CN107764404A - 一种灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法，在发电机定子通风沟靠近气隙一侧安装激光测距定位模块和红外测温传感器模块；通过激光测距定位模块，结合转速分析，分辨当前的转子转动位置，进而确定温度监测区域转动到红外测温传感器模块下方的时间段；在该时间段，通过红外测温传感器模块对该区域进行连续温度监测，再将采集到的红外光谱转换为数字信号发送至工控机；根据红外光谱特性建立数学模型，结合获得的特定温度监测区域的红外光谱信号，实时获取转子的温度信息。本发明测量可信度更高，具有更强的抗干扰性，能够较好地实施持续供电，实现了持续在线监测，且避免了元件高温退化失效。

Description

一种灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法

技术领域

本发明涉及发电机转子温度监测技术领域，具体为一种灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法。

背景技术

作为一种开发利用低水头、大流量水力资源的优良机组，灯泡贯流式水轮发电机在我国得到了长足发展与广泛应用。但与此同时，许多此类机组，相继发生一类阻尼绕组断条新型故障，对机组和电网的安全稳定运行，造成了极为不利的影响。且特别值得重视的是，此类新型故障具有以下独特性质：其一是断裂的阻尼条均位于转子磁极背风面附近区域，且一般从阻尼条中部断裂，其二是断裂的阻尼条具有明显过热熔化痕迹，其三是断裂阻尼条附近区域的铁芯（即阻尼条附近的极靴铁芯）表面，亦呈现出明显的过热甚至发蓝痕迹。为及时发现此类故障征兆，切实保障机组与电网运行安全，很有必要针对此类故障，实施征兆监测与预警工作。

然而截至目前，对于阻尼条及发电机转子磁极温度持续在线监测，仍然面临以下关键难题：一是阻尼条位于磁极铁芯内部，直接安装测温元件难度较大；二是即使能够在阻尼条上直接安装测温元件，相关测温设备的持续供电难以保证，以致难以可靠实现持续在线监测；三是发电机定转子之间的气隙中，存在着较强磁场，致使常规的温度采样或测量信号，难以完整可靠地从转子传输到定子；四是如果阻尼条或附近铁芯温度过高，常常导致相关温度传感设备以及其他信号采用器件退化失效，五是当前转子构件（含阻尼条）温度直接测量费用相对较高。

传统的发电机转子温度监测方法，多基于线圈绕组的电阻推算（即电阻法），通过其它数学模型来间接换算获得发电机转子的温度数值，这种方法只有理论计算证明，缺乏实际的实验手段来论证，且测试结果多为平均温度，难以全面合理地反映转子温度的真实分布，更难以对此类故障多发阻尼条及其附近极靴铁芯表面实施温度准确在线监测。而对于此类新型灯泡贯流式发电机阻尼条过热断裂故障而言，过热的阻尼条在发生断裂以前，其本身剧烈发热，将引起其附近极靴铁芯表面过热甚至发蓝，因此，怎样针对故障多发阻尼条及其附近极靴铁芯表面（即每个磁极背风面附近区域阻尼条附近磁极铁芯表面区域）温度，准确便捷地实现温度在线监测，成为此类故障监测与预警的关键技术所在。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种采用非接触式在线测温方式，可避免因电机铁芯表面温度过高引起的器件老化问题，并具有较强抗干扰能力，更高准确度的灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法，技术方案如下：

一种灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法，包括：

A.在发电机定子通风沟靠近气隙一侧安装激光测距定位模块和红外测温传感器模块；

B.通过激光测距定位模块，结合转速分析，分辨当前的转子转动位置，进而确定温度监测区域转动到红外测温传感器模块下方的时间段；

C.在该时间段，通过红外测温传感器模块对该区域进行连续温度监测，再将采集到的红外光谱转换为数字信号发送至工控机；

D.根据红外光谱特性建立数学模型，结合获得的特定温度监测区域的红外光谱信号，实时获取转子的温度信息。

进一步的，所述温度监测区域为每个磁极背风面附近区域和阻尼条附近磁极铁芯表面区域。

更进一步的，所述红外测温传感器模块的安装方式为：沿着发电机轴向，从上游侧到下游侧，选择若干个通风沟进行安装，以同时监测温度监测区域一条轴线上多个测点的温度。

更进一步的，所述步骤C中红外测温传感器模块进行温度监测的具体步骤为：通过光学信号探测部分接收入射的红外线光束，并将其转换为电信号；再通过信号整形及放大部分对电信号进行处理和幅值放大；最后经信号采集与装换部分对模拟信号进行实时采集，并转化成数字信号。

