CN1409887A - 监测发电机转子与定子之间径向间隙的方法和实施此方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测发电机(2)转子(6)与定子(8)之间径向间隙(10)的方法，按本发明此方法应保证在发电机(2)工作过程中特别可靠地分析径向间隙(10)的形状。为此，在发电机(2)稳定和均衡的工作状态下按固定的时间间隔实施一个测量周期，在此测量周期中由发电机(2)的当前边界参数(50)、发电机(2)的当前影响参数(80)以及径向间隙(10)当前的测量值(100)，确定径向间隙(10)当前的特征值(100)，用于确定和评估径向间隙(10)的形状和转子(6)与定子(8)之间的间距。

Description

监测发电机转子与定子之间 径向间隙的方法和实施此方法的设备

本发明涉及一种监测电动机转子与定子之间径向间隙的方法。它还涉及一种实施此方法的设备。

发电机转子与定子之间的径向间隙有一种同心的环形圆筒的形状。在这里，外表面由定子的叠片铁芯构成，内表面由转子上极的表面构成，它决定最大转子直径。

对于磁场或需要的励磁起决定性作用的径向间隙的大小，通常相对于定子内壁的直径很小，在例如转子直径为16m的发电机中它大约是定子内壁直径的0.2％。通过径向间隙，在转子与定子之间发生相互磁作用。在这种情况下这种磁作用力增大了现有的静态和/或旋转不对称性，因为局部特别小的径向间隙造成局部比较大的磁场。这种状况造成更大的磁作用力，视发电机机械刚度的大小，它们会或多或少地引起进一步的不对称变形。因此，应通过发电机的设计、结构和制造，力求在转子与定子之间的径向间隙有一个尽可能理想的形状。

在转子的静止状态，转子与定子之间径向间隙的形状由在加工和装配时产生的公差造成。在这方面应当注意，定子内壁的形状通常不是理想的图形，而是至少略偏离于理想圆形，并且这种偏离沿轴线不均匀分布。往往在这里发生中心对称的变形，例如椭圆、六节点和八节点变形(Kleeblatt)。同样会存在例如通过支承件(如星形臂等)造成的其他对称性。沿轴向看，平均气隙也可能例如由于定子中央局部变狭窄而改变。这种方式的变形可能在收缩过程和垂直布置的定子的下沉过程中产生。不对称变形主要由于弯曲造成，这意味着沿轴向观察几何中心不在一条直线上。此外，通常转子的形状也不是理想的，例如在所谓多极电机的转子上，各个也可以是叠片方式的极可能前伸或回缩。

受发电机工作以及环境的影响，径向间隙的形状会进一步改变。当转子轴线与定子轴线不平行时，产生径向间隙相对于理想形状的显著的偏离。在这种情况下不仅可以看到转子轴线相对于定子轴线平行移动，而且可以看到转子轴线相对于定子轴线倾斜。这种偏离可能发生在如下情形下：发电机经较长时间工作后转子相对于定子的位置改变、支承件内存在间隙、基础的影响显著化、混凝土内发生收缩过程、土壤和/或岩石发生偏移。转子轴承的轴承间隙也影响转子轴线相对于定子轴线的定向。

此外，在发电机工作时转子的转速可通过离心力导致转子直径增大。尤其在发电机第一次起动时，亦即在投入运行时和在超速检验时，可以观察到转子的一种非弹性变形以及与之相关的在发电机转子与定子之间的径向间隙持续的改变。在发电机工作时通常恒定的磁力，也会导致径向间隙与转子静止状态下的径向间隙的形状相比减少。

转子温度取决于励磁电流、摩擦引起的机械损失和转子的冷却。此外，转子温度还与定子温度有关，因为转子和定子通常经由冷却循环耦合。因此，在过渡工作状态，例如因负载改变，产生例如为3至10小时的温度时间常数。因此就转子温度和定子温度而言可以注意到，这些温度可引起转子的非对称变形。这例如可由于严重的不对称冷却造成。

尤其在大型发电机中，例如转子直径超过5m的水力发电机，存在转子不同心地在定子中心运动的危险。在这种情况下，不仅转子和定子的形状而且它们彼此的相对位置都会变化。其结果是产生在转子圆周上不均匀分布的巨大的力和局部振动。在极端情况下这可能导致在发电机工作时转子在定子上擦掠，其结果是严重破坏和造成发电机长久的停机时间。

按照对于发电机转子与定子之间径向间隙的传统监测方法，不能就发电机工作过程中径向间隙的实时形状提供预报。通常采用监测定子叠片铁芯振动的方法，但该方法只能部分地检测到转子与定子之间径向间隙形状的变化。

因此本发明所要解决的技术问题是提供一种用于监测发电机转子与定子之间径向间隙的方法，其中，在发电机工作期间保证可靠地分析定子与转子之间径向间隙的形状和监测它们之间的距离。这可以通过一种适用于实施此方法的设备以特别低的技术费用达到。

