CN109633435B - 一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法。本发明的另一个技术方案是提供了一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测系统，其特征在于，包括埋置于电机绕组的在线监测的温度传感器，温度传感器通过传输线路连接云网关，云网关经由互联网接入互联网服务器，客户端通过互联网同样接入互联网服务器，工业互联网服务器上采用上述的预测方法对采集的温度历史数据进行处理，并与客户端通讯。本发明利用在线监测技术，全寿命地实时测量实际运行电机绕组的温度，依据获得的实时温度历史数据提供了一种简便、快速、有效地预测电机绝缘系统剩余寿命。

Description

一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法

技术领域

本发明涉及一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法及系统。

背景技术

电机绝缘系统寿命与温度有关。根据绝缘系统热老化理论，电机绝缘随着温度的升高，寿命下降。为了估算电机的寿命，常用“经验概测法”和国际电工委员会(IEC)推荐的温度指数作为已知条件。“经验概测法”指出：“F级绝缘的电机的使用温度每升高12℃(A级绝缘为8℃，B级绝缘为10℃，H级绝缘为14℃)，则绝缘系统的热稳定性降低一半，反之亦然”。绝缘系统的热稳定性降低一半，则可以认为其平均寿命缩短为原来的一半。

但是在没有温度在线监测的情况下，电机的实时工作温度不能被及时获取，也就很难定量预测电机绝缘热老化寿命。并且在电机工作时，其电机温度是实时变化的，无法通过简单的经验概测法预测热老化寿命。

发明专利《一种汽轮发电机绝缘热老化寿命预测方法及系统》(CN101109779B)提出了一种汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命的预测方法，在汽轮发电机的使用阶段可以定量地预测汽轮发电机定子绕组绝缘的剩余热寿命，可以使汽轮发电机绕组绝缘的热老化寿命处于受控该状态。该发明采用了大功率汽轮发电机定子绕组绝缘的热老化寿命计算公式，其中常数A、B需要通过可靠度95％的试验确定，不易获取。并且该方法需要按照温度分段统计和存储多个温度下的频数和累计工作时间，存在着一定的计算误差。

发明内容

本发明的目的是：提供一种成本较低且可靠的预测电机绝缘系统剩余寿命的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据电机绝缘的等级，获得ΔT_p的值；ΔT_p的定义为：电机的使用温度每升高ΔT_p，则绝缘系统的热稳定性降低一半，反之亦然；

步骤2、根据绝缘等级得到最高工作温度T_pmax和最高工作温度T_pmax下的电机绝缘系统热老化寿命L_max；

步骤3、通过在线监测的温度传感器按照一定的时间间隔ΔT持续监测电机绕组的温度T_p，将获得的温度T_p以时间t为序传输到服务器存储，时间t的零点为电机开始投入使用的时间；

步骤4、计算某一温度T_p下的绝缘系统寿命L：

步骤5、将温度T_p下的寿命时间伸缩因子定义为t_k(T_p)，则有：

步骤6、经过寿命时间伸缩后的间隔时间为ΔT_b，则有：

ΔT_b＝ΔT·t_k(T_p)其中：ΔT_b为T_p的函数，即为ΔT_b(T_p)；

步骤7、计算得到电机总的累计已运行寿命时间L_y：

T_p(t)为0至当前时刻中任意时刻t的T_p值，T₀为当前时刻；

步骤8、计算得到电机总的累计实际运行时间L_x：

步骤9、确定电机已运行的历史时间上，平均的寿命伸缩因子t_km为：

步骤10、按照t_km预估总寿命L_z：

步骤11、剩余寿命L_s为

L_s＝L_z-L_y

步骤12、已运行寿命占总寿命的百分比L_BF为：

步骤13、剩余寿命百分比L_BS为：

L_BS＝1-L_BF。

优选地，步骤7中，若服务器中已经存储有0至当前时刻T₀的前一时刻的累计已运行寿命时间L_y0，则当前时刻T₀的累计已运行寿命时间L_y＝L_y0+ΔT_b(T_p(T₀))，T_p(T₀)为当前时刻T₀的温度T_p值；

