Защо високотемпературните термистори са критични за работата на електроцентрали?

Как термисторите за високи температури осигуряват реалновременна термична безопасност в критични енергийни приложения

При сценарии на термичен разгон в лагери на турбини, трансформатори и котлено оборудване

Когато възникне термичен разгон в турбинните лагери, трансформаторите или котлените тръби, повредите на оборудването настъпват мигновено. Например при температури на лагерите, надвишаващи 200 °C, смазочните материали се разлагат. Изолацията на трансформаторите се поврежда при температури над 150 °C, а прекомерно нагретите котлени тръби образуват накип, който води до пукнатини. Повечето традиционни сензори просто са твърде бавни, за да регистрират тези бързи температурни промени. Високотемпературните термистори разполагат с технология, която позволява да се локализира аномалното топлинно натрупване и да се реагира на него за едва няколко десети от секундата. Високотемпературните термистори извършват измерване на съпротивлението, тъй като промяната в съпротивлението протича с 90 % по-бързо в сравнение с по-старите аналогови биметални сензори. Това дава възможност на оператора на електроцентралата да активира системата за охлаждане преди достигането на критично термично състояние. Скорошни аналитични данни, предоставени от Doe Power Systems през 2023 г., показват, че избягването на тези непланувани спирания позволява на енергийните обекти да спестяват около половин милион долара.

Прецисионната производителност е забележително висока, като термисторите издържат високи температури с точност ±0,5 °C при термична натовареност от 0 °C до 300 °C и 10 000 цикъла до 400 °C. Термисторите също са значително по-добри от платиновите термометри със съпротивление (RTD), които излизат от допустимия диапазон над ±2 °C след само 1000 цикъла до 300 °C. Патентованите термистори използват уникален металоксиден състав, който практически не претърпява кристална деградация при екстремни термични напрежения, което осигурява на термисторите възможността за редица изключителни предимства, като например:

1. Липса на електромагнитно въздействие. Това гарантира стабилна целостност на сигнала дори при разположение в непосредствена близост до комутационно оборудване с напрежение до 20 кВ.

2. Стабилност на дрейфа. Това се характеризира с калибрационно отклонение <0,1 % през целия период на експлоатация при температури до 400 °C.

3. Липса на деградация при механични вибрационни натоварвания от 50 g, типични за работната среда на турбини.

Оценките на термисторите, използвани в комбинирани циклови електроцентрали, показаха 70% намаляване на фалшивите аларми в сравнение със старите сензори. Това значително допринася за подобряването както на оперативната сигурност, така и на общата безопасност. Термисторите, с време на отговор на ниво микросекунди, осигуряват сигурност по време на топлинни събития, като предоставят необходимото време за предиктивно спиране.

Защо термисторите за високи температури са по-добри от традиционните сензори при екстремни условия в електроцентрали

Термистори срещу платинови RTD: време на отговор и електромагнитни смущения

Термисторите за високи температури имат време на отговор, което е почти десет пъти по-бързо от това на стандартните платинови термометри със съпротивление (RTD). Термисторите могат да усетят и да реагират в рамките на 2 секунди на температурни промени, предизвикани от промени в натоварването на турбината. Бързото време на отговор е важно, за да се предотврати верига от събития, например неочаквани върхове в нивото и натоварването, които могат да причинят рязък пусков ток и свързано с това загряване на трансформатора. Освен това те са изработени от материали, които осигуряват както топлинна, така и електромагнитна екранирана защита (EMI), поради което предоставят стабилни температурни показания, за разлика от RTD-устройствата, които в комутационни подстанции с напрежение 100 kV могат да отклоняват показанията си до ±3 °C. В генераторни помещения, пълни с електрически задвижвани устройства, генериращи електромагнитни смущения (EMI), термисторите са единственото жизнеспособно решение за точни температурни измервания без постоянно влияние на сигнала.