就前言所述类型的方法而言，上述技术问题按本发明以下列方法步骤来解决：

1.在规定的不同工作状态下事先分别检测决定工作状态的影响参数，进行基本测量，以及由此构成对于在各工作状态下正常适中的气隙几何结构的基本基准特征值；

2.在以后的工作期间，在沿电机圆周分布的多个测量点检测径向间隙的大小以及检测当前工作状态的至少一个当前的影响参数；

3.由步骤2中获得的参数构成当前特征值，以及由步骤1中获得的基本基准特征值构成当前基准特征值，该当前基础特征值与在影响参数为当前值时的正常气隙相对应；

4.将至少在步骤3中获得的当前特征值与相应的径向间隙当前基准特征值作比较；以及，当至少当前特征值之一偏离基准特征值超过一个规定量时发出警告。

比较有利地是，在电机的一个稳定和均衡的工作状态记录当前的测量值。这意味着，电机的工作参数应处于一个稳定的状态，以及应终止由工作状态的变换引起的所有均衡过程。在不稳定和/或不均衡的工作状态下检测当前的测量值，仅提供径向间隙形状的瞬间记录。在这种情况下不可能可靠地推断出气隙几何结构是否存在缺陷。

按本发明的另一项设计，周期性检测当前测量值和影响参数，以及在每一个测量周期内既构成当前特征值也构成相应的当前基准特征值。以此方式实现径向间隙的准连续监测。因此可以在电机工作的几乎任何时刻得知气隙几何结构的危险缺陷并在必要时采取针对性措施。

比较有利地可将至少下列电机工作参数之一作为影响参数并加以检测：

-在定子绕组内流动的电流(I_U、I_V、I_W)；

-在转子绕组内流动的电流(I_E)；

-流入定子的冷的冷却空气(L)的温度(T_LK)。

上述影响参数是一些重要参数，它们一方面决定电机的工作状态，另一方面影响径向间隙的形状。利用影响参数和径向间隙形状之间物理学关系的知识，便可以构成当前的基准特征值。

按本发明的另一项有利的设计，采用傅里叶数学方法来分析一些第一数学矢量，这些数学矢量分别针对一个测量点并含有对于在定子和旋转的转子极之间气隙的当前测量值。

在下面的例子中描述这种第一矢量的构成。

假定测量点数量为n以及配属于这些测量点的下标i有取值范围i＝1…n。

假定转子极数为r以及配属于这些转子极的下标j有取值范围j＝1…r。

在转子旋转时，在每个测量点i因此r形成当前测量值m_ij，在这里，下标i的当前固定值描述了该被关注的测量点。由此要构成的矢量称V_i：

V_i＝[m_i1 m_i2…m_ir]

然后，如上所述，对这种第一矢量应用傅里叶分析方法。

至少基于傅里叶分析算出的系数之一用来构成至少一个当前特征值。径向间隙相应的基本基准特征值通过对基本测量值相应地应用傅里叶分析来获得。这种傅里叶数学分析方法是已知的；在这里它涉及一种谐波分析，它确定可能在原始数据内存在的直流部分(Gleichanteil)以及所含有的谐波振荡部分。通过傅里叶分析算出的系数可作为特征几何参数。

比较有利地是，采用与傅里叶分析的直流部分对应的第一个系数、与基波对应的第二个系数以及与一次谐波对应的第三个系数来构成另一些当前特征值。分别针对一个矢量算得的各个第一系数的平均值描述径向间隙的平均尺寸，各第二系数的平均值则描述转子轴线相对于定子轴线的平均偏移(“转子偏心率”)，以及各第三系数的平均值描述转子的平均变形(“转子的椭圆度”)。因此，在利用傅里叶系数的情况下构成的径向间隙特征值，已经表明了径向间隙的形状。

按本发明的另一项有利的设计，由已确定的特征值导出一个辅助特征值，它允许用来估算另一些当前特征值是否足够准确地描述了转子的变形。从数学的观点看，在这里涉及一种所谓傅里叶分析中剩余项的估算，该余项未被用于构成特征值。

比较有利地是，对于一些重要的辅助特征值，由另一些借助傅里叶分析获得的系数中的至少一个构成至少一个需要特征值。该需要特征值(Redarfs-Kenngroeβe)在此提供一个有关转子变形的信息，而这种变形并不能借助前面已构成的径向间隙的特征值来获悉。

比较有利地是，采用傅里叶数学分析方法来分析具有分别对应于一个测量点的矢量分量的第二数学矢量，这些矢量分量分别含有对应于相应测量点的径向间隙尺寸的平均值。由至少基于傅里叶分析算得的第二个系数，构成至少一个附加的当前特征值；通过对分别属于一个测量点的平均的基本基准特征值相应地应用傅里叶分析，来获得径向间隙相应的当前基准特征值。

在下面的例子中说明一个这种第二矢量的构成，其中参数i、r、j、n和m_ij的意义已经在本发明另一种有利的实施例中说明。属于一个测量点i的径向间隙参数平均值称为d_i并构成如下： $d_i=\frac{1}{r}\underset{j=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{m}_{\mathrm{ij}}$

用W表示的第二数学矢量的构成可书列如下：

W＝[d₁ d₂…d_n]

