发电机和测量发电机电压的方法技术

本发明专利技术涉及一种发电机（１），尤其是一种大功率的涡轮发电机（１）。设置一种光学测量装置（５Ａ），通过这个装置可以由发电机电压（Ｖ）所产生的电场（Ｅ）来确定发电机电压（Ｖ）。本发明专利技术还涉及一种用于测量发电机电压（Ｖ）的相应方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。在SEV(瑞士电工联合会)/VSE(瑞士发电厂联合会)学报第82期(1991年)第27至32页中由Klaus Bohnert撰写的文章“纤维光学传感器”中的第三段纤维光学电压测量中描述了，如何能够在充分利用不同光学效应的情况下实现电压测量。这些效应详述如下1.线性电光学效应(泡克尔斯效应)。泡克尔斯效应出现在非同心对称的晶体结构材料上。外部电场可以在这种材料上产生光学双折射。如果圆形偏振光入射在这种双折射材料上，在通常情况下则转变为椭圆形偏振光。借助检偏振器这种转变可以作为光强变化在接收器上测量并由此确定施加的外部电场。2.平方电光学效应(克尔效应)。在同心对称材料以及非晶体结构(例如玻璃)中折射指数与外部电场强度成平方关系变化。这种克尔效应同样导致材料的双折射。电场被类似于泡克尔斯效应的测量技术所确定。3.压电效应。压电材料在外部电场的影响下产生长度变化。通过例如光波导体被卷绕在由压电晶体，例如石英所构成的圆柱体上，通过电场由压电效应所产生的圆柱体圆周的变化可以通过光程在光导纤维中的变化来确定。这种长度变化在干涉仪上被十分灵敏地确定。由这个长度变化可以反推算出电场。在上述文章中已经阐明，如何借助压电电压传感器来测量高压。其中描述了一个由数个串联的石英片构成的传感装置，该传感装置尤其可在变化的环境条件(如湿度、温度)下，通过电场的测量，以如上所述的压电效应为基础来确定高压。在由A.Gonzales，M.S.Baldwin和J.Stein在新泽西的Englewood Cliffs，初学者会堂1995年出版的“涡轮发电机的监测与诊断”一书中阐述到，在发电机，尤其是大功率涡轮机驱动的发电机(下面称作涡轮发电机)的运转过程中，需要获得监测值，以检查发电机的运转状态。这个监测值可以是出现在发电机内部或上面的发电机电压。US-PS 4 994 684涉及一种在各种旋转速度情况下控制旋转能转换成电能的能量转换控制装置和方法。此外存在一个电压传感器，该传感器测量由定子绕组产生的发电机电压。这篇文献中没有谈到这种电压传感器的具体的实施形式。本专利技术的目的在于提供一种发电机，在这种发电机上发电机电压的测量以简便的方式实现。本专利技术的另外一个目的在于提供一种测量发电机电压的方法。本专利技术有关提供发电机的目的是这样来实现的，该发电机带有电绕组和一根与电绕组连接的电引线，其中一个光学装置用于测量可由电绕组所产生的发电机电压，它包括a.一个具有光学特性的传感元件，通过这些特性可以确定作用于传感元件上的电场。b.一根与传感元件(5)连接的光导纤维(6)。这样的发电机可以通过光学电压测量确定在发电机内或上产生的发电机电压。这样的发电机电压可以例如出现在转子上、定子上或发电机的励磁装置上。光学测量电压的装置可以牢固、耐高压、简单并且价廉地实现。尤其是目前在涡轮发电机上通常所出现的高压迄今一直要求进行工作量很大且昂贵的电压测量。对于这种发电机的特殊技术条件已证明在充分利用光学效应的情况下来测量电场电压是特别适合的。光导纤维的一部分优选作为传感元件。因此不必为了测量电场而采用适当的部件，因为通过光导纤维的光学特性本身就能确定发电机电压。光学特性优选是一种由于被称作泡克尔斯效应的线性电光学效应而通过电场产生的双折射。光学特性还优选是一种由于被称作克尔效应的平方电光学效应而通过电场产生的双折射。在测量中光射线不仅借助于泡克尔斯效应而且借助于克尔效应通过光导纤维被输送给传感元件。如前所述，这种光射线的特性，尤其是在线性偏振光射线或圆形偏振光射线的线性分量相位移动的情况下，其偏振面的偏转由传感元件通过电场而改变。这种变化了的光射线由传感元件再通过光导纤维输送给一个计算单元。在计算单元里，通过光射线特性的改变来确定电场。