專利名稱：一種交流發(fā)電機(jī)氣隙磁場檢測裝置及在交流發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和控制方法的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流發(fā)電機(jī)氣隙磁場檢測裝置及應(yīng)用，尤其涉及在線檢測發(fā)電機(jī)的氣 隙磁場以及將檢測的結(jié)果應(yīng)用于發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測和發(fā)電機(jī)的控制。
背景技術(shù)：
目前，交流發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測對(duì)象包括電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)、局部放 電等，通過對(duì)這些變量的檢測可滿足發(fā)電機(jī)的保護(hù)和控制的基本要求。但隨著現(xiàn)代發(fā)電機(jī) 容量的增大，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性提出了更高的要求，對(duì)發(fā)電機(jī)的保護(hù)和控制也提出了 更高的要求。目前對(duì)發(fā)電機(jī)的檢測總的來說是將發(fā)電機(jī)作為一個(gè)整體來觀察，缺乏對(duì)發(fā)電 機(jī)內(nèi)部更精細(xì)的監(jiān)測，在發(fā)電機(jī)的早期故障監(jiān)測和精確控制方面都存在不足。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電機(jī)氣隙磁場檢測裝置，可實(shí)現(xiàn)從發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁場層 面上監(jiān)視發(fā)電機(jī)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)故障的早期監(jiān)測；發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)可依據(jù)氣隙磁場 的檢測提高對(duì)發(fā)電機(jī)的控制水平。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種交流發(fā)電機(jī)氣隙磁場檢測裝置包括安裝于交流發(fā)電機(jī)的定子上的檢測線圈， 檢測線圈包圍定子內(nèi)表面的一個(gè)區(qū)域，檢測線圈的感應(yīng)電壓與檢測線圈所包圍區(qū)域的氣隙 磁場的強(qiáng)度、氣隙磁場的分布情況、氣隙磁場的變化相關(guān)；
檢測裝置還包括信號(hào)檢測處理電路，信號(hào)檢測處理電路與檢測線圈連接，信號(hào)檢 測處理電路可檢測和處理檢測線圈的感應(yīng)電壓；
信號(hào)檢測處理電路或檢測處理檢測線圈的感應(yīng)電壓的基波，或檢測處理檢測線圈 的感應(yīng)電壓的諧波，或檢測和對(duì)比不同檢測線圈的感應(yīng)電壓，檢測處理的結(jié)果可用于發(fā)電 機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，或用于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行控制。
可對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)的每個(gè)極相組各安裝1個(gè)檢測線圈；或?qū)?yīng)發(fā)電機(jī)的部分極相組各 安裝1個(gè)檢測線圈；
可對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)的每個(gè)極相組各安裝2個(gè)檢測線圈，或?qū)?yīng)發(fā)電機(jī)的部分極相組各 安裝2個(gè)檢測線圈，2個(gè)檢測線圈對(duì)稱布置在定子的兩端；
檢測線圈的節(jié)距可接近所述交流發(fā)電機(jī)的極距，或接近所述交流發(fā)電機(jī)的極距的 一半；各檢測線圈匝數(shù)相等。
可使檢測線圈的中軸線與定子繞組的極相組的中軸線重合；
可使檢測線圈在定子圓周上均勻分布；
檢測線圈可沿發(fā)電機(jī)的定子槽、定子的端部安裝；或沿定子槽、定子冷卻風(fēng)道安 裝；或沿定子槽、定子冷卻風(fēng)道、定子端部安裝；檢測線圈可固定在定子槽中，也可固定在 定子槽的槽口；
一種交流發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測裝置包括檢測線圈和信號(hào)檢測處理電路，信號(hào)檢測處 理電路或檢測處理檢測線圈的感應(yīng)電壓的基波，或檢測處理檢測線圈的感應(yīng)電壓的諧波， 或檢測和對(duì)比不同檢測線圈的感應(yīng)電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電壓出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或保 護(hù)信號(hào)。