然后如上面已提及的那样，对这样一个第二矢量应用傅里叶分析方法。

按本发明另一项有利的设计，附加的当前特征值由基于对第二矢量的傅里叶分析算出的第二和第三个系数构成。在这里，第二个系数描述定子轴线相对于转子轴线的偏移(“定子偏心率”)，而第三个系数描述定子的变形(“定子椭圆度”)。

比较有利地是，在一个测量面内记录径向间隙的当前测量值，此测量面的表面法线平行于转子的轴定向。若电机的定子高度大于定子的直径，则必要时在多个测量面内检测当前测量值。

按本发明的另一项有利的设计，除了描述电机当前工作状态的影响参数外，还至少检测一个边界参数。在这里边界参数并不是影响参数，也就是说是不直接显著影响径向间隙形状的参数。

比较有利地是，作为边界参数至少检测下列参数之一：

-定子叠片铁芯的温度(T₁₆)；

-定子绕组的温度(T₁₈)；

-从定子流出的热的冷却空气温度(T_LW)；

-在进入定子绕组前冷的冷却水的温度(T_WK)；

-从定子绕组流出的热的冷却水温度(T_WW)；

-转子绕组温度；

-电机的无功功率；

-电机的有功功率。

这些边界参数可按有利的方式被用于进一步分析径向间隙的当前特征值。

比较有利地是至少记录每一次测量的当前测量值、影响参数和边界参数以及所有通过一次测量确定的特征值。因此可例如应用一个较长的时间段的所有数据，实施不同参数的趋势分析。此外可以进行数据资料的各种统计研究。

按本发明的一种特殊的方案，为达到上述目的采取的措施是，在发电机的一个稳定和均衡的工作状态下重复实施一个测量周期，在此测量周期中，

-检测发电机当前的影响参数，

-检测径向间隙的当前测量值和发电机的当前边界参数，

-由发电机的当前边界参数、发电机的当前影响参数以及径向间隙的当前测量值，确定径向间隙的当前特征值，以及

-通过将径向间隙的当前特征值与由一些基本测量获得的基准值作比较，确定和评估径向间隙的形状和在转子与定子之间的距离。

在这里，本发明考虑问题的出发点是，应检测和分析在发电机工作期间转子与定子之间径向间隙的形状，以便可靠地监测转子与定子之间的距离。发电机的工作状态对径向间隙的当前几何结构产生影响；例如在发电机电的一侧的动态负载变化或静态的通常短时产生的非对称负载，导致这样一些机械状况，即，这些机械力通常不对称地作用在定子和转子上，并因而改变针对均衡、正常的工作状态确定的间隙几何结构。然而在上面举例指出的工作条件下间隙几何结构的这种改变，并不意味已不允许地或危险地偏离了在结构设计上期望的、针对均衡和正常的工作状态采用的间隙几何结构基准测量特征值。发电机的设计也顾及了这些工作条件，并且由此产生的间隙几何结构的变化并不意味着是一种必须注意和/或消除的故障。因此，为了能根据在当前工作状态下测量的特征值，通过与基准特征值比较，可靠地推断不允许或危险的偏离，应同时检测当前的工作状态并应将其加入到对所述偏离的分析中。

此外，应能早期识别可能对径向间隙的形状起负面作用的发电机的变化，以便能消除这些变化。发电机的改变可借助影响参数和边界参数检测到。因此应检测和评估发电机的边界参数和影响参数对径向间隙形状的影响，以便由此能早期获得有关径向间隙形状变化的信息，由这些信息可以找到变化的起因。为此由发电机当前的边界参数和影响参数以及由径向间隙的当前测量值，确定径向间隙的当前特征值。

径向间隙的监测应准连续地进行，以便能在发电机工作的任一时刻，提供有关转子与定子之间径向间隙和间距的信息。为此，业已证实这样一个测量周期是恰当的，即借助于这一测量周期按规律的时间间隔，周期性地询问所有可变的影响参数，并检验：发电机是否处于热稳定的状态，亦即是否处于一个稳定和均衡的状态。若发电机是处于热稳定状态，则应进行径向间隙形状的分析和转子与定子之间距离的监测。为此在检验影响参数后读入径向间隙的当前测量值，并借助于将径向间隙的当前特征值与根据一定数量的基本测量得出的基准值比较，来评估此径向间隙的当前测量值。

借助径向间隙的当前特征值，应进行径向间隙形状的分析，这种分析能早期识别尤其危及发电机运行的转子与定子之间径向间隙的变形。在这种情况下应特别可靠地识别径向间隙的形状相对于理想形状的偏离。为此，借助于径向间隙当前特征值与发电机基准值的比较，有利地确定和评估定子相对于转子轴线的偏移和定子与转子的变形。

比较有利地是，边界参数是在定子不同位置的温度值、转子绕组的温度值、发电机的有功功率和发电机的无功功率。其中，定子的温度值有利地是叠片铁芯的温度值、定子绕组的温度值、从定子流出并在定子内被加热的冷却空气的温度值、在其进入定子绕组前为冷的冷却水的温度值以及在定子内被加热的冷却水在其流出定子绕组后的温度值。这些边界参数在发电机工作时能特别方便地测量，并能特别可靠地表征转子和定子的工作状态。

