專利名稱：一種實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機轉子溫度測量方法，具體涉及一種無刷勵磁機的轉子在全工況下測量其溫度的方法。
背景技術：
隨著全球能源告急，人類發(fā)展清潔、高效型能源已迫在眉睫，核能源利用依然成為我們當下必選之一，而百萬千瓦級機組將逐步成為我國電力發(fā)展主力機組，也是當今我們核電發(fā)展首選的主力機組，所以高參數(shù)機組的安全穩(wěn)定運行是關乎核電安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，作為發(fā)電機最重要的部件之一——轉子，由于其工作環(huán)境惡劣，受力較大，正是核電百萬千萬級機組壽命薄弱的環(huán)節(jié)之一，因此能夠實時地掌握機組轉子的熱應力水平，對核電站的安全穩(wěn)定運行是十分重要和有意義的。
無刷勵磁發(fā)電機(無刷勵磁機)是一臺旋轉電樞式交流發(fā)電機，它和發(fā)電機聯(lián)成同軸，整流裝置也安裝在發(fā)電機轉子上，勵磁機的電樞和發(fā)電機轉子同軸旋轉。這種工作方式的優(yōu)點是取消了流通大電流的滑動接觸，故運行可靠，維護也比較方便，節(jié)省了廠房內寶貴的空間。但是也帶來一些問題，如無法直接測量其轉子電流和電壓，因此不能根據(jù)獲得的轉子電壓和轉子電流后得出轉子電阻，再通過轉子電阻和溫度的對應關系來推算出轉子溫度。生產(chǎn)發(fā)電機的廠家在轉子出廠時，會根據(jù)此轉子的特性提供在特定勵磁電流值下其轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，如電流40A、60A、75A時的轉子溫度，其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式為U = fO )(例如U = AR2+BR+C，這里的A、B、C在不同電流下并不相同)，但是沒有給出轉子在任意勵磁電流值時對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，但核電站現(xiàn)場的的勵磁電流是在全工況范圍內連續(xù)變化的，因此需要一種分析處理得到全工況下無刷勵磁機的實時勵磁電流值變化時對應的轉子電壓和轉子電阻函數(shù)關系式， 進而實現(xiàn)無刷勵磁機在轉子溫度全工況范圍內的監(jiān)視。發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術中無法直接測量得到無刷勵磁機的轉子溫度問題，本發(fā)明提供一種根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)計算出全工況下無刷勵磁機的實時勵磁電流值對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，再利用迭代算法來得到無刷勵磁機的轉子溫度的方法。具體方案如下一種實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度測量方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟1、獲取無刷勵磁機的特定勵磁電流值及其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式；
步驟2、將所有特定勵磁電流值由小到大進行排序，并將相鄰的兩個特定勵磁電流值劃分為一個區(qū)域；
步驟3、獲取無刷勵磁機當前的實時勵磁電流值I，并根據(jù)實時勵磁電流值I的大小將其劃分到隸屬的特定勵磁電流值組成的區(qū)域中；
步驟4、利用下述公式得到實時勵磁電流值I對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式M
α = IrI |/| I(J+1)-Ij (1)[ σιο] β = |i(j+1)-i|/|i(j+1)-ijl (2)
M= β X Mj+α XM(J+1) (3)
其中Ι”Μρ β分別為區(qū)域內小特定勵磁電流值，與其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，及此轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系的權重系數(shù)；Ι +1)、Μ +1)、α分別為區(qū)域內大特定勵磁電流值，與其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，及此轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系的權重系數(shù)；
步驟5、基于無刷勵磁機的實時勵磁電流值I和其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式Μ,利用無刷勵磁機的轉子溫升Δ T2和功率Prai呈線性關系的特征，通過迭代算法，得到無刷勵磁機的轉子溫升ΔΤ2，將轉子溫升Δ T2加上無刷勵磁機轉子的初始溫升 AT0即得到無刷勵磁機的轉子溫度。
為減少誤差所述步驟2首先要將無刷勵磁機的所有特定勵磁電流值與其轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式進行一一對應。
為提高計算的精度所述步驟3中劃分實時勵磁電流值I所隸屬特定勵磁電流值區(qū)域的方法為當實時勵磁電流值大于某個區(qū)域內小特定勵磁電流值且小于或等于大特定勵磁電流值時，即劃入此區(qū)域。
為得到需要的轉子溫度值所述步驟5中的迭代算法過程為
R = R20X (235+Τ)/(235+20) (4)
Pex = (Ured) 7 (1000 XR) (5)
ΔΤ2 = ΔΤ0+( δ/(1+P)) XPex (6)
Δ T1 = T-T0 (7)
I Δ T2- Δ T1 < ε (8)
