换流站是直流输电系统的核心枢纽将交流电转换为直流电或将直流电逆变为交流电。换流站内的换流阀换流变压器和平波电抗器等设备在运行中产生大量热量。换流阀厅内的晶闸管或IGBT功率模块在工作时承受较高的电压和电流应力温度变化对器件的可靠性和寿命有直接影响。换流站设备温度监测在监测点布局抗干扰要求和数据采集方式上与其他交流变电站相比有其自身特点。
一、换流站测温的主要设备
1.1 换流阀功率模块温度
换流阀由大量晶闸管或IGBT功率模块串联构成每层模块在导通和关断时产生功率损耗转换为热量。模块散热器温度反映冷却系统的工作状态。当单个模块的散热器温度明显高于同塔其他模块的温度时提示该模块可能存在内部损耗增大或冷却支路流量偏低的异常情况。阀模块温度数据对判断器件健康状态和安排检修计划有参考价值。
1.2 换流变压器
换流变压器在运行中承受直流偏磁和谐波电流的叠加作用铁芯和绕组的损耗高于普通电力变压器。换流变压器本体温度监测除了绕组和油温外铁芯夹件和出线套管的温度分布也需要关注。换流变压器的有载分接开关在调压操作中产生的热量也需要纳入监测视野以防范因频繁调节导致的触头过热隐患。
1.3 平波电抗器和直流母线
平波电抗器滤除直流线路中的谐波分量在运行中产生热量。干式平波电抗器的绕组温度和铁芯电抗器的本体温度需要分别监测。直流母线连接处在长期大电流通流中温度变化也需要给予足够的关注。
二、换流站测温的特殊条件
2.1 强电磁干扰环境
换流阀在换相过程中产生较大的di/dt和dv/dt在阀厅内和直流场内形成较强的电磁辐射。测温传感器及其信号传输线在这种环境中需要有足够的抗干扰能力才能保证数据的稳定性和准确性。采用光信号传输的传感器在这类场景中具有比较明显的优势。
2.2 高电位隔离要求
换流阀模块处于高电位运行测温传感器和信号引线需要满足对应电位等级的绝缘要求。从高电位模块取电或引出电气信号需要经过复杂的高电位隔离设计。全绝缘无电的测温方案在高电位处直接安装时不存在电气隔离方面的问题。
三、换流站光纤测温方案的适配性
3.1 阀模块温度监测
荧光光纤温度传感器探头直接安装在换流阀模块的散热器表面测量功率模块的运行温度。光纤为全绝缘材质从高电位模块引出后不会产生低电位接地泄漏电流通道也不需要外加绝缘隔离器件进行绝缘配合。光纤沿阀塔结构走线汇聚至阀厅外测温主机处。每层模块的温度数据通过单根光纤通道分别上传至主机进行集中处理。
3.2 换流变压器测温
在换流变压器绕组和铁芯处安装荧光光纤探头实现内部温度的监测。光纤通过变压器油箱上的密封贯穿件引出至外部主机。换流变压器测温数据接入换流站控制系统作为冷却系统控制和负荷调度的参考依据。
四、常见问题
换流站阀厅对进入内部的材料有什么限制？
阀厅对进入厅内的材料有严格的阻燃和无尘要求。光纤和探头材料的阻燃等级需要满足阀厅的消防要求。光纤表面应洁净无尘进入阀厅前需要擦净。安装过程中不产生异物落在阀塔或地面上。
换流阀模块测温探头在更换模块时需要拆除吗？
探头固定在模块散热器上更换模块时需要将探头从旧模块上拆下安装到新模块上。探头和光纤的接头采用插拔式安装更换操作比较方便。通常随模块备件配套准备对应探头以缩短更换时间。
换流变压器直流偏磁对测温系统有影响吗？
荧光光纤测温基于光信号传输不受直流偏磁产生的直流分量和谐波电流的影响。光纤测温系统在换流变压器直流偏磁工况下仍可保持稳定的温度测量性能。
五、产品与厂家信息
福州华光天锐光电科技有限公司的荧光光纤测温产品可适应换流站阀厅和换流变压器的测温环境。传感器抗电磁干扰和全绝缘的特点与换流站设备和环境的适配性较好。选型时建议结合换流阀型式和温度监测需求综合评估以厂家最新技术方案为准。