CN1343304A - 高电压发电机、尤其是涡轮发电机以及测量一高压发电机中温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高电压发电机(41),在该发电机(41)中借助于一半导体芯片(7)可靠、简单且廉价地测量温度,尤其是测量一个转子绕组(49)或一个定子绕组(43)中的温度。本发明还涉及一种相应的测温方法。

Description

高电压发电机、尤其是涡轮发电机以及 测量一高压发电机中温度的方法

本发明涉及一种高电压发电机、尤其是一种涡轮发电机，它具有一种用于测量该高电压发电机中温度的测温装置。本发明还涉及一种测量一个高电压发电机、尤其是一个涡轮发电机中温度的方法。

在Harmut Maier所著的“大型发电机的绝缘”(Springer出版社，柏林、哥廷根、海德堡，1962年)一书第30页上讲述了在一台发电机中的绕组上进行温度测量的意义。其中详细阐述了，在间接冷却的绕组中，所谓的自然热点、亦即最高温度点位于两个相互叠置在一叠片铁芯组的一槽中的导体杆中的上边那根导体杆中，且靠近其在发电机中央的下边缘。在该处能获得一个高于平均的、经电阻增加可测量的铜温约10℃左右的温度。而采用比如为了进行运行监测在上导体杆和下导体杆之间装入的热电偶或电阻温度计，却通常给出很小的测量值。这是因为位于上、下导体杆之间的测温元件处在一个在两个导体杆与叠片铁芯组之间形成的温度场之中且业已远离该两个导体杆，这样便可能产生20℃以上的显示值差。在对发电机的运行进行控制时，这些显示值差必须加以考虑，以正确地评价(叠片铁芯组)槽温度计的温度示值。对制造商来说，他的任务则是要避免高度局部化的附加损失，这样的损失能导致难于采取到的热点形成。

本发明的目的是提供一种高电压发电机、尤其是一种涡轮发电机，在这种发电机中即使在难于接近的范围内也能可靠地以简单和廉价的方式来测温。本发明的另一目的在于提供一种相应的测温方法。

根据本发明，所述针对一个高电压发电机的目的通过这样一种高电压发电机，尤其是这样一种涡轮发电机来实现，它具有一壳体和一个用于测量该壳体中温度的测温装置，该测温装置具有一个设计成半导体芯片的温度传感器。

这样一个温度传感器利用一个设置在一半导体晶体上的集成电路来测量温度。该温度在其中被表征为一数字测量值。本发明惊奇地发现：这样一种温度传感器在极端的环境条件下能够可靠地被应用在一个高电压发电机中。尤其是通过试验能确定，该温度传感器还能长期经受高电压作用。这样一种温度传感器价格便宜且无需维护。它也可以用在高电压发电机的难于接近的区域中。较之其它耐高压的测温方法(比如借助光纤测温系统来测温)，这种温度传感器能以十分少的安装费用和明显更长的寿命来加以应用。相对于那些能用来测量表面温度的红外测温系统或辐射高温计，该温度传感器的优点在于能被直接安装在期望的测量点上。而在红外测温系统或辐射高温计中，为了保证有足够的绝缘强度，总是要求距离带电压部件有一个最小距离。

该测温装置优选地具有一个电子模块，它与该温度传感器电连接。该电子模块还优选具有一个用于存储分别表征一个温度的测量值的存储器。由此可以存储一系列温度、优选是一条随时间变化的温度曲线。比如可在适当的检验时刻对存储器进行读出。

该电子模块优选具有一个微处理器和一个定时器，其中测量值存储的一个时间系列则通过该微处理器和定时器可加以控制。通过该电子模块则因此可以简单的方式来比如为温度的相继测量确定一个时间间隔。为此可以简单的方式来为一个温度测量提供一个起始时间或终止时间。

电子模块和温度传感器优选在空间上相互分隔开，且最好至少相隔10cm。通过这种将温度传感器和电子模块在空间上的分开，使得温度传感器进一步能被设置到难于接近的、或相对于一个高电压来说危险的测量点上，而不会因此使电子模块受到损害。尤其是，一个对于该电子模块来说至关重要的最大温度通常经过这种空间分离在选择测量点时变得无关紧要。该电子模块和该温度传感器优选相互隔开不超过一米。这一点尤其会导致，在电子模块和温度传感器之间交换的信号其质量并不会受到严重的影响。

电子模块还优选具有一个用于无接触式传送信号、尤其是采用红外辐射来传送信号的发送装置。通过这样一种无接触式信号传递，则尤其能在测取温度的高电压电位和一个对温度测值进行分析的地电位之间得到一种隔离。为此完全不需要诸如电缆那样的其它传输工具。