比较有利地是，影响参数是定子的电流和电压、转子的励磁电流和转速以及流入定子的冷的冷却空气的温度值。定子的电压和转子的转速通常在发电机的稳定工作状态下是常数。当定子用三相交流电工作时，定子的电流是三个分开的分流。因此在这种情况下定子的绕组也包括三个分绕组，各分电流分别馈入其中。定子的电流、转子的励磁电流和流入定子的冷的冷却空气的温度，持续地影响转子的形状和转子相对于定子的位置，并因而特别适用于作为影响参数。

比较有利地是在一个测量面内确定径向间隙的当前测量值，此测量面垂直于转子的旋转轴。因此，用于特别可靠地检测转子与定子之间径向间隙形状所需的传感器数量可以特别少。传感器的数量这样来确定，即只要它们能可靠地检测所有危及发电机的定子变形就够了。例如，定子的椭圆度可以用六个测量点可靠地检测。不过在这里往往有四个测量点就足够了，因为所有测量点均处于一个变形节点的概率很小。通常在叠片铁芯的直径小于8m时人们使用四个测量点，而在孔径超过8m时采用八个接收器。在与定子的直径相比定子高度特别小的情况下业已证明一个测量面就够了。它通常在垂直的发电机轴线中处于定子的上端，因为可预期在那里发生最大的径向间隙变形。但也可以证明合理的是，将此测量面设在定子中央，因为在那里基于发电机工作时通过磁力引起的下沉过程，可望在那里造成一个在发电机工作时变小的径向间隙。此外，在发电机的定子高度与径向间隙相比特别大时，沿轴向的变化，例如转子轴线相对于定子轴线倾斜定位，可通过另一个测量面检测。

比较有利地是记录每个测量周期。由此尤其可以对径向间隙的测量值、影响参数和边界参数进行趋势分析，从而可以随时识别发电机的变化。借助于这些记录，可以早期识别并消除发电机变化的起因。

就用于监测发电机转子与定子之间径向间隙的设备而言，按本发明为达到上述目的，在发电机上设有一些检测发电机当前边界参数、发电机当前影响参数和径向间隙当前测量值的传感器装置，这些传感器在数据技术上与一个根据发电机当前边界参数、发电机当前影响参数和径向间隙当前测量值求出当前特征参数的处理模块连接，此处理模块在数据技术上连接在一分析模块上，通过此分析模块可控制一个测量周期，用于分析径向间隙的形状和监测转子与定子之间的距离。

所述设备可以用特别少量的部件来分析径向间隙的形状和监测转子与定子之间的距离。

比较有利地是，为了记录当前测得的发电机数据，设一个在数据技术上与分析模块连接的存储模块。所储存的数据可用于趋势分析和为诊断提供信息。在这里可自动生成当前数据的打印记录。也可以借助自由组合所有储存的基准值和检测数据的图表来表达。

采用本发明获得的优点主要在于，通过在一个始终重复的测量周期范围内实时检测影响参数、边界参数和测量值，保证特别可靠地分析发电机转子与定子之间径向间隙的形状和监测转子与定子之间的距离。由此可以早期识别发电机转子与定子之间径向间隙形状的改变，从而可以早期识别和消除危及发电机工作的影响。

下面借助附图进一步说明本发明的实施例，在所有的图中彼此对应的部分采用相同的附图标记。

附图中：

图1是实施用于监测发电机转子与定子之间径向间隙的方法的设备示意图，以及

图2是图1所示转子和定子的横截面示意图。

图1的纵剖面中示意表示的发电机2设计为水力发电机，它在一外壳4内包括一转子6，该转子被定子8同心围绕。转子6和定子8通过径向间隙10彼此分开。转子6包括一根轴12、一个用于产生转子6励磁电流I_E的绕组14以及许多在图中没有详细表示的极。定子8有一叠片铁芯16和一个绕组18。定子8的绕组18通过接线柱20与连接在测量回路上的分离放大器22连接，其中，测量回路未在图中表示。

定子8的绕组18包括三个分开的绕组U、V和W，它们在此图中没有表示。三个分开的绕组U、V和W又包括在电路上串联的绕组线棒24，在图中只示出了其中的一些绕组线棒。在发电机2工作时，冷却水流过每根绕组线棒24或每根绕组线棒24的一些在此图中未表示的绕组线段。为了供入冷的冷却水WK，绕组18的绕组线棒24入口侧通过绝缘的塑料软管26与第一环管28连接。为了排出在发电机2工作时在绕组18的绕组线棒24内被加热的冷却水WW，定子8绕组18出口侧通过塑料软管30与第二环管32连接。第二环管32为了冷却在绕组18内已加热的冷却水WW，按图中未表示的方式与一冷却系统连接，此冷却系统的出口侧连接在第一环管28上以供入冷的冷却水WK，从而形成了一个闭合的冷却水循环34，在图中用箭头示意地表示了该冷却水循环。

在发电机2工作时可借助冷却空气L既冷却定子8也冷却转子6。为此，在定子8上设一冷却空气冷却器36。在发电机2工作时从冷却空气冷却器36流出的冷的冷却空气L供入转子6，这在图中没有表示。冷却空气L在转子6内被加热，并通过转子6的旋转运动而流入定子8，在那里它重新进入冷却空气冷却器36，从而形成了一个闭合的冷却空气循环38。

