Чому термістори для високих температур є критичними для роботи електростанцій?

Як термістори для високих температур забезпечують теплову безпеку в реальному часі у критичних енергетичних застосуваннях

У сценаріях теплового розбіжного процесу в підшипниках турбін, трансформаторах та котельних системах

Коли в турбінних підшипниках, трансформаторах або котельних трубах виникає тепловий розбіжний процес, відбуваються миттєві відмови обладнання. Наприклад, при температурах підшипників понад 200 °C мастильні матеріали розкладаються. Ізоляція трансформатора виходить з ладу при температурах понад 150 °C, а надмірно нагріті котельні труби покриваються накипом, що призводить до їх розриву. Більшість традиційних датчиків просто занадто повільні, щоб виявити такі швидкі зміни температури. Високотемпературні термістори мають технологію, яка дозволяє виявляти аномальне накопичення тепла й реагувати на нього за долі секунди. Високотемпературні термістори виконують вимірювання опору, оскільки опір змінюється на 90 % швидше, ніж у старих аналогових біметалічних датчиків. Це дає оператору електростанції можливість активувати систему охолодження до досягнення умов теплового розбіжного процесу. Нещодавні аналітичні дані, надані компанією Doe Power Systems у 2023 році, свідчать про те, що запобігання таким незапланованим відключень дозволяє енергетичним об’єктам економити близько півмільйона доларів США.

Точнісна продуктивність є вражаюче високою, оскільки термістори витримують високі температури з похибкою ±0,5 °C у діапазоні теплового навантаження від 0 °C до 300 °C та витримують 10 000 циклів при 400 °C. Термістори також значно перевершують платинові термометри опору (RTD), які відхиляються більше ніж на ±2 °C вже після лише 1 000 циклів при 300 °C. Ексклюзивні термістори використовують унікальну сполуку металевих оксидів, яка практично не піддається кристалічному розкладанню під впливом екстремальних теплових навантажень, забезпечуючи термісторам такі цікаві переваги, як:

1. Відсутність електромагнітних перешкод. Це сприяє стабільній цілісності сигналу навіть у безпосередній близькості до комутаційного обладнання напругою до 20 кВ.

2. Стабільність відносно дрейфу. Це характеризується зміною калібрування менше ніж на 0,1 % протягом робочого часу при температурі до 400 °C.

3. Відсутність деградації під впливом механічних вібраційних навантажень 50 g, що є типовими для експлуатаційних умов турбін.

Оцінки термісторів, що використовуються в установках з комбінованим циклом, показали 70% зниження помилкових тривог, як у порівнянні з датчиками старого покоління. Це значно сприяє поліпшенню як операційної впевненості, так і загальної безпеки. Термістори, з часом реагування на рівні мікросекунд, забезпечують впевненість під час термальних подій, оскільки вони забезпечують оперативний час для передбачувального припинення роботи.

Чому термістори високої температури краще, ніж традиційні датчики в екстремальних умовах електростанції

Термістори проти платинових РТД: час реагування та ЕМІ

Термістори високотемпературного виконання мають час відгуку, що наближається до десятикратного часу відгуку стандартних платинових термометрів опору (RTD). Термістори здатні виявляти й реагувати на зміни температури, спричинені змінами навантаження на турбіні, протягом 2 секунд. Швидкий час відгуку є важливим для запобігання ланцюжку подій, наприклад, неочікуваним стрибкам рівня та навантаження, що можуть призвести до різкого зростання струму включення трансформатора й перегріву. Крім того, їх виготовляють із матеріалів, які забезпечують як тепловий, так і електромагнітний захист (ЕМІ), тому вони забезпечують стабільні показання температури, на відміну від RTD, які в комутаційних підстанціях напругою 100 кВ можуть відхилятися на ±3 °C. У генераторних приміщеннях, заповнених електрообладнанням, що створює електромагнітні перешкоди (ЕМІ), термістори є єдиним життєздатним рішенням для точного вимірювання температури без постійних перешкод у сигналах.