步骤8中，若服务器中已经存储有0至当前时刻T₀的前一时刻的累计实际运行时间L_x0，则当前时刻T₀的累计实际运行时间L_x＝L_x0+ΔT。

优选地，步骤3中，在线监测的温度传感器埋置于电机绕组。

本发明的另一个技术方案是提供了一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测系统，其特征在于，包括埋置于电机绕组的在线监测的温度传感器，温度传感器通过传输线路连接云网关，云网关经由互联网接入互联网服务器，客户端通过互联网同样接入互联网服务器，工业互联网服务器上采用上述的预测方法对采集的温度历史数据进行处理，并与客户端通讯。

优选地，所述客户端进行绝缘系统热老化寿命的可视化显示。

本发明利用在线监测技术，全寿命地实时测量实际运行电机绕组的温度，依据获得的实时温度历史数据提供了一种简便、快速、有效地预测电机绝缘系统剩余寿命。

附图说明

图1为本发明提供的一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供的一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法包括以下步骤：

步骤1、根据电机绝缘的等级，获得ΔT_p的值；ΔT_p的定义为：电机的使用温度每升高ΔT_p，则绝缘系统的热稳定性降低一半，反之亦然；

步骤2、根据绝缘等级得到最高工作温度T_pmax和最高工作温度T_pmax下的电机绝缘系统热老化寿命L_max；

步骤3、通过在线监测的温度传感器按照一定的时间间隔ΔT持续监测电机绕组的温度T_p，将获得的温度T_p以时间t为序传输到服务器存储，时间t的零点为电机开始投入使用的时间；

步骤4、计算某一温度T_p下的绝缘系统寿命L：

步骤5、将温度T_p下的寿命时间伸缩因子定义为t_k(T_p)，则有：

步骤6、经过寿命时间伸缩后的间隔时间为ΔT_b，则有：

ΔT_b＝ΔT·t_k(T_p)

其中：ΔT_b为T_p的函数，即为ΔT_b(T_p)；

步骤7、计算得到电机总的累计已运行寿命时间L_y：

T_p(t)为0至当前时刻中任意时刻t的T_p值；

若服务器中已经存储有0至当前时刻T₀的前一时刻的累计已运行寿命时间L_y0，则当前时刻T₀的累计已运行寿命时间L_y＝L_y0+ΔT_b(T_p(T₀))，T_p(T₀)为当前时刻T₀的温度T_p值；

可以把本次计算得到的L_y的值赋给L_y0，作为下一个时刻的上次累计数；

步骤8、计算得到电机总的累计实际运行时间L_x：

若服务器中已经存储有0至当前时刻T₀的前一时刻的累计实际运行时间L_x0，则当前时刻T₀的累计实际运行时间L_x＝L_x0+ΔT；

可以把本次计算得到的L_x的值赋给L_x0，作为下一个时刻的上次累计数；

步骤9、确定电机已运行的历史时间上，平均的寿命伸缩因子t_km为

步骤10、按照t_km预估总寿命L_z：

步骤11、剩余寿命L_s为：

L_s＝L_z-L_y

步骤12、已运行寿命占总寿命的百分比L_BF为：

步骤13、剩余寿命百分比L_BS为：

L_BS＝1-L_BF。

上述方法可以应用在如图1所示的系统上，该系统包括埋置于电机绕组的在线监测的温度传感器，温度传感器通过传输线路连接云网关，云网关经由互联网接入互联网服务器，客户端通过互联网同样接入互联网服务器，工业互联网服务器上采用上述的预测方法对采集的温度历史数据进行处理，并与客户端通讯，客户端可以进行绝缘系统热老化寿命的可视化显示。

F级绝缘的绕组极限温度为155℃，考虑到监测温度和极限温度之间有5K的差别，我们以监测的绕组温度作为判断的依据时，当绕组温度为155℃-5℃＝150℃时电机绝缘的寿命为25000小时。