发电机2有待检测的边界参数50是定子8叠片铁芯16的温度值T₁₆、定子8绕组18的温度值T₁₈、从定子8流出的热的冷却空气L的温度值T_LW、在冷却水进入定子8绕组18前为冷的冷却水WK的温度值T_WK以及在冷却水从定子8绕组18流出后为热的冷却水WW的温度值T_WW。发电机2另一些边界参数50是转子6绕组14的温度值T₁₄，以及发电机2的有功功率P和无功功率Q。

为了检测边界参数50，在发电机2上设有一些传感器52。在这里，在定子8叠片铁芯16上设第一组54传感器52，用来检测定子8叠片铁芯16上的温度值T₁₆。第二组56传感器52设在定子8绕组18上，用来检测定子8绕组18的温度值T₁₈。第三组58传感器52设在定子8内，用来检测从定子8流出的热的冷却空气L的温度值T_LW。第四组60传感器52设在冷却水循环34内第一环管28之前的进口侧，用来检测进入定子8绕组18前为冷的冷却水WK的温度值T_WK。为了检测从定子8绕组18流出后为热的冷却水WW的温度值T_WW，在冷却水循环34内第二环管32后的出口侧设第五组62传感器52。为了通过计算确定转子6绕组14的温度值T₁₄，设一模块64，它根据转子6绕组14的电阻和流过转子6绕组14的电流损失，确定转子6绕组14的温度值T₁₄。同样规定作为边界参数50的发电机2有功功率P和无功功率Q，通过一些图中未示出的测量回路测得。这些测量回路内包含分离放大器22并与绕组14的接线柱20连接。边界参数50的传感器52可通过数据技术连接装置66输入处理模块70中。

发电机2的影响参数80是定子8的电流I和电压U、转子6的励磁电流I_E和转速N以及流入定子8时冷的冷却空气L的温度值T_LK。定子8的电流I包括定子8绕组U、V和W的三个分流I_U、I_V和I_W。分流I_U、I_V和I_W借助连接在分离放大器22上以及在图中未表示的测量回路测量。定子8的电压U也由一些包含分离放大器22并在图中未进一步表示的测量回路测得。转子6的励磁电流I_E和转子6的转速N可借助第七组82或第八组84传感器52检测，它们按恰当的方式设在转子6上。流入定子8时冷的冷却空气L的温度值T_LK可通过第九组86传感器52检测，它们设在定子8冷的冷却空气L的入流区内。影响参数80，亦即定子8的电流I的分流I_U、I_V和I_W以及电压U、转子6的励磁电流I_E和转速N以及流入定子8的冷的冷却空气L的温度值T_LK，可通过数据技术上的连接手段88同样输入处理模块70。

为了检测径向间隙10当前的测量值100设有三个测量面102，它们分别垂直于转子6的旋转轴线或轴12。但根据设备的设计也可能需要设多于或少于三个测量面。在这里还应设另一些平行于转子6轴12的测量面。径向间隙10当前的测量值100借助于第十组104传感器52检测，在图2中表示了其中六个，以及各有两个设在图中未表示的另一些测量面102内。按图2给出了设在定子中央平面内的测量面102中的第十组104六个传感器52的布局，图2表示了图1中用X表示的局部的横截面。另一些测量面102的传感器52按类似的方式布置，但其中传感器的数量只有两个。

按图2，为了检测径向间隙10的测量值100，在一个平行于转子8轴12的平面内，在叠片铁芯16的内表面上，设第十组104的六个传感器52。传感器52分别与一仅用互感器或调节器(Conditioner)连接，后者设在叠片铁芯16的外表面上。此外，在转子6的轴12上设一锁眼式相矢量(Keyphasor)或相位标记108。若现在在发电机2工作时六个传感器52之一测得在转子6的一个极与定子8之间的一个确定的距离，则可借助于通过相位标记108检测到的电子方式的信号，鉴定在那里已进行了测量的那个极。发电机2径向间隙10的测量值100可通过数据技术上的连接手段110同样输入处理模块70中，图1表示了处理模块70。

处理模块70根据当前边界参数50、当前影响参数80和当前测量值100，计算当前的特征值120。为此，处理模块70有一计算模块122，边界参数50、影响参数80和测量值100可输入计算模块。此外，在处理模块70内进行测量数据的模/数转换以及实施极限值监控或奇偶校验。处理模块70还用于建立数据电报和用于形成报警和故障信号。

处理模块70通过数据总线124与分析模块126连接。处理模块70和分析模块126属于设备128，借助此设备在发电机2工作时监测发电机2的转子6与定子8之间的径向间隙10。

分析模块126包括存储模块130、指印模块132和监测模块134。存储模块130包括长期存储器、月存储器和事件存储器，用于储存检测到的数据、被确定的特征值120和已实施的测量周期及其结果。通过指印模块132进行基本测量的控制，在规定的工作状态借助基本测量确定发电机2的基准值。监控模块134用于控制可在发电机2中实施的测量周期及其评估。针对这些功能，监控模块134与存储模块130、指印模块132并通过数据总线124与处理模块70相连。此外，借助分析模块126可建立测量数据的记录和图表。分析模块126还可向设备的操作者提供计算机故障和/或一个或多个特征值120超过极限值的信号。

