CN104101442A - 发电机转子绕组温度在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机转子绕组温度在线监测方法，旨在提供一种在线监测发电机转子绕组温度的方法。其技术方案是通过实时采集的转子绕组电压U_L、转子绕组电流I_L，得到发电机运行时的转子绕组电阻R_L；然后根据转子绕组的电阻-温度关系，换算成发电机运行时的转子绕组的温度值T_L。本发明方法消除了转子绕组外部回路的电阻、碳刷电阻及其接触电阻对转子绕组电阻温度的影响，具有监测准确、方便、效率高、无需现场试验等优点，是一种在线监测发电机转子绕组温度的方法。

Description

发电机转子绕组温度在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种在线监测发电机温度的方法，尤其涉及一种在线监测发电机转子绕组温度状况的方法。

背景技术

发电机转子绕组温度的高低，对发电机的安全稳定运行至关重要。目前在线监测发电机转子绕组温度的方法大致有以下三类：

第一类是在转子绕组上预埋测温元件，通过滑环或通过无线发射-接收方式来测量转子绕组温度，测量精度较高，但由于某些部件随转子一起旋转，实现难度较大。第二类是采用红外线非接触式测温，但红外探头镜片易受发电机内部灰尘、油污、水雾影响，效果较差，响应时间也较慢，应用较少。

第三类是通过转子绕组电压和电流算出转子绕组电阻，再依据电阻-温度关系曲线得到转子绕组温度，该方法较简单，也容易实现，相关专利文献也较多，但存在以下问题：

(1)为了测量方便，转子电压采集点大多取自励磁电源侧。由于转子绕组电阻很小(一般只有几十毫欧)，因此转子绕组外部回路电阻、碳刷电阻及其接触电阻对测量转子绕组电阻-温度的影响就较大。为此，有的文献通常将在某一温度下通过试验测得的外部回路电阻作为一个固定值减去。但转子外部回路的电流可以从零安培到几千安培变化，外部回路导体的发热程度受其回路电流大小的影响就不一样，即外部回路电阻随回路导体温度变化而变化，而且还要受环境温度的影响变化；同理，碳刷电阻及其接触电阻也会随转子绕组电流大小引起发热变化而变化，将碳刷电阻及其接触电阻也作为一个固定电阻值来减去，也存在缺陷。

还有的文献采用转子电压减去某一固定外部回路的电压降、某一固定碳刷的电压降来消除对转子绕组电阻-温度的影响。该方法更存在缺陷：即使不考虑外部回路和碳刷温度的影响，其电压也是随转子绕组电流大小变化而变化的。

还有的文献将碳刷电阻及其与滑环的接触电阻带来的温度影响，用一个固定的温度值来减去，缺乏依据，同样存在缺陷。

(2)有的文献要求在现场分别作停机状态和空载状态下的转子绕组电阻-温度测试，以得到转子绕组的电阻-温度线性曲线，其试验复杂、不方便，尤其是空载状态下的试验，需要很大的外加直流功率源。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种监测方法简单、监测精度高的发电机转子绕组温度在线监测方法。

为了实现上述目的，本发明方法如下：

1)直流励磁电源施加在转子绕组的碳刷组上，实时采集所述碳刷组之间的电压U_L、以及流经转子绕组的电流I_L，算出转子绕组的电阻R_L；

2)依据某一温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C、以及转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义，得到转子绕组的实时温度T_L＝(R_L-R_C)/(α×R₀)+T_C；其中，α为常数0.00393，R₀是所述某一温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C换算为0℃时转子绕组的电阻值，R₀＝R_C/(1+α×T_C)。

本发明还可以通过以下方法实现：算出转子绕组的电阻值R_L后，依据转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义、以及转子绕组铜排材料的电阻-温度曲线，得到转子绕组的实时温度T_L＝T_C×(R_L-R₀)/(R_C-R₀)；或者，算出转子绕组的电阻值R_L后，依据转子绕组铜排材料在电阻值为零欧时的电阻-温度曲线，得到转子绕组的实时温度值T_L＝(T_C+235)×R_L/R_C-235。

为了消除碳刷组电阻及其接触电阻对监测温度的影响，本发明还可以采用以下技术方案：

直流励磁电源施加在转子绕组的碳刷组上，在该转子绕组的滑环上分别增加与碳刷组电气隔离的辅助碳刷，实时采集辅助碳刷之间的电压U_L、以及流经转子绕组的电流I_L，算出转子绕组的电阻值R_L；然后根据所述公式T_L＝(R_L-R_C)/(α×R₀)+T_C、或者T_L＝T_C×(R_L-R₀)/(R_C-R₀)、或者T_L＝(T_C+235)×R_L/R_C-235算出转子绕组的实时温度。