當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組出現(xiàn)短路、斷路、接地故障時(shí)，信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng) 電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧波的變化，或檢測到不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì) 變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)短路、斷路、接地故障時(shí)，信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng) 電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧波的變化，或檢測到不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì) 變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
當(dāng)發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間同心度出現(xiàn)變化時(shí)，信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電 壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧波的變化，或檢測到不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變 化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
當(dāng)發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間出現(xiàn)軸向相對(duì)位移時(shí)，信號(hào)檢測處理電路檢測到安裝在 定子兩端的檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁故障時(shí)，信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或 檢測到感應(yīng)電壓諧波的變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測 到感應(yīng)電壓諧波的變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
當(dāng)發(fā)電機(jī)外部發(fā)生短路或斷路故障時(shí)，信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波 的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧波的變化，或檢測到各相感應(yīng)電壓的相對(duì)變化，發(fā)出報(bào)警或保 護(hù)信號(hào)。
一種交流發(fā)電機(jī)的控制裝置包括檢測線圈和信號(hào)檢測處理電路，信號(hào)檢測處理電 路可對(duì)檢測線圈的感應(yīng)電壓進(jìn)行檢測和處理，檢測和處理的結(jié)果可用于發(fā)電機(jī)的控制。
控制裝置還包括交流發(fā)電機(jī)的控制電路，所述控制電路可將檢測線圈的感應(yīng)電壓 作為輸入量，或用于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁的控制，或用于發(fā)電機(jī)的功角的測量和控制，或用于發(fā)電 機(jī)的電磁功率的計(jì)算，或用于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。


圖1氣隙磁場檢測裝置及在交流發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測和控制方面應(yīng)用的原理示意 圖，
圖2檢測線圈在發(fā)電機(jī)定子槽(成型繞組)中安裝的原理示意圖
圖3檢測線圈在發(fā)電機(jī)定子槽(散嵌繞組)中安裝的原理示意圖
圖4 二極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。
圖5四極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。
圖6六極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。
圖7八極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。
圖8檢測線圈沿發(fā)電機(jī)定子槽、定子端部安裝的原理示意圖。
圖9檢測線圈沿發(fā)電機(jī)定子槽、定子通風(fēng)道安裝的原理示意圖。
圖10檢測線圈沿發(fā)電機(jī)定子槽、定子通風(fēng)道、定子端部安裝的原理示意圖。
圖11發(fā)電機(jī)定子繞組短路、斷路、接地故障檢測原理示意圖。
圖12發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路、斷路、接地故障檢測原理示意圖。
圖13發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子不同心故障檢測原理示意圖。
圖14發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位移檢測原理示意圖。
圖15發(fā)電機(jī)過載、失磁故障檢測原理示意圖。
圖16發(fā)電機(jī)外部短路、斷路故障檢測原理示意圖。
圖17磁場檢測裝置用于發(fā)電機(jī)控制的原理示意圖。
圖18 —個(gè)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和系統(tǒng)控制的實(shí)施例。
