩形半徑為0.65mm，長為14mm，寬為2.12mm，光纖2植入所述通孔1_1內(nèi)，所述光纖2上串接有20個(gè)光纖光柵溫度傳感器FBG1,FBG2,...，F(xiàn)BG20，20 支 FBG 的初始波長分別為 1521.112nm, 1523.203nm, 1525，476nm，1527.934nm,1530.040nm,1532.164nm,1534.170nm,1536.172nm,1538.005nm,1539.918nm,1541.937nm,1544.0Olnm,1546.124nm, 1548.228nm,1550.191nm,1552.203nm,1554.188nm,1556.099nm, 1558.330nm, 1560.006nm,每相鄰兩個(gè)光纖光柵溫度傳感器之間的距離為27cm。從圖 7 可以看出其中 3 個(gè) FBG(FBG4、FBG6、FBG10，重新命名為 FBG-A，F(xiàn)BG-B, FBG-C)的波長溫度線性度均較好，相應(yīng)的波長溫度擬合直線的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.99912，0.99955,0.99966。
【權(quán)利要求】
1.一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，所述實(shí)心股線包括銅股線主體(I)，其特征在于，所述實(shí)心股線還包括光纖(2)，銅股線主體(I)沿其長度方向設(shè)有通孔(1-1)，所述通孔(1-1)的橫截面中心與銅股線主體(I)的橫截面中心重合，光纖(2)植入所述通孔(1-1)內(nèi)，所述光纖(2)上串接有多個(gè)光纖光柵溫度傳感器FBG1、FBG2、……FBGn，每個(gè)光纖光柵溫度傳感器的柵區(qū)包覆有聚酰亞胺涂層，各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長均不相同且波長變化的動(dòng)態(tài)范圍互不重疊，每相鄰兩個(gè)光纖光柵溫度傳感器之間的距離為 25 ?30cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，其特征在于，各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長范圍為1520nm?1560nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，其特征在于，所述通孔(1-1)的直徑為0.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，其特征在于，所述銅股線主體(I)橫截面呈圓角矩形，圓角矩形半徑為0.65mm，長為14mm，寬為2.12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，其特征在于，所述每相鄰兩個(gè)光纖光柵溫度傳感器之間的距離為27cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有測溫功能的大型發(fā)電機(jī)定子線棒實(shí)心股線，其特征在于，所述各個(gè)光纖光柵溫度傳感器的中心波長為1540nm。
【文檔編號】G01K11/32GK204087848SQ201420635702
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】王鵬, 趙洪, 盧益強(qiáng), 韓旭, 李珊珊, 邵明磊, 才思文 申請人:哈爾濱理工大學(xué)