當(8)式中|ΔΤ2-ΔΤ」> ε，則在⑷中重新輸入T值再進行計算，直到 AT2-AT1 < ε為止，其中T為轉子溫度，R表示T°C時的電阻，R2tl是其在20°C時電阻，Prai表示無刷勵磁機的功率，Δ Ttl為初始溫升，δ為溫升系數(shù)，P為無刷勵磁機的氫氣壓力， AT1為無刷勵磁機的轉子在T°C時的實際轉子溫升，ε為不同的核電站現(xiàn)場要求預先設定的溫差精度數(shù)值，差值越小，則這個結果越為接近所要測量的溫度，T0為無刷勵磁機的冷風溫度。本發(fā)明將已知無刷勵磁機的特定勵磁電流值進行區(qū)域劃分，再將測量的實時勵磁電流值劃入相應的特定勵磁電流值組成的區(qū)域內，利用區(qū)域內特定勵磁電流值及其對應轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式及其關系式的權重系數(shù)，來得到實時勵磁電流值的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，再通過迭代算法得到全工況下無刷勵磁機的轉子溫度，突破了無刷勵磁機的轉子溫度無法進行在線測量的瓶頸，解決了百萬級千瓦核電站機組無刷勵磁機的轉子溫度無法在線實時測量的問題，采用間接方式測量無刷勵磁機的轉子溫度，避免了在無刷勵磁機的定子上安裝探測線圈和測量滑環(huán)等裝置，簡化了測量過程，大大提高了設備運行的可靠性，并減少了維護檢修工作量，同時可以實時監(jiān)視無刷勵磁機的轉子熱應力水平，更準確的掌握機組在實際運行過程中轉子熱應力區(qū)段內的溫度變化規(guī)律，為確保機組安全運行提供可靠參數(shù)信息，對核電站的安全穩(wěn)定運行十分重要和有意義。


圖1本發(fā)明的流程示意圖。
具體實施方式
圖1為本方法的簡述步驟說明
101、獲取無刷勵磁機的特定勵磁電流值及其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式；
針對每臺發(fā)電機轉子，廠家在出廠時都會進行相應的實驗，以確定一些基本數(shù)據(jù)， 包括在特定勵磁電流值時，其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，由于本方案需要實現(xiàn)實時工況下的轉子溫度測量，因此需要利用現(xiàn)有的特定勵磁電流值，及其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式來求出實時工況下實時勵磁電流值及其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，轉子廠家根據(jù)每個轉子的特性，提供每個發(fā)電機轉子在特定勵磁電流值與其所對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，因此首先對廠家提供的當前發(fā)電機轉子每個特定勵磁電流值與其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式進行一一對應， 以確保數(shù)據(jù)匹配正確，保證得到精確計算結果。
102、對所有特定勵磁電流值進行排序后將相鄰的兩個特定勵磁電流值劃為一個區(qū)域；
設當前無刷勵磁機的特定勵磁電流值為I1時，其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式為M1,特定勵磁電流I2時對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式為M2 ；特定勵磁電流值L時對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式為Mj ；特定勵磁電流值Ι +υ時對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式為Μ +1)……特定勵磁電流值In時對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式為Μη，然后將所有特定勵磁電流值按照從小到大的順序進行排序，
設=I1CI2......< In
同時將相鄰的兩個特定勵磁電流值劃分為一個區(qū)域，即
設A0 =
，...... An = (In, + °ο )
這里Ac^A1…，Aj,…，An為各區(qū)域。
103、獲取實時工況下無刷勵磁機的實時勵磁電流值并按數(shù)值大小劃入相應特定勵磁電流值組成的區(qū)域中；
獲取當前工況下無刷勵磁機的實時勵磁電流值，然后與各區(qū)域中的特定勵磁電流值進行比較，當實時勵磁電流值大于某個區(qū)域內左邊小特定勵磁電流值并且小于或等于右邊大特定勵磁電流值時，則確定此實時勵磁電流值隸屬此區(qū)域，如
設實時勵磁電流值為I，且L < I彡Ι +1)，則實時勵磁電流值I的隸屬區(qū)域為Ki =(Ij，I(j+i)] °
104、利用區(qū)域內特定勵磁電流值及其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式的權重系數(shù)得到實時勵磁電流值的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式；
設實時勵磁電流值為I，其隸屬區(qū)域內的特定勵磁電流值分別為L和Ι +1)，則特定勵磁電流值L對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式％的權重系數(shù)為β，特定勵磁電流值Ι +1)對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式Μ +1)的權重系數(shù)為α，實時勵磁電5流值I對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式為M
α = IrI |/| I(J+1)-Ij (1)
β = |ι +1)-ι|/|ι +1)-ι』| (2)
M= β X Mj+α XM(J+1)(3)
根據(jù)上述公式即得到實時勵磁電流值I時，其轉子電壓Ural和轉子電阻R的子函數(shù)關系式M。
105、利用上述數(shù)據(jù)通過迭代算法得到實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度。
根據(jù)得到的實時勵磁電流值I時的Ural和R對應的子函數(shù)關系式，通過轉子電阻 R和溫度呈線性的關系，從而得到Ured = f (I，T)的關系式，即一旦有了輸入量I和T (轉子溫度)，就可以計算得到轉子的電壓Ural，詳細計算過程見下面的公式。