Уплътнителни метали и керамика за средно време между отказите (MTBF) от 15 години при температури над 400 °C в димните газове

Лазерното заваряване за херметични уплътнения на метални и керамични съединения осигурява 15-годишен срок на експлоатация на оборудването, разположено в канали с температура на отработените газове 425 °C. Уплътненията предотвратяват проникването на сярни оксиди, които биха унищожили незащитените сензори след 18 месеца. Изпитанията и конструктивните оценки показват, че уплътненията запазват точност ±0,5 °C при повече от 50 000 термични цикъла. Обикновените монтажни поставки за RTD губят своята точност поради механични удари. В сравнение с традиционните платинови сензори, които изискват калибриране на всеки три месеца, тези термистори работят надеждно дори в неблагоприятните среди, в които функционират котли с въглищно гориво. Според докладите от индустрията за 2023 г. при използване на тези термистори разходите за поддръжка намаляват с 66 %, което демонстрира дългосрочната финансова изгода за операторите на електроцентрали.

Използване на мрежи от крайни термистори за откриване на замърсяване в кондензаторни тръби

Когато е свързан към IIoT мрежа, поддържаща крайните възли (edge-enabled), отделен високотемпературен термистор може да регистрира и докладва промени в температурата с точност до 0,1 °C. Този оптимизиран температурен сензор може активно да следи разпределението на топлината в мрежата и да открива проблеми с производителността, причинени от замърсяване или ограничения в потока. Вместо да се наблюдават един или два изолирани точки, мрежи от термисторни сензори, разпределени по цялата повърхност на системата, могат да предоставят пълна картина на работата на системата. Картографирането чрез термистори може да диагностицира с точност около 98 % ограничение в потока в тръба 7B. Въз основа на данните от термисторните сензори предиктивните алгоритми могат да предупредят за висока вероятност от ограничение в потока още 72 часа предварително. Първите потребители на високотемпературни термистори в областта на предиктивното поддръжане съобщават за намаляване с 40 % на неплановите простои на системите за охлаждане в електроцентрала. Освен това техническият персонал получава предупреждения за събития на ръба (edge events) за по-малко от половин секунда след тяхното възникване благодарение на обработката на събитията на ръба. Този прост алгоритъм може да послужи като основа за много по-сложен предиктивен алгоритъм за поддръжане.

Оперативно значение: Аргументи в полза на термисторите за високи температури в електроенергийното производство

Обектите за производство на електроенергия получават значителна стойност от термисторите за високи температури. Според Института Понеом всяка непланувана спирка струва средно 740 000 щ.д. долара; ранното откриване на проблеми, свързани с прегряване, чрез термистори в системите за мониторинг на турбините рязко намалява броя на повредите на лагерите (от над 50 % до 80 % от всички повреди). Термисторите за високи температури удължават срока на експлоатация на трансформаторите с 40–60 %, тъй като предотвратяват повреди на изолацията им, причинени от внезапни промени в електрическата натовареност. Надеждността на електроцентрали се повишава повече от три пъти при замяна на остарелите сензори за контрол на котлите с термистори за високи температури. Повечето електроцентрали възстановяват инвестициите си в рамките на 18–24 месеца. Термисторите играят ключова роля за намаляване на разходите, ограничаване на рисковете и поддържане на оперативната ефективност в термоелектрическите централи.

Често задавани въпроси – Термистори за високи температури

Каква е целта на термисторите за високи температури?

Термисторите за високи температури се използват в важни енергийни системи като турбини, трансформатори и котелни системи, за да се регистрират бързи повишения на температурата и да се предотврати повреждането на тези системи.

Какви предимства имат термисторите пред платиновите RTD в електроцентрали?

Термисторите притежават по-добра устойчивост към електромагнитни смущения (EMI) и по-бърз отклик при преходни процеси и затова позволяват по-точни измервания в суровите температурни условия на електроцентралите.

Каква роля изпълняват термисторите в предиктивното поддръжане?

Термисторите се използват в предиктивното поддръжане чрез подобряване на аналитичните възможности на крайните устройства (edge) чрез откриване на незначителни аномалии в температурата и чрез намаляване на неочакваните простои.