在上述技术方案中，所述“转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义”是指：转子绕组铜排材料温度每升高1℃，其电阻值上升0.393％；或当温度每升高1℃时，转子绕组铜排电阻的增加值与原来0℃电阻的比值，其单位为l。转子绕组铜排材料的电阻-温度系数α为常数0.00393，可从标准GB/T5585·1-2005《电工用铜、铝及其合金母线第一部分：铜和铜合金母线》中直接查出；所述“某一温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C”，是从发电机生产厂家提供的励磁系统参数表中获得。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，因此具有以下优点：

(1)将原来设在励磁电源侧的电压采集点改在了碳刷组，因此消除了转子绕组外部回路电阻对温度测量的影响，可确保测量精度更加准确。

(2)由于可从发电机生产厂家提供的发电机励磁系统参数表中直接得到某一温度T_C所对应的转子绕组电阻值R_C(厂家通常给定75℃所对应的直流电阻值)，因此可根据转子绕组铜排材料的电阻-温度系数α的定义建立关系式α＝(R_L-R_C)/[R₀(T_L-T_C)]，经整理后即可得到转子绕组的实时温度T_L＝(R_L-R_C)/(α×R₀)+T_C；其中，R₀是厂家提供的温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C换算为0℃时转子绕组的电阻值，R₀＝R_C/(1+α×T_C)。

或者可依据转子绕组铜排材料的电阻-温度系数α的定义、以及转子绕组铜排材料的电阻-温度曲线(-50～150℃时转子绕组铜排材料的电阻-温度关系曲线近似于直线)建立关系式T_C/(R_C-R₀)＝T_L/(R_L-R₀)，经整理后即可得到转子绕组的实时温度T_L＝T_C×(R_L-R₀)/(R_C-R₀)。

还可依据转子绕组铜排材料在电阻值为零欧时的电阻-温度曲线，建立关系式(T_L+235)/R_L＝(T_C+235)/R_C，经整理后即可得到转子绕组的实时温度T_L＝(T_C+235)×R_L/R_C-235。工业上规定，在-235℃时转子绕组铜排材料的电阻值近似于零欧姆。

因此采用本发明方法不需作现场实验，即可得到转子绕组在某一温度下的电阻值，提高了监测工作效率。

(3)在滑环上增加了与碳刷组实现电气隔离的辅助碳刷，并将电压采集点改在了辅助碳刷上，因此可以消除原有碳刷组电阻及其接触电阻所引起的电压降(相当于将电压采集点设在了转子滑环上)。以转子电流1600安培为例，碳刷组的电阻及碳刷组与滑环的接触电阻按3毫欧计算，产生的压降为4.8伏，为了消除其影响，再在原有转子滑环上分别增加一个用于电压测量的辅助碳刷，并用绝缘套将其与原有的碳刷组进行电气隔离；由于电压测量回路的分压器电阻为几百千欧，其电流不到0.5毫安，即便辅助碳刷的电阻及其辅助碳刷与滑环的接触电阻为30毫欧，其产生的压降只有0.000015伏(几乎为零)。因此所测的电压即为转子绕组连接在滑环上的电压，与辅助碳刷电阻及其与滑环的接触电阻无关。

可见，本发明方法不仅可提高转子绕组温度的测量精度，确保发电机的安全稳定运行；而且无需现场试验，提高了工作效率。

附图说明：

图1是采集两碳刷组之间直流电压的示意图；

图2是采集两滑环之间直流电压的示意图；

图3是转子绕组铜排材料的电阻-温度曲线图。

图4是转子绕组铜排材料在电阻近似于零欧姆时的电阻-温度曲线图。

图中：碳刷组1、转子绕组2、滑环3、温度监测装置4、电流变送器5、分流器6、直流励磁电源7、电压变送器8、分压器9、辅助碳刷10。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：直流励磁电源7与分别固定在两滑环3上的两碳刷组1连接形成回路，通过连接在两碳刷组1之间的分压器9实时采集两碳刷组1之间的直流电压U_L、通过连接在直流回路中的分流器6实时采集流经转子绕组2的直流电流I_L，算出转子绕组2的电阻R_L后再根据转子绕组2的电阻-温度关系，换算成发电机运行时转子绕组2的实时温度值T_L。

实施例1，依据发电机生产厂家提供的发电机励磁系统参数表，可直接得到某一温度T_C所对应的转子绕组电阻值R_C，然后再根据转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义，即可得到公式T_L＝(R_L-R_C)/(α×R₀)+T_C，从而算出转子绕组2的实时温度T_L。其中，α为常数0.00393，R₀是厂家提供的温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C换算为0℃时转子绕组的电阻值，R₀＝R_C/(1+α×T_C)。

实施例2，依据转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义、以及转子绕组铜排材料的电阻-温度曲线(图3)，即可得到公式T_L＝T_C×(R_L-R₀)/(R_C-R₀)，从而算出转子绕组2的实时温度T_L。其中，R₀是厂家提供的温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C换算为0℃时转子绕组的电阻值，R₀＝R_C/(1+α×T_C)，α为常数0.00393。当给出的R_C本身就是T_C为0℃时的电阻值时,转子绕组的实时温度T_L＝(R_L/R_C-1)/α。