本发明的有益效果是：本发明仅在温度监测区域转动到红外测温设备下方的时间段，实施温度监测，不但使得测温数据具有较好的针对性，亦减少了测温结果数据分析的工作量，且相比传统的理论推算方式更为直接、准确，测量可信度更高；避免了探测器与待测物的直接接触，相对于在阻尼条直接安装温度传感设备的现有方式，因此避免了定转子之间测量信号传输受磁场干扰的风险，具有更强的抗干扰性；相关信息检测、转换及后处理设备都装在定子等非转动部分，因此能够较好地实施持续供电，进而较好地实现持续在线监测；红外测温传感器模块安装在发电机定子通风沟内侧（靠近气隙），不但能够较好地实现对转子温度的非接触采样测量，且拥有优良的通风散热条件，较好地避免了元件高温退化失效；相比安装在转子部分直接安装测温元件的常规测温技术，在定子安装测温构件，其布线难度大为降低，相关工艺成本亦相对较低，且能够较好地解决固定问题，避免了转子旋转甩脱测温元件的风险。

附图说明

图1为阻尼条过热断裂位置以及附近极靴铁芯表面过热区域示意图。

图2为阻尼条附近铁芯表面监测区域示意图。

图3为红外测温元件安装位置示意图。

图4为传感器模块安装示意图。

图5温度监测系统结构原理图。

图中：1-转子磁极；11-磁极铁芯表面过热区域；12-磁极背风区域阻尼条断裂位置；13-阻尼条附近铁芯表面温度监测区域；2-阻尼条；3-激光测距定位模块；4-红外测温传感器模块；5-发电机转子；6-定子通风沟。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明采用的检测装置包括设置于发电机定子通风沟靠近气隙一侧的激光测距定位模块3和红外测温传感器模块4；激光测距定位模块3跟踪和定位阻尼条2附近铁芯表面温度监测区域的位置，并通过数据通讯模块将位置数据发送给工控机；红外测温传感器模块4采集转子工作温度，通过模块将位置数据发送给工控机。

由于安装阻尼条的磁极极靴顶部平台与转子其它部分之间存在较为明显的高度差异（即与定子铁芯内侧表面距离存在差异），使用激光测距设备，结合转速分析，可以有效分辨当前的转子转动位置，进而确定温度监测区域（即每个磁极背风面附近区域阻尼条附近磁极铁芯表面区域，如图1和图2所示）转动到红外测温设备下方的时间段，并在该时间段，对此区域，实施温度监测。激光测距定位模块3和红外测温传感器模块4安装在发电机定子通风沟内侧（靠近气隙），如图3和图4所示。

如图5所示，红外测温传感器模块4中光学与光电探测部分，能够接收入射的红外线光束，并转换成相应的电信号；信号放大与处理部分，能够对光电探测器输出的小信号实现幅值放大，并过滤噪声本底，提高信号的信噪比水平；数据采集与转换部分，对模拟信号进行实时采集，并转化成数字信号用于远传。

采用非接触式测温方式，相比接触式的测温方式，避免了发电机铁芯表面温度过高时引起测温传感器及其它电子学信号采集器件加速老化的现象。采用数字化差分信号传输方式，提高信号远传的可靠性及抗干扰能力。

红外测温设备安装在磁屏蔽外壳内部，磁屏蔽外壳预留有红外线透射孔和电缆过孔，便于探测器接收红外射线及测温设备电缆安装。在安装过程中，将带有磁屏蔽外壳的红外测温设备安装在发电机定子通风沟内侧（靠近气隙），使得透射孔朝向需要探测的发电机转子的特定方位，当发电机转子开始工作时，由于温度上升，发射特定波长的红外线。这些红外线入射到测温设备的光学与光电探测部分后，会转换成电信号输出，其中不同波长的红外线，产生的电信号的脉冲高度有所不同；在经过信号放大与处理单元的放大和过滤处理，以提高信号幅值，增强信号的信噪比水平；信号的采集与处理单元将脉冲信号积分整形，形成特定形式的红外线光谱，然后转换为485数字信号，通过远传方式，实现特定节点的红外光谱的上位机上传。