电子模块最优选具有一个用于无接触式接收信号、尤其是采用红外辐射来接收信号的接收装置。

电子模块优选具有一个采用一个太阳能电池的电源。该电子模块优选具有一个采用感应方式从一个包围该电子模块的磁场中产生电能的电源。通过用一个太阳能电池、或者通过周围的漏泄磁场向电子模块供电，则可以实现一个局部的、独立的对电子模块的供电。因此也不必提供任何用于供电的传输距离，这些输电距离尤其可能导致在高压电位和地电位之间的电位隔离问题。

涡轮发电机具有一个转子和一个电转子绕组，其中温度传感器优选设置在转子上，且最好设置在转子绕组上。在转子和转子绕组上进行温度测量会特别困难，因为基于高转速缘故会产生很大的离心力。但通过试验业已证明，该温度传感器以及该电子模块也能长时间地经受离心力引起的大机械载荷。温度测值的传输在此可以适当的方式进行，例如可依照上面所述以无接触方式进行。

在发电机上优选设有至少两个测温装置，其中每个测温装置具有一个自己的识别单元，该识别单元可识别测温装置，且其中每个测温装置可通过一共同的求值单元来读出数据。这样一种识别单元例如可作为一个识别号存储在电子模块的一个微处理器中。这样就可以以简单的方式只用一个求值单元来驱动多个测温装置。温度测值的传输可与各测温装置的识别号相结合，这样可确保所测得的温度值与各个测量点一一对应。

本发明有关方法方面的目的通过一种用于测量涡轮发电机中温度的方法来实现，在该方法中，采用一半导体芯片将温度确定为数字测值，然后将该测值传输到一个电子模块中并从那里继续传递到一个求值装置中。

这样一种方法的优点和上述在一个高电压发电机中测温装置的诸多优点相同。

测量值优选存储于电子模块中，并优选从电子模块被无接触式地、尤其是通过红外辐射方式被传递到求值单元中。

以下根据一个实施例来详细说明本发明。附图所示是示意性的和非比例性的，附图中：

图1示出一测温装置；

图2示出具有一测温装置的一涡轮发电机。两附图中相同的附图标记具有相同含意。

图1示出一测温装置1。该测温装置1具有一测量单元3和一求值单元5。测量单元3具有一个温度传感器7，该温度传感器7被设计成半导体芯片。它与一个电子模块9电连接。该电子模块9又与一供电单元11电相连。电子模块9具有一存储器13、一微处理器15、一定时器17、一接收单元19和一发送单元20。存储器13与微处理器15电连接。微处理器15具有一识别单元16。微处理器15与定时器17连接。微处理器15此外还与接收单元19和发送单元20电连接。求值单元5具有一通信单元21和一处理单元23。求值单元5经通信单元21用发送信号25和接收信号27与测量单元3的电子模块9进行通信。

在使用测温装置1时，温度传感器7测量一个局部温度。比如，该温度传感器设置在一个涡轮发电机的转子或定子绕组的一绕组杆上且测量它们的局部温度。通过将温度传感器7设计成半导体芯片可直接将温度测量成数字化测值。该测值被进一步传送到电子模块9。在电子模块9中该测量值被存储到存储器13中。通过微处理器15和定时器17来控制一个用于将测量值存储到存储器13中的时间序列。比如，借助于微处理器15和定时器17在每分钟内将一个温度测量值存储到存储器13中。对采用温度传感器7进行温度测量以及采用电子模块9对温度测量进行控制和存储都是通过供电单元11来馈电。该供电单元11比如可具有一个蓄电池。但供电单元11也可具有一个太阳能电池，该太阳能电池可从环境光线中获取用于对测量单元3供电的电能。也可借助在供电单元11周围随时间变化的漏泄磁场通过感应方式在供电单元11中产生一个电压。测量单元3测得的温度测量值由求值单元5读出。为此一个发送信号25被传输到电子模块9的接收单元19。这样便允许对存储器13的存储内容进行一次询问。该存储内容则作为接收信号27经发送单元20传输到求值单元5的通信单元21上。通信单元21将温度测量值传送到处理单元23上。该处理单元23比如可以是一台个人电脑。通过求值单元5便可表达出温度测量值来。

这样一种测温装置1被用在一个涡轮发电机41中进行测温。这一点在以下借助图2来详细说明。

图2以纵剖形式示出一涡轮发电机41。该涡轮发电机41具有一个定子43，该定子43在图中未加详细表示，它由一个叠片铁芯组和一个定子绕组组成。定子43围绕着转子45。转子45具有一根轴47和一个设置在该轴47上的转子绕组49。

