CN1191308A - 确定电机绕组突出部分强度状态的方法及实施该方法的装置 - Google Patents

Abstract

在确定电机绕组突出部分强度状态的方法中,借助至少一个传感器(3),确定绕组末端(4)的振动幅值(A)和相关相位(φ)。这种情况下振动幅值(A)的相位(φ)以流过绕组末端(4)的电流相位为依据。振动幅值(A)与依赖于电流的幅值参考值(A_ref)形成的商(△A),及振动幅值(A)的相位与依赖于绕组突出部分温度的相位参考值(φ_ref)形成的商(△φ)允许确定绕组突出部分的强度状态,并找出振动幅值变化的起因。

Description

确定电机绕组突出部分强度状态的方法 及实施该方法的装置

本发明涉及一种确定电机绕组突出部分强度状态的方法，本发明也涉及一种实施该方法的装置。

在电机中，特别是输出功率超过200MVA的发电机、绕组突出部分，也就是说绕组投影在超出叠片铁芯两边的那部分，一定要配置成可以承受运转当中产生的磁力。这些磁力可承受短路时的明显大的量值，因而对整个电机构成高电位风险。

原则上讲一直存在着这种可能，即绕组突出部分配件所要求的机械预拉伸在运行几年后将会减弱。例如，发电机承受的短路电流越多，这种情况越可能发生。不过，绕组突出部分配件机械属性的变化也可以发生在负载经常变化的电机上，此外在相关温度起伏的情况下也有发生。

一个要测量的变化是绕组突出部分振动，该变量在运行中受绕组突出部分机械属性的影响，而这种振动可以在本地用加速传感器在径向，切线和轴线方向上测量出来。以下已经清楚，即通过双重组分，用在绕组突出部分圆周上不同的点测量的振动加速来确定本地振动偏移或振动幅值，且监测这些参数是否在有限值内。在这种情况下，所考虑的绕组突出部分振动的双行频分量通常是唯一。正常运转时，该绕组突出部分振动基本上被定子绕组上的对称电流系统励磁，同时依赖于绕组突出部分托架的型号，它也或多或少被定子迭片体的振动励磁。

按照这个原则工作的振动监测记录例如可以从1993年9月“电子”SAIEE杂志中的“发电机寿命管理的现代监测”一文中可知。这里建议振动幅值及其相位参考每个测量光学传感器以便找到一个波动基准点。这种监测类型的困难在于把绕组突出部分振动已增长的偏移归结为具体的原因，也就是说就振动而言，不可能证实励磁是增强还是减弱，或绕组突出部分配件是变软还是变硬。

因此，本发明的目的是提供一种确定电机绕组突出部分强度状态的新方法，该方法给出了绕组突出部分振动变化的具体原因。按照本发明实施这种方法的装置也同时预以说明。

按照本发明，通过如下方法解决上述任务：

一种确定电机绕组突出部分强度状态的方法，借助至少一只传感器，它置于绕组突出部分的绕组末端且和评价单元连在一起，

检测绕组末端振动幅值，其特征在于，

振动幅值的相位取决于流过绕组末端电流的相位，

商值取决于振动幅值及依赖于电流的振幅参考值，

商值取决于振动幅值的相位和依赖于绕组突出部分温度的相位参考值，

振动幅值与幅值参考值形成的商值和/或相位与相位参考值的商值确定了绕组突出部分强度状态。

通过把振动幅值的相位归因于流过绕组末端的电流相位，可以允许确定绕组突出部分振动的原因，在以上这个事实中，可以看到本发明的优点。

在本发明的一个特别优选的实施方案中，绕组末端上的三个光学加速传感器被均匀布置于绕组突出部分圆周上，且在这种情况下至少有一个加速传感器置于切线等效方向，至少一个置于径向等效方向。

通过参考下面与附图相联系的详细描述，在更好地理解的同时可轻易获得本发明更完整的评价及许多附带的优点，附图显示了电机定子绕组突出部分的简单视图，而该电机具有按照本发明实施这种方法的装置。

图上只表示了有助于理解本发明的基本元素。

参照该图，图中2表示一电机如发电机的绕组突出部分，4表示绕组末端，这些绕组末端在共同组成了绕组突出部分2，绕组突出部分被机壳1包围着。均匀分布在绕组突出部分圆周上的是3个光学加速传感器3a、b、c，其中3b、c两个传感器处于径向等效方向，3a传感器处于切线等效方向。在选择安装位置时，应优先选绕组末端4，因为期望其有最大的偏移，此种情况下加速传感器3a、b、c在所有情况下均位于发电机绕组的每个相位U、V、W。光学加速器3a、b、c与评价单元5联在一起，通过一根与电流测量点(没表示出)相连的测量线6，评价器获得发电机各相位的被测量的电流值Iu、Iv、Iw。与加速传感器测量点附近温感相连的测量线7，将相应的被测量的温度送往评价单元5。

光学加速传感器3a、b、c检测位于发电机绕组末端4的振动加速，该发电机处于运行状态。原则上有三种机理影响绕组末端4的振动偏移：

-基础频率50Hz(或美国60Hz)的定子电流在绕组突出部分的导体间形成双频磁势；在这种情况下，振动由磁势励磁而成，

-发电机定子50Hz(或美国60Hz)基础频率的磁通密度导致了双频迭片铁芯振动，它依赖于迭片铁芯和绕组突出部分的机械耦合，励磁后者使其振动；因此，这些振动影响建立在通路励磁的基础上。