在交流發(fā)電機(jī)中，主磁場是旋轉(zhuǎn)磁場，其磁密波沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，并以 同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)磁場與整距線圈交鏈的磁通量稱為主磁通，即氣隙磁通，用Φπι表 示。在交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部設(shè)一檢測線圈，將其嵌放在定子槽中，設(shè)檢測線圈中的感應(yīng)電壓為 ^!，則to = 4. 44ΠΚ Φπι, f是發(fā)電機(jī)的頻率，W是檢測線圈的匝數(shù)，Kw是檢測線圈的繞組 系數(shù)。Um的大小反映了檢測線圈所處區(qū)域的旋轉(zhuǎn)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱。
本發(fā)明的交流發(fā)電機(jī)磁場檢測裝置正是利用檢測線圈的感應(yīng)電壓與旋轉(zhuǎn)磁場的 磁感應(yīng)強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由檢測處理電路對(duì)檢測線圈的感應(yīng)電壓進(jìn)行檢測和處理，在發(fā)電 機(jī)出現(xiàn)定子繞組短路、定子繞組斷路、定子繞組接地、轉(zhuǎn)子繞組短路、轉(zhuǎn)子繞組斷路、轉(zhuǎn)子繞 組接地、定轉(zhuǎn)子不同心、定轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位移、失磁、過載、外部短路、外部斷路等故障時(shí)，或 檢測到檢測線圈感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測到檢測線圈感應(yīng)電壓諧波的變化，或檢測到 檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化，從而發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的故障；檢測線圈感應(yīng)電壓的幅值、頻率、 相位等參數(shù)還可用于發(fā)電機(jī)的控制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣隙磁場檢測裝置及在交流發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測和控制方面 應(yīng)用的原理示意圖。在交流發(fā)電機(jī)1的定子槽中嵌放檢測線圈7，檢測線圈7的感應(yīng)電壓送 信號(hào)檢測處理電路9，利用檢測線圈7的感應(yīng)電壓與發(fā)電機(jī)1的氣隙磁場的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由信 號(hào)檢測處理電路9對(duì)發(fā)電機(jī)1的氣隙磁場的狀況進(jìn)行檢測和處理，檢測處理的結(jié)果送狀態(tài) 監(jiān)測電路10進(jìn)行判斷，當(dāng)氣隙磁場出現(xiàn)異常時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測電路10將發(fā)出報(bào)警信號(hào)或跳閘信 號(hào)；檢測處理的結(jié)果還可送發(fā)電機(jī)控制電路11，作為發(fā)電機(jī)控制的輸入變量參加發(fā)電機(jī)的 控制。
圖2是檢測線圈在發(fā)電機(jī)定子槽(成型繞組)中安裝的原理示意圖，圖中2是定 子，3是定子槽，4是定子繞組，5是槽楔，6是絕緣墊片，7是檢測線圈。檢測線圈位于槽楔5 的下面。
圖3是檢測線圈在發(fā)電機(jī)定子槽(散嵌繞組)中安裝的原理示意圖，圖中2是定 子，3是定子槽，4是定子繞組，5是槽楔，7是檢測線圈。檢測線圈7與發(fā)電機(jī)的定子繞組4 嵌放在一起。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的二極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。圖如是發(fā)電機(jī)的 定子繞組A相的展開圖，發(fā)電機(jī)為2極、72槽，線圈節(jié)距為30，每相兩分支，A和X為A相繞 組的引出端，Al和A2是A相的2個(gè)極相組。圖4b為檢測線圈的展開圖，對(duì)應(yīng)A相繞組嵌放 2個(gè)檢測線圈，兩個(gè)檢測線圈al、a2對(duì)應(yīng)2個(gè)極相組Al、A2，檢測線圈與對(duì)應(yīng)極相組同軸； 檢測線圈bl、b2和cl、c2分別對(duì)應(yīng)B相和C相繞組；檢測線圈節(jié)距為17，檢測線圈匝數(shù)相等；三相檢測線圈連接成星形，星點(diǎn)為O，從ao、bo、C0可得到三相感應(yīng)電壓值；將檢測線圈 al與a2、bl與b2、cl與c2分別按電壓相減的方向連接，從U0、V0、W0可得到三個(gè)感應(yīng)電壓差值。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的四極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。圖fe是發(fā)電機(jī)的 定子繞組A相的展開圖，發(fā)電機(jī)為4極、72槽，線圈節(jié)距為15，每相四分支，A和X為定子繞 組的引出端，Al、A2、A3、A4是A相的4個(gè)極相組。