CN102914378A

CN102914378A - 一种核电站基于dcs的发电机转子线圈温度监测的方法

Info

Publication number: CN102914378A
Application number: CN2011102195138A
Authority: CN
Inventors: 张霞; 夏丰元; 沈锦峄
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明涉及一种核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，从核电站现有的一体化控制平台DCS系统的数据库中，获取影响发电机转子温度的励磁电流i_ex、发电机氢气平均温度T₀和发电机氢气相对压力p，建立数学模型，通过不断迭代、拟合、循环的先进算法流程，将计算出来的符合误差要求的转子线圈温度输出到DCS画面进行显示，且不断根据最新采集数据刷新画面监测的温度参数显示，真正实现发电机转子的在线实时连续监测功能，监测精度大大提高，完全满足发电机安全稳定运行的监测要求。通过DCS历史曲线调用功能实现历史数据分析，确保发电机安全稳定的运行。

Description

一种核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，更具体地说，涉及一种核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法。

背景技术

随着国内外核电站发电机组装机容量的提高，发电机温升问题日益凸显，发电机温度升高将严重威胁电机绕组的绝缘及电机设备的安全，进而导致发电机故障无法正常进行发电，影响机组的安全稳定运行，这引起越来越多的大型发电企业对发电机转子温度监测的重视。

由于发电机转子是旋转设备，温度测点必将随着转子一起旋转，信号引线传递、振动干扰等一系列问题的存在，使得温度很难用普通测量元件直接测量，且目前基于射频技术的转子温度检测装置在国内尚未成熟及推广应用，故传统温度监测方法无法在发电机转子监测上实现。

目前，数字化仪控系统DCS在国内核电站中的应用还属于起步阶段，DCS功能还尚未全面开发，长久以来复杂算法程序的实现一直是传统DCS系统的弱势。这些都制约着核电站发电机转子温度在线连续监测功能的实现。

国内部分核电站采用三机旋转励磁系统，发电机转子温度采用电压电流法的间接测温方式，都是通过在励磁机定子的磁极之间装设探测线圈测量转子电流；在励磁机转子轴上安装测量滑环测量转子电压；测量信号引入专用的基于单片机的温度监测单元实现对转子温度的监测。

国内部分大型火电机组，将发电机转子温度监测功能在励磁系统中实现；通过引入定子电压、功率、频率及功率因数等参量，使用精确的励磁计算软件，可确定励磁电流；励磁电压通过现场测量手工输入励磁系统计算，最终实现转子温度的监测。

这两种测量方法存在以下缺陷：1、须单设一套测量和监测装置，增加了发电机转子系统设计的复杂性，进而影响发电机长期运行的可靠性；2、基于专用单片机的技术未能充分发挥核电站一体化控制平台DCS的功能，造成设备的多样化和监测模式的差异化不利于运行监测及设备维修；3、无法实现基于主控室的发电机转子温度的在线连续实时监测；4、无法获得历史数据，不便于历史数据分析。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种不需单设一套测量和监测装置就能检测线圈转子温度，且能利用核电站一体化控制平台DCS的功能在线连续检测，获得准确的转子线圈温度的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，包括以下步骤：

步骤1：通过采集模块分别采集发电机氢气平均温度T₀、发电机转子温度的励磁电流i_ex、以及发电机氢气相对压力p；

步骤2：取T₁＝T₀；

步骤3：根据上述发电机转子的励磁电流i_ex、发电机氢气平均温度T₀和发电机氢气相对压力p和T₁建立数学模型，通过迭代、拟合计算的方式，计算出ΔT₁；

步骤4、取T₂＝T₀+ΔT₁，根据上述发电机转子的励磁电流i_ex、发电机氢气平均温度T₀和发电机氢气相对压力p和T₂建立数学模型，通过迭代、拟合计算的方式，计算出ΔT₂；

步骤5、取ΔT＝|ΔT₂-ΔT₁|，如果ΔT小于等于0.01℃，则输出发电机转系线圈温度T₃＝T₀+ΔT₂。

在本发明的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法中，在所述步骤5中，如果所述ΔT大于0.01℃，则取T₁＝T₃，回到步骤3并执行后续步骤。

在本发明的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法中，按照预定的周期采集所述发电机转子的励磁电流i_ex、所述发电机氢气平均温度T₀和所述发电机氢气相对压力p，并利用上一轮所得的T₃＝T₀+ΔT₂，则取T₁＝T₃，回到所述步骤3并执行后续步骤，不断刷新转子线圈温度的输出结果。