在发电机2工作期间，分析转子6与定子8之间径向间隙10的形状和距离，其中尤其关注转子6与定子8之间的最小间距。为此，按规定的时间间隔实施一个测量周期，在此测量周期中实时检测和分析径向间隙10的测量值100。各测量周期持续一个预定的时间T，并在走完这一时间T之后立即重复，所以无间断地从一个测量周期到另一个测量周期。

各测量周期由监控模块134控制，并在本实施例中持续30分钟。在时刻t＝T₀读入影响参数80。影响参数80是定子8绕组U、V和W的三个分流I_U、I_V和I_W、定子8的电压U、转子6的励磁电流I_E和转速N以及流入定子8的冷的冷却空气L的温度值T_LK。影响参数80通过数据技术上的连接手段88进入处理模块70。在处理模块70内按这样的方式处理读入的影响参数80，即，使它们能通过数据总线124输入分析模块126。在完成处理后，已处理过的影响参数80A输入分析模块126。然后，在分析模块126内用设于其内部的那些模块，借助已处理过的影响参数80A对发电机2的工作状态进行检验。

在检验发电机2的工作状态时，考核发电机2究竟是处于热稳定的第一种状态，还是处于稳定但不均衡的第二种状态，抑或是处于第三种状态。在下列情况下存在发电机2既稳定又均衡的工作状态，即影响参数80在一个可参数化的时间期间，在本实施例中按标准在10分钟内充分恒定。发电机2的第三种状态是发电机2的一种与发电机2的第一或第二种状态不同的可能的状态。在这里尤其可涉及发电机2的还不能排除其发生可能性的所谓负载斜面(Lastrampe)或负载改变。若检验结果说明发电机2处于第三种状态，则中断测量周期，并在30分钟后重新自动开始。若现在发电机处于热稳定的第一状态或处于稳定但不均衡的第二状态，则此测量周期延续到时刻t＝T₁。

对于每一个测量周期，监控模块134在时刻t₁＝T₁控制径向间隙10测量值100和边界参数50的读入。在这里测量值100是第十组104的六个传感器52的信号(这些传感器设在中央测量面102内)以及相位标记108的信号。第十组104在上部和下部测量面102内的传感器52信号只用于控制目的。径向间隙10的测量值100也在处理模块70内处理，并可被读入分析模块126内。然后，经处理的测量值100A输入分析模块126。边界参数50同样被读入，然后被输入处理模块70中进行处理，经处理的边界参数50A输入分析模块126。边界参数50是定子8叠片铁芯16的温度值T₁₆、定子8绕组18的温度值T₁₈、从定子8流出的已加热的冷却空气L的温度值T_LW、流入定子8绕组18前为冷的冷却水WK的温度值T_WK以及从定子8绕组18流出后为热的冷却水WW的温度值T_WW。发电机2的另一些边界参数50是转子6绕组14的温度值T₁₄以及发电机2的有功功率P和无功功率Q。

在分析模块126内，借助于经处理的测量值100A、经处理的边界参数50A和经处理的影响参数80A在监控模块134中进行检验，是否发电机2继续处于热稳定的第一种状态下或稳定但不均衡的第二种状态下。为此，首先检验，经处理的测量值100A是否处于预定的公差带内。

若经检测和处理径向间隙10的测量值100，发现发电机2处于热稳定的第一种状态或稳定但不均衡的第二种状态，则将测量周期延续到时刻t＝T₂。若经这种检验发现发电机处于热稳定的状态，则对检测的数据进行评估，若发电机2处于稳定但不均衡的状态，则进行备用评估，若发电机2处于另一种可能的状态，则中断测量周期。也就是说，当发电机2处于第三种可能的状态时，在时刻t＝T₁或t＝T₂中断测量周期。

为了评估或备用评估检测的数据，在处理模块70内根据边界参数50、影响参数80和测量值100确定特征值120。在各测量周期内实时确定的特征值120，为进行评估或备用评估，在分析模块126内与基准值作比较。

基准值在发电机2的所谓指印记录中确定，并只是在采取修理措施后在发电机2上，亦即例如在转子6、定子8或冷却水循环34中发生改变时才实时化。基准值的确定和储存借助于指印模块132进行。为了确定基准值，在发电机2便于定义的(Wohldefiniert)工作状态下实施测量过程。发电机2便于定义的工作状态例如是发电机2最小和最大有功功率P的状态以及另外两个功率阶段，它们按均匀的间距处于发电机2最小与最大有功功率P之间。在这里，对于一个小的功率范围，三个测量过程也可以是足够的。对每个测量过程，在开始前，影响参数80必须在一个可规划的公差带范围内是常数。如果边界参数不被自动检测，则必须附加地人工记录边界参数。测量点的顺序视设备的具体情况确定，例如考虑负载分配器的要求和/或设备的起动程序。