圖恥為檢測線圈的展開圖，對(duì)應(yīng)A相繞 組嵌放2個(gè)檢測線圈，兩個(gè)檢測線圈al、a2對(duì)應(yīng)2個(gè)極相組A1、A3，檢測線圈與對(duì)應(yīng)的極相 組同軸；檢測線圈bl、l32和cl、c2分別對(duì)應(yīng)B相和C相繞組；檢測線圈節(jié)距為18，檢測線圈 匝數(shù)相等；三相檢測線圈連接成星形，星點(diǎn)為0，從ao、bo、C0可得到三相感應(yīng)電壓值；將檢 測線圈al與a2、bl與b2、cl與c2分別按電壓相減的方向連接，從uo、no、WO可得到三個(gè) 感應(yīng)電壓差值。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的六極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。圖6a是發(fā)電機(jī)的定 子繞組A相的展開圖，發(fā)電機(jī)為6極、72槽，線圈節(jié)距為11，每相兩分支，A和X為定子繞組 的引出端，Al、A2、A3、A4、A5、A6是A相的6個(gè)極相組。圖6b為檢測線圈的展開圖，對(duì)應(yīng)A 相繞組嵌放6個(gè)檢測線圈，6個(gè)檢測線圈al、a2、a3、a4、a5、a6對(duì)應(yīng)6個(gè)極相組Al、A2、A3、 A4、A5、A6，檢測線圈組與對(duì)應(yīng)的極相組同軸；檢測線圈節(jié)距為12，檢測線圈匝數(shù)相等；三相 檢測線圈連接成星形，星點(diǎn)為O，從ao可得到A相檢測線圈感應(yīng)電壓值；將檢測線圈al與 a4、a2與a5、a3與a6分別按電壓相減的方向連接，從ul0、u2o、u3o三端可得到三個(gè)A相感 應(yīng)電壓差值。按相同的規(guī)律安裝B相和C相的檢測線圈，可得到B相和C相的感應(yīng)電壓和 感應(yīng)電壓的差值。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的八極發(fā)電機(jī)的檢測線圈安裝原理示意圖。圖7a是發(fā)電機(jī)的 定子繞組A相的展開圖，發(fā)電機(jī)為8極、72槽，線圈節(jié)距為8，每相四分支，A和X為定子繞組 的引出端，Al A8是A相的8個(gè)極相組。圖7b為檢測線圈的展開圖，對(duì)應(yīng)A相繞組嵌放8 個(gè)檢測線圈，8個(gè)檢測線圈al a8對(duì)應(yīng)8個(gè)極相組Al A8，檢測線圈與對(duì)應(yīng)的極相組同 軸；檢測線圈節(jié)距為8，檢測線圈匝數(shù)相等；三相檢測線圈連接成星形，星點(diǎn)為0，從a-lo a-8o端可得到A相檢測線圈感應(yīng)電壓值，a-Ι a-8端電壓相對(duì)ο端電壓同相位；從a_l與 a-5、a_2與a-6、a_3與a-7、a_4與a_8分別得到四組感應(yīng)電壓差值。按相同的規(guī)律安裝B 相和C相的檢測線圈，可得到B相和C相的感應(yīng)電壓差值。
圖8是檢測線圈沿發(fā)電機(jī)定子槽、定子端部安裝的原理示意圖。檢測線圈7沿定 子槽3和定子2端部安裝，包圍區(qū)域長度為定子2全長，寬度為接近發(fā)電機(jī)定子繞組4的節(jié) 距，或接近發(fā)電機(jī)定子繞組4節(jié)距的一半。
圖9是檢測線圈沿發(fā)電機(jī)定子槽、定子通風(fēng)道安裝的原理示意圖。檢測線圈7沿 定子槽3和定子通風(fēng)道8安裝，包圍區(qū)域長度為定子鐵芯2長度的一部分，寬度為接近發(fā)電 機(jī)定子繞組4的節(jié)距，或接近發(fā)電機(jī)定子繞組4節(jié)距的一半。
圖10是檢測線圈沿發(fā)電機(jī)定子槽、定子通風(fēng)道、定子端部安裝的原理示意圖。對(duì) 應(yīng)定子繞組4的一個(gè)極相組安裝兩個(gè)檢測線圈7，兩個(gè)檢測線圈7位于定子2的兩端，兩個(gè) 檢測線圈7均與發(fā)電機(jī)的1個(gè)極相組同軸；檢測線圈7沿定子槽2、定子通風(fēng)道8、定子端部 固定，包圍分別位于定子2兩端的兩個(gè)對(duì)稱區(qū)域；檢測線圈的寬度為接近發(fā)電機(jī)定子繞組4 的節(jié)距，或接近發(fā)電機(jī)定子繞組4節(jié)距的一半。
圖11是發(fā)電機(jī)定子繞組短路、斷路、接地故障檢測原理示意圖。發(fā)電機(jī)定子繞組 短路、斷路、接地故障可以通過檢測線圈感應(yīng)電壓基波的變化、諧波的變化、不同檢測線圈 感應(yīng)電壓相對(duì)變化發(fā)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組出現(xiàn)短路、斷路或接地故障時(shí)，問題繞組對(duì)應(yīng)區(qū) 域的氣隙磁場發(fā)生變化，通過對(duì)檢測線圈的感應(yīng)電壓幅值的監(jiān)視，可發(fā)現(xiàn)定子繞組的短路、 斷路、接地故障；通過對(duì)不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化的監(jiān)視可發(fā)現(xiàn)定子繞組的短路、 斷路、接地故障；通過將對(duì)應(yīng)同相定子繞組的兩個(gè)檢測線圈按電壓相減的方向串接，監(jiān)視兩 個(gè)檢測線圈感應(yīng)電壓的差值的變化，也可以發(fā)現(xiàn)定子繞組短路、斷路、接地故障；定子繞組 短路、斷路、接地故障有一個(gè)產(chǎn)生和發(fā)展的過程，發(fā)展的過程是一個(gè)不穩(wěn)定期，伴隨著火花 和電弧，對(duì)檢測線圈感應(yīng)電壓的基波和諧波的實(shí)時(shí)跟蹤分析，可能早期發(fā)現(xiàn)定子繞組的短 路或斷路、接地故障。