Ущільнювальні метали та кераміка з розрахунковим середнім часом наробітку на відмову (MTBF) понад 15 років при температурі димових газів понад 400 °C

Лазерне зварювання для герметичних ущільнень металевих і керамічних з'єднань забезпечує термін служби обладнання, розташованого в каналах з температурою димових газів 425 °C, до 15 років. Ущільнення запобігають проникненню оксидів сірки, які зруйнували б незахищені датчики протягом 18 місяців. Випробування та конструктивні оцінки показують, що ущільнення зберігають точність ±0,5 °C протягом понад 50 000 теплових циклів. Звичайні кріплення RTD втрачають точність через механічні удари. У порівнянні з традиційними платиновими датчиками, які потрібно калібрувати кожні три місяці, ці термістори працюють надійно навіть у складних умовах експлуатації, характерних для вугільних котлів. Згідно зі звітами промисловості за 2023 рік, використання цих термісторів зменшує витрати на технічне обслуговування на 66 %, що свідчить про довгострокову фінансову вигоду для експлуатантів електростанцій.

Виявлення забруднення в конденсаторних трубках за допомогою мереж крайових термісторів

Підключений до мережі IIoT із підтримкою edge-обробки, окремий високотемпературний термістор може виявляти й повідомляти про зміни температури з точністю до 0,1 °C. Цей оптимізований датчик температури може активно контролювати розподіл тепла в мережі та виявляти проблеми з продуктивністю, спричинені забрудненням або обмеженнями потоку. Замість аналізу одного чи двох ізолюваних точок мережі датчиків-термісторів, розташованих по всій поверхні системи, може надавати повну картину роботи системи. Картографування за даними термісторів дозволяє точно діагностувати обмеження потоку в трубі 7B із точністю близько 98 %. На основі даних датчиків-термісторів прогнозні алгоритми можуть повідомити про високу ймовірність виникнення обмеження потоку за 72 години до його виникнення. Перші користувачі високотемпературних термісторів у сфері прогнозного технічного обслуговування повідомили про зменшення незапланованих простоїв систем охолодження на 40 % на електростанції. Крім того, персонал технічного обслуговування отримує сповіщення протягом менше ніж півсекунди після виникнення edge-події завдяки edge-обробці подій. Цей простий алгоритм може стати основою для створення набагато складнішого прогнозного алгоритму технічного обслуговування.

Експлуатаційна значущість: Обґрунтування використання термісторів для високих температур у електрогенерації

Об’єкти електрогенерації отримують істотну вартісну перевагу завдяки термісторам для високих температур. Згідно з даними Інституту Понемона, кожне незаплановане вимкнення обходиться в середньому в $740 000; раннє виявлення теплових проблем за допомогою термісторів у системах моніторингу турбін радикально зменшує кількість відмов підшипників (від понад 50 % до 80 % відмов). Термістори для високих температур збільшують термін служби трансформаторів на 40–60 %, оскільки вони запобігають пошкодженню ізоляції трансформаторів через раптові зміни електричного навантаження. Надійність електростанцій зростає більш ніж утричі при заміні застарілих датчиків котельного контролю на термістори для високих температур. Більшість станцій окупають витрати на такі інвестиції протягом 18–24 місяців. Термістори є ключовим елементом зниження витрат, зменшення ризиків та підтримки експлуатаційної ефективності на теплових електростанціях.

Часті запитання — термістори для високих температур

Яке призначення термісторів для високих температур?

Термістори для високих температур використовуються в важливих енергетичних системах, таких як турбіни, трансформатори та котельні системи, для виявлення швидкого підвищення температури з метою запобігання пошкодженню систем.

Які переваги мають термістори порівняно з платиновими ТСО на електростанціях?

Термістори мають кращу стійкість до електромагнітних перешкод (EMI) та швидшу перехідну реакцію й тому здатні забезпечувати більш точні вимірювання в жорстких температурних умовах електростанцій.

Яку роль відіграють термістори в прогнозній технічній експлуатації?

Термістори використовуються в прогнозній технічній експлуатації для поліпшення аналітики на рівні «краю» мережі за рахунок виявлення незначних аномалій температури та зменшення неочікуваних простоїв.