在本发明的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法中，所述ΔT₁通过以下步骤得出：

步骤3-1：根据转子线圈温度与电阻的关系式计算出转子线圈电阻值R₁，

R₁＝R_95℃*(235+T₁)/(235+95)

其中R_95℃为95℃时的转子线圈电阻值0.0806Ω；

步骤3-2：根据不同励磁电流50A、100A、140A、170A、230A典型值时对应的5个不同的负载拟合曲线公式计算出相对应的U₁～U₅，

i_ex1＝50A时，U₁＝-3908.1R₁ ²+1802.7R₁+21.493

i_ex2＝100A时，U₂＝2403.94R₁+72.123

i_ex3＝140A时，U₃＝-12090.449R₁ ²+5092.8438R₁+67.4611

i_ex4＝170A时，U₄＝-15439.22R₁ ²+6335.7534R₁+74.6325

i_ex5＝230A时，U₅＝-21129.7977R₁ ²+8504.4154R₁+103.3853

根据这5个不同的励磁电流和转子线圈电压值拟合出励磁电流和转子线圈电压值的关系曲线U_red＝f(i)；

步骤3-3：根据U_red＝f(i)和实时采集的i_ex，得到转子线圈电压U_red1＝f(i_ex)；

步骤3-4：根据转子线圈功率公式P_ex1＝(U_red1)²/R₁，得到转子线圈功率P_ex1；

步骤3-5：根据转子温升计算公式ΔT₁＝ΔT₀+[α/(1+p)]*P_ex及实时采集的发电机氢气相对压力p得到转子温升ΔT₁，其中ΔT₀和α是经过测试给出的已知参数，分别为1和0.06504。

本发明的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法中，所述ΔT₂通过以下步骤得出：

步骤4-1：根据转子线圈温度与电阻的关系式计算出转子线圈电阻值R₂，

R₂＝R_95℃*(235+T₂)/(235+95)

其中R_95℃为95℃时的转子线圈电阻值0.0806Ω；

步骤4-2：根据不同励磁电流50A、100A、140A、170A、230A典型值时对应的5个不同的负载拟合曲线公式计算出相对应的U₁～U₅，

i_ex1＝50A时，U₁＝-3908.1R₂ ²+1802.7R₂+21.493

i_ex2＝100A时，U₂＝2403.94R₂+72.123

i_ex3＝140A时，U₃＝-12090.449R₂ ²+5092.8438R₂+67.4611

i_ex4＝170A时，U₄＝-15439.22R₂ ²+6335.7534R₂+74.6325

i_ex5＝230A时，U₅＝-21129.7977R₂ ²+8504.4154R₂+103.3853

步骤4-3：根据U_red＝f(i)和实时采集的i_ex，得到转子线圈电压U_red2＝f(i_ex)；

步骤4-4：根据转子线圈功率公式P_ex2＝(U_red2)²/R₂，得到转子线圈功率P_ex2；

步骤4-5：根据转子温升计算公式ΔT₂＝ΔT₀+[α/(1+p)]*P_ex及实时采集的发电机氢气相对压力p得到转子温升ΔT₂，其中ΔT₀和α是经过测试给出的已知参数，分别为1和0.06504。

在本发明所述的基于DCS的发电机转子线圈温度检测实现的方法，具有以下有益效果：1、通过软测量的中间算法方式实现发电机转子温度的测量，避免了采用硬件温度监测装置的初期投资及后期维护费用，节约了资金，带来更大的经济效益；2、利用核电站现有DCS实现发电机转子温度的在线监测无需引入新的信号采集装置及软件计算单元，充分发掘DCS平台的应用价值；3、利用转子温度算法数学模型，通过不断迭代、拟合、循环的先进算法流程，不断根据最新采样数据刷新画面监测的温度参数显示，真正实现发电机转子的在线实时连续监测功能，监测精度大大提高，完全满足发电机安全稳定运行的监测要求；4、算法基于DCS通用功能模块，可在不同的DCS系统平台上实现发电机转子监测功能，对后续的核电项目具有技术推广价值。5、通过DCS历史曲线调用功能实现历史数据分析，确保发电机安全稳定的运行。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明发电机转子线圈温度监测方法的流程图；