圖12是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路、斷路、接地故障檢測原理示意圖。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組 短路、斷路、接地故障可以通過檢測線圈基波的變化、諧波的變化、不同檢測線圈感應(yīng)電壓 相對(duì)變化發(fā)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子繞組的短路、斷路、接地會(huì)造成檢測線圈感應(yīng)電壓的變化，隨著轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組正常部分和故障部分會(huì)周期性面對(duì)各個(gè)檢測線圈，檢測線圈感應(yīng)電壓將出 現(xiàn)周期性變化，通過監(jiān)視檢測線圈感應(yīng)電壓幅值的這種周期性變化，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組短 路、斷路、接地故障；通過將兩個(gè)檢測線圈按電壓相減的方向串接，監(jiān)視兩個(gè)檢測線圈的感 應(yīng)電壓的差值，也可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組短路、斷路、接地故障；檢測線圈感應(yīng)電壓的周期性變 化也可通過對(duì)檢測線圈感應(yīng)電壓的諧波分析發(fā)現(xiàn)；轉(zhuǎn)子繞組短路、斷路、接地故障有一個(gè)產(chǎn) 生和發(fā)展的過程，發(fā)展的過程是一個(gè)不穩(wěn)定期，伴隨著火花和電弧，對(duì)檢測線圈感應(yīng)電壓的 基波和諧波的實(shí)時(shí)跟蹤分析，可能早期發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組的短路、斷路、接地故障。
圖13是發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子不同心故障檢測原理示意圖。發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子不同心故障可 以通過檢測線圈基波的變化、諧波的變化、不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化發(fā)現(xiàn)。定轉(zhuǎn) 子不同心會(huì)造成氣隙磁場的變化，導(dǎo)致檢測線圈感應(yīng)電壓的變化，通過對(duì)檢測線圈的感應(yīng) 電壓幅值的監(jiān)視，可發(fā)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子不同心故障；通過對(duì)不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化的 監(jiān)視可發(fā)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子不同心故障；通過將兩個(gè)檢測線圈按電壓相減的方向串接，監(jiān)視兩個(gè)檢 測線圈感應(yīng)電壓的差值的變化，也可以發(fā)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子不同心故障；針對(duì)動(dòng)偏心，檢測線圈感應(yīng) 電壓的周期性變化也可通過對(duì)檢測線圈感應(yīng)電壓的諧波的分析發(fā)現(xiàn)；定轉(zhuǎn)子不同心時(shí)，由 于氣隙圓周的氣隙長度會(huì)發(fā)生變化，檢測線圈對(duì)應(yīng)區(qū)域氣隙長度的變化導(dǎo)致槽諧波發(fā)生變 化，對(duì)檢測線圈感應(yīng)電壓的槽諧波的進(jìn)行監(jiān)視，可發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子偏心程度的變化。
圖14是發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位移檢測原理示意圖。定轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位移檢測 需參考圖10。定轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位移將導(dǎo)致位于定子兩端的檢測線圈所包圍的區(qū)域的氣隙磁 通發(fā)生相對(duì)變化，通過對(duì)位于定子鐵芯的兩端的兩個(gè)檢測線圈感應(yīng)電壓差值的檢測，可以 監(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位移。
圖15是發(fā)電機(jī)過載、失磁故障檢測原理示意圖。發(fā)電機(jī)過載、失磁將導(dǎo)致氣隙磁 場發(fā)生變化，監(jiān)測檢測線圈感應(yīng)電壓的變化，可發(fā)現(xiàn)過載和失磁故障。
圖16是發(fā)電機(jī)外部短路、斷路故障檢測原理示意圖。發(fā)電機(jī)出現(xiàn)外部短路、斷路 故障，將導(dǎo)致檢測線圈感應(yīng)電壓的變化，監(jiān)視檢測線圈感應(yīng)電壓的變化，可發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)外部 短路、斷路故障；發(fā)電機(jī)外部短路、斷路故障為非對(duì)稱故障時(shí)，將導(dǎo)致各相檢測線圈感應(yīng)電 壓不平衡，監(jiān)測各相檢測線圈感應(yīng)電壓的不平衡程度，可發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)外部短路、斷路故障。