采用磁屏蔽外壳保护测温设备，能有效降低发电机内部强磁场对电子学设备的危害程度，延长测温设备的使用寿命，提高设备工作稳定性；采用带有屏蔽铜网的线缆进行485信号的传输能进一步降低外部干扰，提高信噪比水平。

测试方法具体如下：

A． 在发电机定子通风沟靠近气隙一侧安装激光测距定位模块和红外测温传感器模块；

B． 通过激光测距定位模块，结合转速分析，分辨当前的转子转动位置，进而确定温度监测区域转动到红外测温传感器模块下方的时间段；

C． 在该时间段，通过红外测温传感器模块对该区域进行连续温度监测，再将采集到的红外光谱转换为数字信号发送至工控机；

D．根据红外光谱特性建立数学模型，结合获得的特定温度监测区域的红外光谱信号，实时获取转子的温度信息。

根据发电机转子磁极被测区域（即每个磁极背风面附近区域阻尼条附近磁极铁芯表面）的红外光谱特性建立数学模型，再结合获得的特定测点的红外光谱信号，即可实时获取转子的温度信息。

本实施例中红外测温传感器模块的安装方式为：沿着发电机轴向，从上游侧到下游侧，选择若干个通风沟进行安装，以同时监测温度监测区域一条轴线上多个测点的温度。且当每个磁极极靴表面的温度监测区域转动通过红外温度采样元件下方时，在其通过时间段内，实施若干次温度采样。这样可从空间和时间两个维度，较为全面地掌握温度监测区域的温度分布情况。同时安装位置拥有优良的通风散热条件，较好地避免了元件高温退化失效。

本实施例的测温装置单个节点能够将测量数据结果以RS485差分信号模式进行远传，并可实现同一转子上多点温度监测的信号传输的电气级联。

本实施例的测温设备，可针本实施例所述灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障，从故障多发阻尼条附近极靴铁芯表面温度监测的角度，实现故障在线监测与预警，相比于在阻尼条或极靴铁芯表面直接安装测温元件的接触式测温方法，本文方法有效克服了其测温元件安装不易、持续供电困难、难以长期持续在线监测、电磁场干扰信号传输、测温元件高温老化、测量区域定位与监测困难、测量成本高昂等显著缺陷，具有更好的技术先进性与工程适用性。

Claims (4)

1.一种灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法，其特征在于，包括：

在发电机定子通风沟靠近气隙一侧安装激光测距定位模块和红外测温传感器模块；

通过激光测距定位模块，结合转速分析，分辨当前的转子转动位置，进而确定温度监测区域转动到红外测温传感器模块下方的时间段；

在该时间段，通过红外测温传感器模块对该区域进行连续温度监测，再将采集到的红外光谱转换为数字信号发送至工控机；

根据红外光谱特性建立数学模型，结合获得的特定温度监测区域的红外光谱信号，实时获取转子的温度信息。

2.根据权利要求1所述的灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法，其特征在于，所述温度监测区域为每个磁极背风面附近区域和阻尼条附近磁极铁芯表面区域。

3.根据权利要求1所述的灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法，其特征在于，所述红外测温传感器模块的安装方式为：沿着发电机轴向，从上游侧到下游侧，选择若干个通风沟进行安装，以同时监测温度监测区域一条轴线上多个测点的温度。

4.根据权利要求1所述的灯泡贯流式水轮发电机阻尼绕组断条故障在线监测方法，其特征在于，所述步骤C中红外测温传感器模块进行温度监测的具体步骤为：通过光学信号探测部分接收入射的红外线光束，并将其转换为电信号；再通过信号整形及放大部分对电信号进行处理和幅值放大；最后经信号采集与装换部分对模拟信号进行实时采集，并转化成数字信号。