-最后，自然频率的偏移，在没有励磁变化的情况下，可影响振动偏差的幅值，这个机理因此被简称为自然频率偏差。

加速传感器3a、b、c产生的测量值通过傅里叶变化和随后的双重积分集中于评价单元5，以形成振动偏差或幅值信号A。另外，发电机定子电流Iu或Iv、Iw的相位确定以振动幅值的相位φ为依据。出于这个目的，评价单元5基本包括加速传感器3a、b、c的测量值获取和调制系统，发电机定子电流Iu、Iv、Iw的测量值获取和调节系统，加速传感器测量点温度的测量值获取和调节系统，和一个计算机单元。

由上述作为振动偏移基本因素的机理可知，令人感兴趣的主要是偏移A和相关相位φ的双频率分量；也就是说100Hz(120Hz)分量。为确定绕组突出部分2强度状态，由导出A和φ的已获得值形成相应的参考值A_ref和φ_ref。下面的模型是参考值A_ref和φ_ref的根据：

由于定子电流是以振动励磁为基准的决定性变量、电流的平方在最后的磁势中起决定作用，下式适用于振动幅值的参考值计算A_ref：

 A_ref＝w₀+w₁·I+w₂·I²

这个方程用以为各自的相位电流Iu、Iv、Iw的每个有效点确定参考值A_ref、常量w₀、w₁、w₂已经确定，例如，在发电机不同的荷载点发电机使用期间振动的所谓“指印测量”。有关参考值A_ref的方程既包括定子电流I(w₁，w₂)产生的磁势励磁，也包括迭片铁芯振动(w₀)产生的通路励磁。

如下所述参考值φ_ref取决于相位。在此种情况下起决定作用的是，振动偏移和周期性励磁的磁势之间的相位偏移可以随着仅在绕组突出部分2的自然频率的电流(磁势的励磁)的结果而变。相位参考φ_ref的模型基本考虑了自然频率下绕组突出部分的测量点感应荷载发热的影响。考虑的范围在空转，即电机空载因而是冷机，和满载之间，自然频率的偏移或改变和相位的改变综合起来与温度呈线性关系，因而下面方程运用于相位的参考值：

φ_ref＝P₀+P₁·T通过这个方程可以给每个有效点确定参考值φ_ref，常量P₀和P₁已经确定，例如，在发电机不同的荷载点发电机使用期间振动的所谓“指印测量”。

现在被测的振动幅值A和相关相位φ在发电机运行中得到。然后绕组突出部分强度状态可以用如下关系式确定： $\mathrm{\ΔA}=\frac{A-A_{\mathrm{ref}}}{A}$ 和 $\mathrm{\Δ\φ}=\frac{\mathrm{\φ}{-\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ref}}}{\mathrm{\φ}}$

1.如果在发电机负载改变且ΔA保持为0观察到更大的振动幅值，那么在振动上将有正常的感应电流增长。

2.如果在发电机负载改变且ΔA大于0时观察到更大的振动幅值，那么在振动上将没有感应电流的增长。

3.如果在这种情况下，Δφ为一个不等于0的值，这意味着绕组突出部分变松，假定φ值朝着与温感自然频率向绕组突出部分共振状态偏移方向相同的方向变化，此时相位φ为0°到360°之间的值。此处假定在冷态下没有变化。在冷态下这样的变化可能出现，例如，发电机中冷气体温度有变化。

运用上述的方法使必须有很高利用率的发电机，第一次可以在运行中提供关于系统组成部分的状态，如绕组突出部分托架，它受损耗的影响。结果是，通常以时间为依据的维护间隔计划可以渐渐转化为以状态为依据的计划。在需要获得备用部件时，较长的操作间隔和可避免的故障时间提高了发电机的利用率。相对于传统的限量监测，用上述的起因诊断可以在达到振动幅值危险值以前识别系统状态的变化。

考虑到同时使用于发电机两边的绕组突出部分，即在驱动端和非驱动端，也是该发明方法和实施该方法的装置的用途。当然，这里也可能使用非光学加速传感器，另外它也可以安置在轴线导致方向。

     参考符号表1.          机壳2.          绕组突出部分3a、b、c    传感器4.          绕组末端5.          评价单元6、7        测量线A           振动幅值A_ref       幅值参考值ΔA         由A和A_ref得出的商值φ          A的相位φ_ref      相位参考值Δφ        由φ和φ_ref得到的商值T           温度

Claims (3)

1.一种确定电机绕组突出部分(2)强度状态的方法，借助至少一只传感器(3)，它置于绕组突出部分(2)的绕组末端(4)且和评价单元(5)连在一起，

检测绕组末端振动幅值(A)，其特征在于，

振动幅值(A)的相位(φ)取决于流过绕组末端(4)电流的相位，

商值ΔA取决于振动幅值(A)及依赖于电流的振幅参考值(A_ref)，

商值(Δφ)取决于振动幅值(A)的相位(φ)和依赖于绕组突出部分温度的相位参考值(φ_ref)，

振动幅值(A)与幅值参考值(A_ref)形成的商值和/或相位(φ)与相位参考值(φ_ref)的商值(Δφ)确定了绕组突出部分强度状态。

2.实施权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，

绕组突出部分(2)的绕组末端(4)上的三个传感器(3a、b、c)均匀布置在绕组突出部分的圆周，其中传感器(3a、b、c)由光学加速传感器构成，至少一个传感器在切线等效方向上，一个传感器在径向等效方向上与绕组末端相连。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，评价单元(5)具有一个用于该传感器(3a、b、c)的测量值获取和调节系统，包括一个电机定子电流测量值获取和调节系统，包含一个计算机单元。

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