圖17是磁場檢測裝置用于發(fā)電機(jī)控制的原理示意圖。可將對(duì)應(yīng)各相定子繞組的 檢測線圈感應(yīng)電壓的幅值、頻率和相位作為輸入量，用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的控制，或用于功角的 測量和控制，或用于電磁功率的計(jì)算，或用于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。具體實(shí)施例
圖18是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和系統(tǒng)控制的實(shí)施例。通過對(duì)檢測線圈感 應(yīng)電壓的基波、諧波的分析和對(duì)不同檢測線圈感應(yīng)電壓的對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)交流發(fā)電機(jī)的定 子繞組短路、定子繞組斷路、定子繞組接地、轉(zhuǎn)子繞組短路、轉(zhuǎn)子繞組斷路、轉(zhuǎn)子繞組接地、 定轉(zhuǎn)子不同心、定轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位移、失磁、過載、外部短路、外部斷路等故障的判斷；同時(shí)， 將檢測線圈感應(yīng)電壓送發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，參加發(fā)電機(jī)的控制。
利用設(shè)置在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的檢測線圈監(jiān)視發(fā)電機(jī)氣隙磁場的變化，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行狀 態(tài)監(jiān)測，以及用于發(fā)電機(jī)的控制，給發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測和控制帶來了新的手段和效果，可依 據(jù)發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁場強(qiáng)度、形狀、分布和狀態(tài)，更深入地進(jìn)行發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，早期發(fā)現(xiàn)問 題，及時(shí)處理，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高運(yùn)行可靠性；在發(fā)電機(jī)的控制方面，也利于進(jìn)行更精細(xì)的 控制，控制發(fā)電機(jī)處于更合理、更安全、更高效的運(yùn)行狀態(tài)。
1、檢測發(fā)電機(jī)的氣隙磁場，不同于檢測發(fā)電機(jī)的槽漏磁場，檢測線圈的信號(hào)強(qiáng)，諧 波成份小，信號(hào)穩(wěn)定，有利于狀態(tài)監(jiān)測和用于發(fā)電機(jī)的控制。
2、利用定子槽、定子冷卻通風(fēng)道安裝檢測線圈，不影響發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)，不對(duì)發(fā) 電機(jī)的性能造成任何影響，不影響發(fā)電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)，安裝方便，既可應(yīng)用于新制發(fā)電機(jī)， 又可應(yīng)用于已投運(yùn)的發(fā)電機(jī)。
3、利用檢測線圈檢測氣隙磁場，合理選擇檢測線圈的節(jié)距和檢測線圈的軸向長 度，可使檢測線圈的感應(yīng)電壓處于合適范圍，便于信號(hào)檢測處理電路的檢測和處理。
4、利用磁場對(duì)稱性檢測發(fā)電機(jī)定子繞組的短路、斷路、接地故障，靈敏度高，可早 期發(fā)現(xiàn)故障；對(duì)于極數(shù)多的發(fā)電機(jī)，可對(duì)應(yīng)各個(gè)極相組安裝檢測線圈，進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn) 問題繞組；與目前采用的定子繞組裂相橫差保護(hù)法相比，靈敏度高，成本低，定位清晰。
5、利用氣隙磁場監(jiān)視轉(zhuǎn)子繞組短路、斷路、接地故障，既可以利用磁場對(duì)稱性進(jìn)行 判斷，又可以利用磁場畸變帶來的諧波進(jìn)行判斷，可在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中進(jìn)行在線監(jiān)測，靈 敏度高，實(shí)用性強(qiáng)。
6、利用氣隙磁場監(jiān)視轉(zhuǎn)子偏心故障，既可利用磁場對(duì)稱性進(jìn)行判斷，又可利用槽 諧波的變化進(jìn)行判斷，有利于發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；若沿發(fā)電機(jī)的軸向多設(shè)幾組檢測線 圈，可觀察各段的氣隙均勻情況，更好地判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
7、對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)等立式安裝設(shè)備，可利用氣隙磁場監(jiān)視轉(zhuǎn)子軸向位移，利于相 關(guān)問題的發(fā)現(xiàn)和處理。
