大型无刷励磁发电机转子温度测量

Ｖａｌｕｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　・１７・　大型无刷励磁发电机转子温度测量　Ｒｏｔｏｒ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　柳君玉Ｌｉｕ　Ｊｕｎｙｕ　（哈尔滨威克科技股份有限公司，哈尔滨１５００００）　Ｈａｒｂｉｎ　Ｗｅｉｋｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００００，Ｃｈｉｎａ　摘要：主要介绍了一种大型无刷励磁发电机组转子温度的测量方法。介绍了方法的原理和实现过程，该方法实现简单，对提高发电机的安全　运行水平，具有一定的参考意义。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｒｏｔｏｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｏｆ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｒｅｆｅｒａｂｌｅ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ，ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．　关键词：无刷励磁；转子温度；温度测量　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；ｒｏｔｏｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　中图分类号：ＴＭ３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４３１１（２０１０）０１—００１７—０２　１概述　发电机在工作时的高速转动及各种损耗会使其内部温度升高。　通常发电机的定子、转子绕阻都是采用一定绝缘等级的铜导线制　成的，其工作允许的最高温度值是有一定的限制的，如果超过温　度的规定值，绝缘材料的性能将下降，同时高温加速了绝缘材料　的老化，最终使绝缘材料击穿，使转子绕组、转子铁心或护环可　能被短路的电流烧坏。　所以，为了保证发电机的正常可靠工作，就必需对发电机转　子温度进行测量。　随着国家技术的发展，发电机的容量越来越大，常规火电百　万千瓦级同步发电机已经逐步推广，有的地方发电机容量更是达　到１７００ＭＷ以上，这样励磁电流的数值非常大。对于这样大的励　磁电流，在工程实践一般选择无刷励磁。但是在无刷励磁方式下，　图１补偿电路　无法直接测量发电机的转子电流和电压，从而导致发电机转子温　度的测量变的非常困难。　ｆ　Ｒ３＋　Ｒ３　这里选用非接触式的红外测温方法，可以较准确地测量转子　Ｕｉ（Ｓ）一１～　：一ＲＩ（１＋—ｓＣ１１　Ｒ１的温度，但是由于红外热敏器件速度特性的衰减和发电机在工作　日寸的电磁干扰，影响了红外热敏器件的测量精度。　下面针对红外热敏器件速度特性的衰减和电磁干扰加以分析　并予以解决。　２频率速度特性的补偿　２．１分级补偿　由于红外热敏器件本身特性，随着被测物运行速度的增大，　其输出逐渐衰减。　为了降低速度变化对输出的影响，保证探测器的精确度，需　要进行补偿。　．　由于受电子器件的特性影响决定了单级补偿有固定的补偿范　围，补偿宽度有限，单级补偿无论怎样调整，其输出的速度关系　仍然是非线性的，输出电压随着速度的增加而减小，无法做到线　性无衰减，也就是说随着速度的增加信噪比也在逐渐减小，为了　解决这一问题采用了多级微分补偿法。　