因此，ΔT_p＝12，T_pmax＝150，L_max＝25000，可以得到：

得到下面温度和寿命的关系：

如果电机在运行中温度随着时间变化，那么每个温度下的时间可以通过一个因子对累计寿命时间进行伸缩。这个寿命时间伸缩因子定义为t_k(T_p)。

假设时间间隔ΔT测量1次温度，该温度值为T_p，则时间间隔

ΔT_b＝ΔT·t_k(T_p)

总的累计运行寿命时间为：

同时计算实际电机已运行时间为：

可以确定电机已运行的历史时间上，平均的寿命伸缩因子为

按照t_km预估总寿命L_z：

剩余寿命L_s为

L_s＝L_z-L_y

已运行寿命占总寿命的百分比L_BF为：

剩余寿命百分比L_BS为：

L_BS＝1-L_BF

例如，温度记录如下表：

计算结果如下表：

Lx	4000
					tkm	1.4375		Ly	5750
Lz	17391.3		LBF	33.06％
					Ls	11641.3		LBS	66.93％

监测系统将通过进度条等来可视化显示电机的热老化寿命。进度条的变量为L_BF，满量程为100％。可以定义比100％较小的阈值L_BY，例如L_BY＝50％，当L_BF≥L_BY时，进行预警并安排检修或维护。

Claims (4)

1.一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据电机绝缘的等级，获得△Tp的值；ΔT_p的定义为：电机的使用温度每升高ΔT_p，则绝缘系统的热稳定性降低一半，反之亦然；

步骤2、根据绝缘等级得到最高工作温度T_pmax和最高工作温度T_pmax下的电机绝缘系统热老化寿命L_max；

步骤3、通过在线监测的温度传感器按照一定的时间间隔ΔT持续监测电机绕组的温度T_p，将获得的温度T_p以时间t为序传输到服务器存储，时间t的零点为电机开始投入使用的时间；

步骤4、计算某一温度T_p下的绝缘系统寿命L：

步骤5、将温度T_p下的寿命时间伸缩因子定义为t_k(T_p)，则有：

步骤6、经过寿命时间伸缩后的间隔时间为ΔT_b，则有：

ΔT_b＝ΔT·t_k(T_p)

其中：ΔT_b为T_p的函数，即为ΔT_b(T_p)；

步骤7、计算得到电机总的累计已运行寿命时间L_y：

T_p(t)为0至当前时刻中任意时刻t的T_p值，T₀为当前时刻；

步骤8、计算得到电机总的累计实际运行时间L_x：

步骤9、确定电机已运行的历史时间上，平均的寿命伸缩因子t_km为：

步骤10、按照t_km预估总寿命L_z：

步骤11、剩余寿命L_s为：

L_s＝L_z-L_y

步骤12、已运行寿命占总寿命的百分比L_BF为：

步骤13、剩余寿命百分比L_BS为：

L_BS＝1-L_BF。

2.如权利要求1所述的一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法，其特征在于，步骤7中，若服务器中已经存储有0至当前时刻T₀的前一时刻的累计已运行寿命时间L_y0，则当前时刻T₀的累计已运行寿命时间L_y＝L_y0+ΔT_b(T_p(T₀))，T_p(T₀)为当前时刻T₀的温度T_p值；

步骤8中，若服务器中已经存储有0至当前时刻T₀的前一时刻的累计实际运行时间L_x0，则当前时刻T₀的累计实际运行时间L_x＝L_x0+ΔT。

3.如权利要求1所述的一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法，其特征在于，步骤3中，在线监测的温度传感器埋置于电机绕组。

4.如权利要求1所述的一种电机绕组绝缘系统热老化寿命的预测方法，其特征在于，步骤2中、最高工作温度T_pmax在绝缘等级为A、B、F和H级时分别为100℃、125℃、150℃和175℃；最高工作温度T_pmax下的电机绝缘系统热老化寿命L_max为25000小时。