实施例3，依据转子绕组铜排材料在电阻值为零欧时的电阻-温度曲线(图4)，即可得到公式T_L＝(T_C+235)×R_L/R_C-235，从而算出转子绕组2的实时温度T_L。

为了进一步消除碳刷组1的电阻以及碳刷组1与滑环3之间的接触电阻对监测温度的影响，在上述各实施例的基础上还可以采用图2的连接方式直接采集两滑环之间的直流电压U_L。即：直流励磁电源7与分别固定在两滑环3上的两碳刷组1连接形成回路，在两滑环3上各增加一个分别与对应碳刷组1电气隔离的辅助碳刷10作为电压监测点；通过连接在两碳刷组1之间的分压器9实时采集两碳刷组1之间的直流电压U_L、通过连接在直流回路中的分流器6实时采集流经转子绕组2的直流电流I_L，算出转子绕组2的电阻R_L后再根据转子绕组2的电阻-温度关系，分别按照上述各实施例的公式：T_L＝(R_L-R_C)/(α×R₀)+T_C，T_L＝T_C×(R_L-R₀)/(R_C-R₀)，T_L＝(T_C+235)×R_L/R_C-235，即可换算成发电机运行时转子绕组2的实时温度值T_L。

从图1、图2可以看出，传统测量方法是将电压采集点大多取自励磁电源侧(即a、b点)，因此转子绕组2外部回路的电阻、碳刷电阻及其接触电阻对转子绕组电阻2温度的影响较大，测量精确度不高。而本发明方法是将电压采集点取自转子绕组2的碳刷组1(即c、d点)，或者取自固定在滑环3上的辅助碳刷10(即e、f点)；因此可消除转子绕组2外部回路的电阻(即ac段、bd段之间的电阻)、碳刷电阻及其接触电阻对转子绕组电阻2温度的影响，提高了测量精确度。

为了实现实时自动监测，分压器9将实时采集的电压U_L通过电压变送器8、分流器6将实时采集的通过电流I_L通过电流变送器5送给温度监测装置4，该温度监测装置即可算出转子绕组的直流电阻和对应的实时温度T_L，通过显示器或报警装置进行显示或报警，并通过通讯接口送往上位机实现远方监测。

Claims (6)

1.一种发电机转子绕组温度在线监测方法，其特征在于方法如下：

1)直流励磁电源施加在转子绕组的碳刷组上，实时采集所述碳刷组之间的电压U_L、以及流经转子绕组的电流I_L，算出转子绕组的电阻R_L；

2)依据某一温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C、以及转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义，得到转子绕组的实时温度T_L＝(R_L-R_C)/(α×R₀)+T_C；其中，α为常数0.00393，R₀是所述某一温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C换算为0℃时转子绕组的电阻值，R₀＝R_C/(1+α×T_C)。

2.根据权利要求1所述的发电机转子绕组温度在线监测方法，其特征在于：算出转子绕组的电阻值R_L后，依据转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义、以及转子绕组铜排材料的电阻-温度曲线，得到转子绕组的实时温度T_L＝T_C×(R_L-R₀)/(R_C-R₀)。

3.根据权利要求1所述的发电机转子绕组温度在线监测方法，其特征在于：算出转子绕组的电阻值R_L后，依据转子绕组铜排材料在电阻值为零欧时的电阻-温度曲线，得到转子绕组的实时温度值T_L＝(T_C+235)×R_L/R_C-235。

4.一种发电机转子绕组温度在线监测方法，其特征在于方法如下：

1)直流励磁电源施加在转子绕组的碳刷组上，在该转子绕组的滑环上分别增加与碳刷组电气隔离的辅助碳刷，实时采集辅助碳刷之间的电压U_L、以及流经转子绕组的电流I_L，算出转子绕组的电阻值R_L；

2)依据某一温度T_C所对应的转子绕组电阻值R_C、以及转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义，得到转子绕组的实时温度T_L＝(R_L-R_C)/(α×R₀)+T_C；其中，α为常数0.00393，R₀是所述某一温度T_C所对应的转子绕组电阻R_C换算为0℃时转子绕组的电阻值，R₀＝R_C/(1+α×T_C)。

5.根据权利要求4所述的发电机转子绕组温度在线监测方法，其特征在于：算出转子绕组的电阻值R_L后，依据转子绕组铜排材料电阻-温度系数α的定义、以及转子绕组铜排材料的电阻-温度曲线，得到转子绕组的实时温度T_L＝T_C×(R_L-R₀)/(R_C-R₀)。

6.根据权利要求4所述的发电机转子绕组温度在线监测方法，其特征在于：算出转子绕组的电阻值R_L后，依据转子绕组铜排材料在电阻值为零欧时的电阻-温度曲线，得到转子绕组的实时温度值T_L＝(T_C+235)×R_L/R_C-235。