8、可利用氣隙磁場進(jìn)行發(fā)電機(jī)的失磁監(jiān)測；也可利用氣隙磁場進(jìn)行發(fā)電機(jī)的過載 監(jiān)測；還可利用氣隙磁場進(jìn)行發(fā)電機(jī)的外部故障監(jiān)測。
9、將氣隙磁場數(shù)據(jù)用于發(fā)電機(jī)的控制，將發(fā)電機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度控制在合適的范 圍，減小損耗，提高運(yùn)行效率；利用氣隙磁場測量和控制功角，利于發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明的交流發(fā)電機(jī)氣隙磁場檢測裝置的檢測線圈安裝位置不限于定子槽、定子 通風(fēng)道，例如可設(shè)法固定在定子鐵心內(nèi)表面；檢測線圈在定子槽中也不限于槽楔下，例如可安裝在槽的底部，或固定在槽口處；檢測線圈的匝數(shù)也不限于1匝，可以根據(jù)感應(yīng)電壓的大 小確定合適匝數(shù)；檢測線圈的布置方式不局限于前述的數(shù)種，針對(duì)不同極數(shù)、槽數(shù)、結(jié)構(gòu)的 發(fā)電機(jī)可以采用不同的布置方式，不同的檢測方案；氣隙磁場的監(jiān)測也不僅限于利用檢測 線圈，可利用其他磁場檢測元件或裝置；只要是檢測交流發(fā)電機(jī)氣隙磁場，利用電子裝置對(duì) 氣隙磁場進(jìn)行檢測和處理，檢測和處理的結(jié)果用于發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測和發(fā)電機(jī)的控制，均 屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種交流發(fā)電機(jī)氣隙磁場檢測裝置，其特征是所述檢測裝置包括安裝于交流發(fā)電機(jī)(1)的定子(2)上的檢測線圈(7)，檢測線圈(7) 包圍定子O)內(nèi)表面的一個(gè)區(qū)域，檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓與檢測線圈(7)所包圍區(qū)域的 氣隙磁場的強(qiáng)度、氣隙磁場的分布情況、氣隙磁場的變化相關(guān)；所述檢測裝置還包括信號(hào)檢測處理電路(9)，信號(hào)檢測處理電路(9)與檢測線圈(7)連 接，信號(hào)檢測處理電路(9)可檢測和處理檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓；信號(hào)檢測處理電路(9)或者檢測處理檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓的基波，或者檢測處理 檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓的諧波，或者檢測和對(duì)比不同檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓，檢測處理 的結(jié)果可用于發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，或用于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征是對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)的每個(gè)極相組各安裝1個(gè) 檢測線圈；或?qū)?yīng)發(fā)電機(jī)的部分極相組各安裝1個(gè)檢測線圈；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征是對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)的每個(gè)極相組各安裝2個(gè) 檢測線圈；或?qū)?yīng)發(fā)電機(jī)的部分極相組各安裝2個(gè)檢測線圈；所述2個(gè)檢測線圈對(duì)稱布置 在定子的兩端；
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的檢測裝置，其特征是所述檢測線圈的節(jié)距接近所述交流 發(fā)電機(jī)的極距，或接近所述交流發(fā)電機(jī)的極距的一半；各檢測線圈匝數(shù)相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的檢測裝置，其特征是檢測線圈的中軸線與定子繞組的極 相組的中軸線重合；
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的檢測裝置，其特征是所述檢測線圈在定子圓周上均勻分布；
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的檢測裝置，其特征是所述檢測線圈沿發(fā)電機(jī)的定子槽、定 子的端部安裝；或沿定子槽、定子冷卻風(fēng)道安裝；或沿定子槽、定子冷卻風(fēng)道、定子端部安 裝；檢測線圈可固定在定子槽中，也可固定在定子槽的槽口 ；