转子6与定子8之间径向间隙10的形状和间距的评估或备用评估，借助于当前特征值120与基准值的比较进行。利用该比较结果算出转子6和定子8之间径向间隙10的形状以及间距。在这里确定径向间隙10的平均值G、定子8相对于转子6轴12的偏移V以及定子8的变形O。此外，在评估或备用评估时，借助于径向间隙10的平均值、定子8相对于转子6轴12的偏移V以及定子8的变形O，分析径向间隙10的形状，看看随着时间的推移这些量的改变是否会对发电机的工作产生负面的作用。尤其要检验转子6与定子8之间的最小距离。当转子6与定子8之间的距离过小时，存在着在发电机2工作期间转子6擦掠定子8的危险，这会对发电机2造成严重的损伤。

若特征值120处于一预定的数值范围之内，则发电机2的工作不改变地继续进行。若反之，至少实时确定的特征值120之一偏离了预定的数值范围，则评估或备用评估的结果用信号通知给发电机2的使用者，以便使用者能对发电机2当时的状态变化作出反应。在备用评估时极限值的超越，有一个比当发电机2处于热稳定的第一种状态评估时的有效位(Stellenwert)少的有效位。借助于该备用评估应仅仅早期识别发电机2可能的状态改变。

实时检测的边界参数50、实时检测的影响参数80、实时检测的测量值100、实时确定的特征值120以及径向间隙10当前的平均值G、定子8相对于转子6轴12当前的偏移V、定子8当前的变形O和此测量周期另一些确定或检测的数据，均输入存储模块130，在那里为了记录的目的将这些量储存起来。在这里也检测对数据进行检测或确定的时刻。借助于存储模块130，将评估或备用评估的结果以及边界参数50、影响参数80、测量值100和特征值120随时间的变化过程按记录方式(Protokollform)进行处理，从而可以对检测和计算的量进行趋势分析和用图表表示。

在对检测或确定的量完成评估或备用评估后，在时刻t＝T中止此测量周期并开始一个新的测量周期。在本实施例中这是在30分钟后的情况。在发电机2工作过程中每30分钟按规律实施测量周期，以保证特别可靠地分析转子6与定子8之间的径向间隙10的形状以及转子6与定子8之间的距离，其中尤其检验转子6与定子8之间的最小距离。

因此，采用用于监测发电机2转子6与定子8之间的径向间隙10的设备128，可在发电机2工作时分析转子6与定子8之间径向间隙10的形状，以及可以监测转子6与定子8之间的最小距离。为此，只要发电机2处于热稳定的第一种状态或稳定但不均衡的第二种工作状态，就可以由发电机2当前的边界参数50、由发电机2当前的影响参数80和由径向间隙10当前的测量值100，确定径向间隙10的平均值G、定子8相对于转子6轴12当前的偏移V和定子8当前的变形O。由此可以早期识别和消除妨碍发电机2工作的发电机2的变化。从而特别可靠地保证发电机2无故障地工作。

Claims (25)

1.一种用于监测电机转子(6)与定子(8)之间径向间隙(10)的方法，其特征在于下列步骤：

a)在规定的不同工作状态下事先分别检测决定工作状态的影响参数(80)，进行基本测量，以及由此构成对于在各工作状态下正常适中的气隙几何结构的基本基准特征值；

b)在以后的工作期间，在沿电机圆周分布的多个测量点检测径向间隙(10)的大小以及检测当前工作状态的至少一个当前的影响参数(80)；

c)由步骤b)中获得的参数(100)、(80)构成当前特征值(120)，以及由步骤a)中获得的基本基准特征值构成当前基准特征值，该当前基准特征值与影响参数(80)为当前值时的正常气隙相对应；

d)将至少在步骤c)中获得的当前特征值(120)与相应的径向间隙当前基准特征值作比较；以及，当至少当前特征值(120)之一偏离基准特征值超过一个规定量时发出警告。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在电机的一个稳定和均衡的工作状态下记录下当前的测量值(100)。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：周期性检测当前测量值(100)和影响参数(80)，以及在每一个测量周期内既构成当前特征值(120)也构成相应的当前基准特征值。

4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于：至少下列电机工作参数之一作为影响参数(80)予以检测：

-在定子绕组内流动的电流(I_U、I_V、I_W)；

-在转子绕组内流动的电流(I_E)；

-流入定子的冷的冷却空气(L)的温度(T_LK)。

5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于：应用傅里叶数学分析方法对一些第一数学矢量进行分析，这些第一数学矢量分别对应于一个测量点并含有对于在定子与旋转的转子极之间气隙的当前测量值(100)；采用至少基于傅里叶分析算得的系数之一来构成至少另一个当前特征值；以及，通过相应地采用傅里叶分析方法对基本测量值作分析来获得相应的径向间隙基本基准特征值。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：采用通过傅里叶分析得到的对应于直流部分的第一个系数、对应于基波的第二个系数以及对应于第一谐波的第三个系数，来构成另一些当前特征值，其中，分别针对一个矢量算得的各第一个系数的平均值描述径向间隙(10)的平均尺寸，各第二个系数的平均值描述转子轴线相对于定子轴线的平均偏移(“转子偏心率”)，以及各第三个系数的平均值描述转子的平均变形(“转子的椭圆度”)。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：由已确定的特征值导出一个辅助特征值，它允许用来估算所述另一些当前特征值是否足够准确地描述了转子的变形。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：对于一些重要的辅助特征值，可由借助傅里叶分析获得的至少另一个系数构成至少一个需要特征值。