图2是图1流程图中的步骤S30的详细流程图；

图3是图1流程图中的步骤S40的详细流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，参照图1，包括以下步骤：步骤S10采集T₀、i_ex、p，通过DCS的热电阻采集模块FUM232采集发电机氢气平均温度T₀，通过DCS的AI采集模块FUM230分别采集发电机转子温度的励磁电流i_ex和发电机氢气相对压力p；到步骤S20，取T₁＝T₀，即先假定转子初始温度与氢气平均温度相同，到步骤S30，根据上述发电机转子的励磁电流i_ex、发电机氢气平均温度T₀和发电机氢气相对压力p和T₁建立数学模型，通过迭代、拟合计算的方式，计算出转子温升ΔT₁和转子温度温度T₂，到步骤S40，根据上述发电机转子的励磁电流i_ex、发电机氢气平均温度T₀、发电机氢气相对压力p和T₂建立数学模型，通过迭代、拟合计算的方式，计算出转子温升ΔT₂和转子温度T₃；到步骤S50，根据步骤S30和步骤S40两次转子温升计算温升差值ΔT＝|ΔT₂-ΔT₁|，到步骤S60，判断ΔT值，如果ΔT小于等于0.01℃，则执行步骤S80，取发电机转子线圈温度T＝T₃；再执行步骤S90，将转子温度T＝T₃输出；如果步骤S60判断ΔT大于0.01℃，则执行步骤S70，取T₁＝T₃，再回到步骤S30并执行后续步骤。在执行步骤S80之后，一次完整的转子温度监测已完成，再到步骤S100继续新一轮的采样，采集T₀、i_ex、p，然后到步骤S110，取T₁＝T₃，即将步骤S80的T₃温度作为转子的初始温度T₀，回到步骤S30并执行后续步骤。

图1中的步骤S30转子温升ΔT₁、转子温度T₂通过如图2所示步骤得出：步骤S31，根据转子线圈温度与电阻的关系式计算出转子线圈电阻值R₁，

R₁＝R_95℃*(235+T₁)/(235+95)

其中R_95℃为95℃时的转子线圈电阻值0.0806Ω；

步骤S32：根据不同励磁电流50A、100A、140A、170A、230A典型值时对应的5个不同的负载拟合曲线公式计算出相对应的U₁～U₅，

i_ex1＝50A时，U₁＝-3908.1R₁ ²+1802.7R₁+21.493

i_ex2＝100A时，U₂＝2403.94R₁+72.123

i_ex3＝140A时，U₃＝-12090.449R₁ ²+5092.8438R₁+67.4611

i_ex4＝170A时，U₄＝-15439.22R₁ ²+6335.7534R₁+74.6325

i_ex5＝230A时，U₅＝-21129.7977R₁ ²+8504.4154R₁+103.3853

步骤S33：根据U_red＝f(i)和实时采集的i_ex，得到转子线圈电压U_red1＝f(i_ex)；

步骤S34：根据转子线圈功率公式P_ex1＝(U_red1)²/R₁，得到转子线圈功率P_ex1；

步骤S35：根据转子温升计算公式ΔT₁＝ΔT₀+[α/(1+p)]*P_ex及实时采集的发电机氢气相对压力p得到转子温升ΔT₁，其中ΔT₀和α是经过测试给出的已知参数，分别为1和0.06504；

步骤S36：由T＝T₀+ΔT得出转子线圈温度T₂＝T₀+ΔT₁。

图1中的步骤S40转子温升ΔT₂、转子温度T₃通过如图3所示步骤得出：

步骤S41：根据转子线圈温度与电阻的关系式计算出转子线圈电阻值R₂，

R₂＝R_95℃*(235+T₂)/(235+95)

其中R_95℃为95℃时的转子线圈电阻值0.0806Ω；

步骤S42：根据不同励磁电流50A、100A、140A、170A、230A典型值时对应的5个不同的负载拟合曲线公式计算出相对应的U₁～U₅，

i_ex1＝50A时，U₁＝-3908.1R₂ ²+1802.7R₂+21.493

i_ex2＝100A时，U₂＝2403.94R₂+72.123

i_ex3＝140A时，U₃＝-12090.449R₂ ²+5092.8438R₂+67.4611

i_ex4＝170A时，U₄＝-15439.22R₂ ²+6335.7534R₂+74.6325

i_ex5＝230A时，U₅＝-21129.7977R₂ ²+8504.4154R₂+103.3853

步骤S43：根据U_red＝f(i)和实时采集的i_ex，得到转子线圈电压U_red2＝f(i_ex)；

步骤S44：根据转子线圈功率公式P_ex2＝(U_red2)²/R₂，得到转子线圈功率P_ex2；

步骤S45：根据转子温升计算公式ΔT₂＝ΔT₀+[α/(1+p)]*P_ex及实时采集的发电机氢气相对压力p得到转子温升ΔT₂，其中ΔT₀和α是经过测试给出的已知参数，分别为1和0.06504；