分级补偿法就是在三级运算放大器上分别进行补偿，就是使　放大器为较宽范围的非线性放大器，以便更好的补偿红外热敏器　件的衰减。　下面选取其中一路的放大电路的补偿电路为例进行分析说明，　如图１所示：　根据结点电流原理，得到微分方程组－　ｌ　＝　｛Ｉ　ｃ　＝　盟　可知输出电压ｕｏ与电容两端电压的微分大小成正比，将此方　，＝　程组求解，并进行拉斯变换：　篡　・１８・　价值工程　，、，、　，，　、、　／　、　，　、、　、　ｌ　、　／　８…，　一＝　订　∑　二　　，－ｒ　、　、　、　，　，　、　，、，　　，　、　、　、　，　，　０ｔ，、、、，，　、　，、，　　２　图２三角波函数　，　　一、￣，　一丁一　Ｓ　ｎ—　丌一　Ｘ一　＝　图３速度波形补偿前后对比　把它展开成傅立叶级数：　ａ　Ｏ　ｂ　＝一２ｔ　０　｝ｘＪ』　　ｔ　ｓｉｎｎ￣ｔ　蔓ｄｘ＋　２（Ｊ　ｔｔ／２　　Ｌ－ｘ）ｓｉｎ　ｔ　ｄｘ】Ｊ　４：　发电机的转速大多都是３０００转／分钟，有些发电机的转速比　较低，但是无论转速是多少，５０Ｈｚ的交流电输出频率是不变的，　就是说励磁线圈经过红外热敏器件镜头前方的频率始终是固定的　５０Ｈｚ。　（１－ｃｏｓｎ￣ｒ）ｓｉ　１０　（．１　，　在公式（１）中令０Ｊ１－旦，【｜）　为基频，则公式（１）Ｙ．＝－７表示　为：　ｒ　Ｌ∞—所以在ＯｓＸ　ｔ（ｔ为半周期），有　ｆ（ｘ）　－ｌ　　ｆ（ｘｊ　＝　上　ｓｉｎ旦　：　（　ｉｎ　一寺ｓ　［ｘ＋吉　ｊｎ５ｗ　ｘ　（２）　（｝　孚一｝ｓｉｎ　＋｝ｓｉｎ丁５０Ｔｘ一．）　下面分析取不同级数的项带来的误差：　（　）　公式（２）的第七项为：—　（一南　ｎ（１）・ｘ），其中１３（ｏ　为基频　只取第一项ｆ（ｘ）—　８　ｓｉｎ＿ｌＩＴ—ｆｘ，的１３倍。基频为５０Ｈｚ时，１３倍的基频就是６５０Ｈｚ，因此只要选　在ｘ＝　ｔ中心点的最大值ｆ　择稍大于６５０Ｈｚ的带宽就可以即实现大于９８％的精度，同时噪声　也不会被放的很大。　经过对发电机转子温度的测量实验，如图３。　补偿前输出接近三角波，存在很大衰减，在经过速度补偿并　选择６５０Ｈｚ带宽后的输出波形接近方波，较好地反映了转子的真　实温度。　３电磁干扰的解决　由于发电机的工作是基于切割磁力线变化的原理，存在着电　同理取前三项　有ｆ（皇）　０．９３２　磁辐射，同时发电机外围工作的附属电路无时不刻辐射出电磁波，　电磁干扰不可避免。　取前四项　・　－有ｆ（　一）　ｏ．９５１　为了解决干扰问题，红外热敏器件采用金属导体作为外壳进　行电磁屏蔽，同时选用光纤进行传输电压信号。避免了信号在工　作和传输过程中不受电磁波的干扰。　取前七项　…　有ｆ（　）　０．９８　４结语　选用非接触式的红外热敏器件的测温方法，在选用合适的带　由此可以看出随着所取项数的增加，输出值离理想值越来越　隹确地测量转子的温　接近，在实际的设计中由于考虑噪声的影响，带宽不可能做得很　宽、速度补偿、屏蔽及光纤传输后，可以较；（争）＝鲁　８１　取前两项ｆ（ｘ）＝—　（　１　ｓｉｎ旱一　ｓｉｎ　ｒＴ『ｆＸ）－　有ｆ（争）＝鲁（　ｓｉｎ　＂ｉＴ一　１　ｓｉｎ≥）一ｏ．９　　大，过大的带宽产生的副作用是把噪声和高频干扰同时放大了，　度。参考文献：　反而影响到输出的准确性，而且随着项数的增加，对输出值的影　【１］任鹏辉．核电站无刷励磁式百万级发电机转子温度的测量方法综述　响已经越来越不明显，所以取到前七项已经足够了。那么究竟应　［Ｊ］．电力建设，２００７（１）：５５—５６．　该选取多大的带宽才能真实反映电机转子每组励磁线圈温度的变　［２】郑龙泰，杨洪发，马贤好．无刷励磁型汽轮发电机转子绕组温度监　化呢，７　视方法探讨ｌ　Ｊ１．大电机技术，２０００（１）．１—４．