9.按照权利要求5至8之一所述的方法，其特征在于：采用傅里叶数学分析方法来分析具有分别对应于一个测量点的矢量分量的第二数学矢量，这些矢量分量分别含有对应于相应测量点的径向间隙(10)尺寸的平均值，在这里，由至少这些基于傅里叶分析算得的第二个系数，构成至少一个附加的当前特征值，以及，通过对分别属于一个测量点的平均的基本基准特征值相应地应用傅里叶分析，来获得径向间隙相应的当前基准特征值。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：附加的当前特征值由基于对第二矢量的傅里叶分析算出的第二和第三个系数构成。

11.按照权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于：在一个测量面(102)内记录径向间隙(10)的当前测量值(100)，此测量面的表面法线平行于转子(6)的轴(12)定向。

12.按照权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于：除了描述电机当前工作状态的影响参数(80)外，还至少检测一个边界参数(50)。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于：作为边界参数(50)至少检测下列参数之一：

-定子叠片铁芯的温度(T₁₆)；

-定子绕组的温度(T₁₈)；

-从定子流出的热的冷却空气温度(T_LW)；

-在进入定子绕组前冷的冷却水的温度(T_WK)；

-从定子绕组流出的热的冷却水温度(T_WW)；

-转子绕组温度；

-电机的无功功率；

-电机的有功功率。

14.按照权利要求12或13所述的方法，其特征在于：边界系数(50)被用于进一步分析当前特征值(120)。

15.按照权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于：至少记录每一次测量的当前测量值(100)、影响参数(80)和边界参数(50)以及所有通过一次测量确定的特征值(120)。

16.一种用于监测发电机(2)转子(6)与定子(8)之间径向间隙(10)的方法，其中，在发电机(2)的一个稳定和均衡的工作状态下按固定的时间间隔实施一个测量周期，在此测量周期中，

-检测发电机(2)当前的影响参数(80)，

-检测径向间隙(10)的当前测量值(100)和发电机(2)的当前边界参数(50)，

-由发电机(2)的当前边界参数(50)、发电机(2)的当前影响参数以及径向间隙(10)的当前测量值(100)，确定径向间隙(10)的当前特征值(120)，以及

-通过将径向间隙(10)的当前特征值(120)与由一些基本测量获得的基准值作比较，确定和评估径向间隙(10)的形状和在转子(6)与定子(8)之间的距离。

17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于：确定定子(8)相对于转子(6)的轴(12)的偏移(V)。

18.按照权利要求16或17所述的方法，其特征在于：确定定子(8)的变形(O)。

19.按照权利要求16至18之一所述的方法，其特征在于：作为发电机(2)的边界参数(50)，测定定子(8)不同位置的温度值(T₁₆、T₁₈、T_LW、T_WK、T_WW)、转子(6)绕组(14)的温度值(T₁₄)、发电机(2)的有功功率(P)和无功功率(Q)。

20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于：作为定子(8)不同位置的温度值(T₁₆、T₁₈、T_LW、T_WK、T_WW)，测定定子(8)叠片铁芯(16)的温度值(T₁₆)、定子(8)绕组(18)的温度值(T₁₈)、从定子(8)流出的热的冷却空气(L)的温度值(T_LW)、在进入定子(8)绕组(18)前为冷的冷却水(WK)的温度值(T_WK)以及从定子(8)绕组(18)流出后为热的冷却水(WW)的温度值(T_WW)。

21.按照权利要求16至20之一所述的方法，其特征在于：作为发电机(2)的当前影响参数(80)，检测定子(8)的电流(I)和电压(U)、转子(6)的励磁电流(I_E)和转速(N)以及流入定子(8)的冷的冷却空气(L)的温度(T_LK)。

22.按照权利要求1 6至21之一所述的方法，其特征在于：在一个测量面(102)内确定径向间隙(10)的当前测量值(100)，该测量面垂直于转子(6)的轴(12)。

23.按照权利要求16至22之一所述的方法，其特征在于：记录每个测量周期。

24.一种用于监测发电机(2)转子(6)与定子(8)之间的径向间隙(10)的设备(128)，其中，设有一些检测发电机(2)当前边界参数(50)、发电机(2)当前影响参数(80)和径向间隙(10)当前测量值(100)的传感器(52)，这些传感器(52)在数据技术上与一个根据发电机(2)当前边界参数(50)、发电机(2)当前影响参数(80)和径向间隙(10)的当前测量值(100)构成当前特征值(120)的处理模块(70)连接，此处理模块(70)在数据技术上连接在一分析模块(126)上，通过此分析模块(126)可控制一个测量周期，此测量周期用于分析径向间隙(10)的形状和监测转子(6)与定子(8)之间的距离。

25.按照权利要求24所述的设备，其特征在于：所述分析模块(126)包括一个存储模块(130)。

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