由这个电场再确定待测的电压。此外，光学特性还优选是能量位置或光谱线的分离，这可以由于斯塔尔克效应(Stark-Effekt)通过电场而改变或引起。在斯塔尔克效应中原子或分子的能位通过电场被分离或位移。因此通过具有斯塔尔克效应的传感元件而传导的适宜的光射线至少改变其光谱特性中的一种，特别是其在传感元件中被提高或减少吸收的强度。通过这种变化能够确定电场并由此确定发电机电压。另外，还优选光学特性是通过传感元件的光射线的光程长度，这种光程长度由于压电效应可以通过电场而改变。此处，传感元件最好由压电部件和设置在这个压电部件上的光导纤维构成。在此附属于传感元件的光导纤维与压电元件连接，使得光导纤维的长度根据作用在压电部件上的压电效应而变化。外部电场由此通过传感元件导致光程的变化。由这个光程能够推算出电场并由此确定发电机电压。此外优选传感元件设置在引线上。更加有利的是，引线由套管包围，在此传感元件设置在这个套管上或套管内。电场位于引线与包围引线的套管之间。通过在这个测量位置上的简单几何空间产生一空间恒定的电场。因此在这里用于电压测量的特别有利的位置借助一个光学测量装置来产生，因为如果一个电场在传感元件范围内是空间恒定的，那么通过这个电场进行间接的电压测量可以特别好而且可再现地进行。这种引线优选具有一个开关，引线内的电流通过这个开关可接通或断开，在此测量装置设置在这个开关上或开关内。此外引线优选由发电机壳体通过电流绝缘套管引出，在此传感元件设置在电流绝缘套管上或其内部。优选设置一个光学电流测量装置，该装置可以与电压测量装置结合用于光学功率测量。这种光学电流测量装置在SEV(瑞士电工联合会)/VSE(瑞士发电厂联合会)学报第82期(1991年)第21至29页由Roland Stierlin撰写的文章“纤维光学传感器”中的第二段“纤维光学电流传感器”中有所描述，在这里明确地涉及到这种光学电流测量装置。此外优选发电机为涡轮发电机，尤其是功率大于10MVA的涡轮发电机。本专利技术有关提供测量发电机电压的方法的目的是这样来实现的，即，该发电机包括一个与电引线连接的电绕组，在此发电机电压通过电场作用于一传感元件，这个传感元件在这种作用下具有光学特性，在此光射线通过光导纤维引至传感元件，改变了的光射线由传感元件发射出，由这个改变了的光射线确定传感元件的光学特性并由此确定发电机电压。这个方法的优点对应于上面对发电机结构的描述而得出。下面根据附图来详细描述本专利技术的一实施例。附图中附图说明图1为测量原理简图，图2示出装有光学测量装置的一发电机，图3示出由发电机引出的一根引线的一部分。相同的附图标记在不同的附图中具有相同的意义。在图1中简略地表示出具有泡克尔斯效应或克尔效应的光学电压测量原理。沿着直线15串联有光源10，起偏振器11，λ/4波片12，传感元件5，检偏振器13和接收器14。沿着直线15非偏振光射线15A穿过起偏振器11。光线15A的各个偏振状态A，B，C平行于直线15示意性示出。穿过起偏振器11的光线15A是线性偏振的，图示为偏振状态A。这个线性偏振光15A穿进λ/4波片12。穿过λ/4波片12的光线15A是圆形偏振的。这一点图示为偏振状态B。圆形偏振状态B由两个线性偏振状态B1和B2组成，其各自的振荡平面是相互垂直的。圆形偏振光15A穿过传感元件5。如果在传感元件5上没有加外部电场，则光线15A的偏振状态B保持不变。穿过λ/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机（１），其具有电绕组（２）和与电绕组（２）连接的电引线（４），其特征在于，一个光学装置（５Ａ）用于测量可由电绕组（２）产生的发电机电压（Ｖ），它包括：ａ）一个具有光学特性的传感元件（５），通过这些特性可以确定作用于传感元件（５ ）上的电场（Ｅ），ｂ）一根与传感元件（５）连接的光导纤维（６）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：于尔根克拉尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]