步骤S46：由T＝T₀+ΔT得出转子线圈温度T₃＝T₀+ΔT₂。

在本实施方式中是采用50A、100A、140A、170A、230A这5个励磁电流典型值及其对应的转子线圈电压值拟合出励磁电流和转子线圈电压值的关系曲线U_red＝f(i)，如采用这5个值微小变化范围内的励磁电流值，均应包含在本发明的保护范围内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过采集模块分别采集发电机氢气平均温度 T₀、发电机转子温度的励磁电流 i_ex、以及发电机氢气相对压力 p；

步骤2：取T₁=T₀；

步骤3：根据上述发电机转子线圈的励磁电流 i_ex、发电机氢气平均温度 T₀和发电机氢气相对压力 p和T₁建立数学模型，通过迭代、拟合计算的方式，计算出ΔT₁；

步骤4、取T₂=T₀+ΔT₁，根据上述发电机转子线圈的励磁电流 i_ex、发电机氢气平均温度 T₀和发电机氢气相对压力 p和T₂建立数学模型，通过迭代、拟合计算的方式，计算出ΔT₂；

步骤5、取ΔT = |ΔT₂ –ΔT₁ |，如果ΔT小于等于0.01℃，则输出发电机转子线圈温度T₃ = T₀+ΔT₂。

2.根据权利要求1所述的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，其特征在于，在所述步骤5中，如果所述ΔT大于0.01℃，则取T₁=T₃，回到所述步骤3并执行后续步骤。

3. 根据权利要求1所述的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，其特征在于，其中按照预定的周期采集所述发电机转子线圈的励磁电流 i_ex、所述发电机氢气平均温度 T₀和所述发电机氢气相对压力 p，并利用上一轮所得的T₃ = T₀+ΔT₂，则取T₁=T₃，回到所述步骤3并执行后续步骤，不断刷新转子线圈温度的输出结果。

4．根据权利要求1所述的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，其特征在于，所述ΔT₁通过以下步骤得出：

R₁ = R_95℃*(235+T₁)/(235+95)

其中R_95℃为95℃时的转子线圈电阻值0.0806Ω；

i_ex1=50A时，U₁=-3908.1 R₁ ²+1802.7 R₁+21.493

i_ex2=100A时，U₂=2403.94R₁+72.123

i_ex3=140A时，U₃=-12090.449R₁ ²+5092.8438R₁+67.4611

i_ex4=170A时，U₄=-15439.22R₁ ²+6335.7534R₁+74.6325

i_ex5=230A时，U₅=-21129.7977R₁ ²+8504.4154R₁+103.3853

根据这5个不同的励磁电流和转子线圈电压值拟合出励磁电流和转子线圈电压值的关系曲线U_red =f(i);

步骤3-3：根据U_red =f(i)和实时采集的i_ex，得到转子线圈电压U_red1 =f(i_ex)；

步骤3-4：根据转子线圈功率公式P_ex1=(U_red1)²/R₁，得到转子线圈功率P_ex1；

步骤3-5：根据转子温升计算公式ΔT₁ = ΔT₀ +[α/(1+ p)]*P_ex 及实时采集的发电机氢气相对压力p得到转子温升ΔT₁ ，其中ΔT₀和α是经过测试给出的已知参数，分别为1和0.06504。

5. 根据权利要求1所述的核电站基于DCS的发电机转子线圈温度监测的方法，其特征在于，所述ΔT₂通过以下步骤得出：

R₂ = R_95℃*(235+T₂)/(235+95)

其中R_95℃为95℃时的转子线圈电阻值0.0806Ω；

i_ex1=50A时，U₁=-3908.1 R₂ ²+1802.7 R₂+21.493

i_ex2=100A时，U₂=2403.94R₂+72.123

i_ex3=140A时，U₃=-12090.449R₂ ²+5092.8438R₂+67.4611

i_ex4=170A时，U₄=-15439.22R₂ ²+6335.7534R₂+74.6325

i_ex5=230A时，U₅=-21129.7977R₂ ²+8504.4154R₂+103.3853

根据这5个不同的励磁电流和转子线圈电压值拟合出励磁电流和转子线圈电压值的关系曲线U_red =f(i)；

步骤4-3：根据U_red =f(i)和实时采集的i_ex，得到转子线圈电压U_red2 =f(i_ex)；

步骤4-4：根据转子线圈功率公式P_ex2=(U_red2)²/R₂，得到转子线圈功率P_ex2；

步骤4-5：根据转子温升计算公式ΔT₂ = ΔT₀ +[α/(1+ p)]*P_ex 及实时采集的发电机氢气相对压力p得到转子温升ΔT₂ ，其中ΔT₀和α是经过测试给出的已知参数，分别为1和0.06504。