8.一種交流發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是所述狀態(tài)監(jiān)測裝置包括檢測線圈(7) 和信號(hào)檢測處理電路(9)，信號(hào)檢測處理電路(9)或者檢測處理檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓的 基波，或者檢測處理檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓的諧波，或者檢測和對(duì)比不同檢測線圈(7)的 感應(yīng)電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電壓出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或保護(hù)信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組出現(xiàn)短路、斷 路、接地故障時(shí)，所述信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓 諧波的變化，或檢測到不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)短路、斷 路、接地故障時(shí)，所述信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)<電壓 諧波的變化，或檢測到不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是當(dāng)發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間同心度 出現(xiàn)變化時(shí)，所述信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧 波的變化，或檢測到不同檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì)變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是當(dāng)發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間出現(xiàn)軸 向相對(duì)位移時(shí)，所述信號(hào)檢測處理電路檢測到安裝在定子兩端的檢測線圈感應(yīng)電壓的相對(duì) 變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁故障時(shí)，所述 信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧波的變化，發(fā)出報(bào) 警或保護(hù)信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，所述信號(hào) 檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧波的變化，發(fā)出報(bào)警或 保護(hù)信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是當(dāng)發(fā)電機(jī)外部發(fā)生短路或斷路故 障時(shí)，所述信號(hào)檢測處理電路或檢測到感應(yīng)電壓基波的變化，或檢測到感應(yīng)電壓諧波的變 化，或檢測到各相感應(yīng)電壓的相對(duì)變化，發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)
16.一種交流發(fā)電機(jī)的控制裝置，其特征是所述控制裝置包括檢測線圈(7)和信號(hào)檢 測處理電路(9)，信號(hào)檢測處理電路(9)可對(duì)檢測線圈(7)的感應(yīng)電壓進(jìn)行檢測和處理，檢 測和處理的結(jié)果可用于發(fā)電機(jī)的控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制裝置，其特征是所述控制裝置還包括交流發(fā)電機(jī)(1) 的控制電路，所述控制電路可將檢測線圈的感應(yīng)電壓作為輸入量，或用于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁的 控制，或用于發(fā)電機(jī)的功角測量和控制，或用于發(fā)電機(jī)電磁功率的計(jì)算，或用于發(fā)電機(jī)的運(yùn) 行狀態(tài)的監(jiān)視。
全文摘要
一種交流發(fā)電機(jī)氣隙磁場檢測裝置包括安裝于交流發(fā)電機(jī)的定子上的檢測線圈，檢測線圈包圍定子內(nèi)表面的一個(gè)區(qū)域，檢測線圈的感應(yīng)電壓與檢測線圈所包圍區(qū)域的氣隙磁場的強(qiáng)度、氣隙磁場的分布情況、氣隙磁場的變化相關(guān)；檢測裝置還包括信號(hào)檢測處理電路，信號(hào)檢測處理電路與檢測線圈連接，信號(hào)檢測處理電路可檢測和處理檢測線圈的感應(yīng)電壓；信號(hào)檢測處理電路或檢測處理檢測線圈感應(yīng)電壓的基波，或檢測處理檢測線圈感應(yīng)電壓的諧波，或檢測和對(duì)比不同檢測線圈的感應(yīng)電壓，檢測處理的結(jié)果可用于發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，包括監(jiān)測定轉(zhuǎn)子繞組故障、定轉(zhuǎn)子不同心、定轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位移、失磁、過載、外部短路斷路等；信號(hào)檢測處理的結(jié)果還可用于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行控制。
文檔編號(hào)H02H7/06GK102033210SQ20091017971
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者田京濤 申請(qǐng)人:田京濤