定子43和转子45被设置在一共同的壳体51中。

涡轮发电机41按照图2具有五个测温装置1A、1B、1C、1D、1E。两个测温装置1A、1B被相互相对地设置在转子45上。为此在转子绕组49上设置有各自的温度传感器7A、7B。各自的电子模块9A、9B则设置在壳体51外部的轴47上。每个测温装置1A、1B由各自一个、图中未加详细表示的识别单元16(见图1)来识别。由各自的温度传感器7A、7B测得的温度通过每个电子模块9A、9B并借助一个红外信号27A、27B向一共同的通信单元21传输。这两个红外信号在转子45的一转中正好到达通信单元21的接收区域中，通信单元21由此分别接收到信号27A、27B。在通信单元21前方，信号27A、27B通过一引线53从壳体51出来被引导至处理单元23。采用识别单元16进行一种识别，该识别是将正在传输的红外信号27A、27B分配给测温装置1A、1B。

温度传感器7A、7B不仅经受涡轮发电机41中的高电压、而且也能经受转子45旋转时产生的高离心力的作用。为此各电子模块9A、9B与温度传感器7A、7B在空间上相互分隔开，这样转子绕组49中的高温不会对电子模块9A、9B产生有害作用。

在定子43上设置有测温装置1C。温度传感器7C被设计成槽温度计，它因此测量定子43的叠片铁心的一槽中的绕组温度。电子模块9C与温度传感器7C分开设置在一个不用担心所出现的电压和温度会造成影响的位置上。将温度测量值传递到处理单元23上是经过一引线53通过壳体51来达到的。测温装置1D和1E同样被设置在定子上且被配置在绕组头部63的导体杆60、62上，图中对它们作了放大表示。两个测温装置1D和1E以其各自的电子模块9D、9E将信号传输到一共同的通信单元21D上，其中通过一图中未详加表示的、各自的识别单元16来进行信号的分配。

在所述轴47上设置有一个脉冲计数器64，它经一导线66与处理单元23相连接，且被用于在传输信号27时进行同步。

Claims (17)

1.一种高电压发电机、尤其是涡轮发电机(41)，它具有一壳体(51)和一用于测量壳体(51)内温度的测温装置(1)，该测温装置(1)具有一个设计成半导体芯片的温度传感器(7)。

2.如权利要求1所述的高电压发电机，其特征在于：所述测温装置(1)具有一个电子模块(9)，该电子模块(9)与温度传感器(7)电连接，尤其是在一个不大于一米的空间距离(2)上相连接。

3.如权利要求2所述的高电压发电机，其特征在于：所述电子模块(9)具有一个存储测量值的存储器(13)，这些测量值分别表征一个温度。

4.如权利要求3所述的高电压发电机，其特征在于：所述电子模块(9)具有一个微处理器(15)和一个定时器(17)，其中，对测量值进行存储的一个时间序列由微处理器(19)和定时器(17)来控制。

5.如权利要求2～4之一所述的高电压发电机，其特征在于：所述电子模块(9)和温度传感器(7)在空间上相互分隔开，尤其是相互隔开至少10cm。

6.如权利要求2～5之一所述的高电压发电机，其特征在于：所述电子模块(9)具有一个用于无接触式传输信号、尤其是采用红外辐射来传输信号的发送单元(20)。

7.如权利要求2～6之一所述的高电压发电机，其特征在于：所述电子模块(9)具有一个用于无接触式接收信号、尤其是采用红外辐射来接收信号的接收单元(19)。

8.如权利要求2～7之一所述的高电压发电机，其特征在于：所述电子模块(9)具有一个采用一太阳能电池的供电装置(11)。

9.如权利要求2～7之一所述的高电压发电机，其特征在于：所述电子模块(9)具有一个从电子模块(9)周围的磁场中借助感应方式产生电能的供电装置(11)。

10.如上述任一项权利要求所述的高电压发电机，它具有一个转子(45)，该转子(45)具有一个转子绕组(49)，其中温度传感器(7)设置在转子(45)上，尤其设置在转子绕组(49)上。

11.如权利要求1～9之一所述的高电压发电机，它具有一定子绕组(43)，其特征在于：温度传感器(7)设置在定子绕组(43)上。

12.如权利要求1～11之一所述的高电压发电机，它具有至少两个测温装置(7)，其特征在于：每个测温装置(7)具有一个识别单元(16)，该识别单元(16)可识别测温装置(7)，同时还设有一个求值单元(5)，该求值单元(5)可对每个测温装置(7)进行读取。

13.一种用于测量一个高电压发电机、尤其是一个涡轮发电机(41)中的温度的方法，其特征在于：借助于一个设计成半导体芯片的温度传感器(7)将温度确定为数字测量值，该测量值被传递到一个电子模块(9)中并从那里再被传递到一个求值单元(5)中。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述测量值被存储到电子模块(9)中。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于：所述测量值从电子模块(9)被无接触式地、尤其是通过红外辐射方式被传输到求值单元(5)。

16.如权利要求13～15之一所述的方法，其特征在于：用该方法来确定一个定子绕组(43)的温度。

17.如权利要求13～15之一所述的方法，其特征在于：用该方法来确定一个转子绕组(49)的温度。

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