R = R20X (235+T)/(235+20)(4)
Pex = (Ured) 7 (1000 XR)(5)
(4)和(5)式中，T為轉子溫度，R為轉子溫度為T°C時的電阻，Pex為此時無刷勵磁機的功率，R20為20°C時此無刷勵磁機的轉子繞組電阻，235為對應此溫度下的一個系數(shù)。
又因為無刷勵磁機的轉子溫升和無刷勵磁機的功率呈以下線性關系
ΔΤ2 = ΔΤ。+( δ/(1+P)) XPex (6)
(6)式中ATtl為無刷勵磁機的轉子初始溫升，δ為溫升系數(shù)，這兩個數(shù)據(jù)為廠家對此無刷勵磁機轉子進行性能實驗時得到，P為無刷勵磁機的氫氣壓力(此實時變化值根據(jù)現(xiàn)場儀表獲到)，當轉子溫度為T時無刷勵磁機的轉子溫升，將此轉子溫升AT2W 上初始溫升ATci即得到當前實時勵磁電流值為I時無刷勵磁機的轉子溫度。
為驗證轉子溫度T的精確度，利用廠家提供的當前無刷勵磁發(fā)電機轉子溫度T時與轉子溫升的關系，如下式
Δ T1 = T-T0(7)
I Δ T2- Δ T11 < ε(8)
其中T為轉子溫度，AT0為初始溫升，AT1為轉子溫度為T°C時無刷勵磁機的轉子溫升的實際值，Ttl為無刷勵磁機的冷風溫度(此實時數(shù)據(jù)由現(xiàn)場儀表得到)，ε為根據(jù)不同的核電站現(xiàn)場要求預先設定的溫差精度數(shù)值，差值越小表示精度越高，將(6)式中的ΔΤ2 與AT1進行比較，當I AT2-AT1I > ε時，根據(jù)前述比值，由⑷式重新輸入T值，再次循環(huán)計算比較得到的ΔΤ2，不斷假設初始溫度T進行反復迭代，直到最后結果滿足需要達到的精度，g卩I ΔΤ2-Δ \| < ε，從而實現(xiàn)測量全工況下無刷勵磁機的轉子溫度的目的。
以上內容是結合具體的優(yōu)選技術方案對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度測量方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1、獲取無刷勵磁機的特定勵磁電流值及其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式；步驟2、將所有特定勵磁電流值由小到大進行排序，并將相鄰的兩個特定勵磁電流值劃分為一個區(qū)域；步驟3、獲取無刷勵磁機當前的實時勵磁電流值I，并根據(jù)實時勵磁電流值I的大小將其劃分到隸屬的特定勵磁電流值組成的區(qū)域中；步驟4、利用下述公式得到實時勵磁電流值I對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式M α = Ij-I I/I I(J+1)-Ij(1)β = I(J+1)-I l/l I(M)-Ij (2) M= β X Mj+α XM(J+1)(3)其中IpMp β分別為區(qū)域內小特定勵磁電流值，與其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，及此轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系的權重系數(shù)；Ι +1)、Μ +1)、α分別為區(qū)域內大特定勵磁電流值，與其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，及此轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系的權重系數(shù)；步驟5、基于無刷勵磁機的實時勵磁電流值I和其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式Μ,利用無刷勵磁機的轉子溫升Δ T2和功率Pra呈線性關系的特征，通過迭代算法，得到無刷勵磁機的轉子溫升Δ T2，將轉子溫升Δ T2加上無刷勵磁機轉子的初始溫升Δ Ttl即得到無刷勵磁機的轉子溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度測量方法，其特征在于，所述步驟2首先要將無刷勵磁機的所有特定勵磁電流值與其轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式進行一一對應。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度測量方法，其特征在于，所述步驟3中劃分實時勵磁電流值I所隸屬特定勵磁電流值區(qū)域的方法為當實時勵磁電流值大于某個區(qū)域內小特定勵磁電流值且小于或等于大特定勵磁電流值時，即劃入此區(qū)域。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度測量方法，其特征在于，所述步驟5中的迭代算法過程為R = R20X (235+Τ)/(235+20)(4)Pex = (Ured)V(IOOOXR)(5)AT2 = ΔΤ0+(δ/(1+Ρ)) XPex (6) AT1 = T-T0(7)AT2-ATj < ε(8)當⑶式中I AT2-AT1I > ε，則在⑷中重新輸入T值再進行計算，直到I AT2-AT1 < ε為止，其中T為轉子溫度，R表示T°C時的電阻，I^2tl是其在20°C時電阻，Pra表示無刷勵磁機的功率，ATtl為初始溫升，δ為溫升系數(shù)，P為無刷勵磁機的氫氣壓力，AT1為無刷勵磁機的轉子在T°C時的實際轉子溫升，ε為不同的核電站現(xiàn)場要求預先設定的溫差精度數(shù)值，差值越小，則這個結果越為接近所要測量的溫度，T0為無刷勵磁機的冷風溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實時工況下無刷勵磁機的轉子溫度測量方法，通過現(xiàn)有無刷勵磁機現(xiàn)有特定勵磁電流值與其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，計算得到實時工況下無刷勵磁機的實時勵磁電流值及其對應的轉子電壓和轉子電阻子函數(shù)關系式，再利用迭代算法，推導出無刷勵磁機在實時工況下的轉子溫度。本發(fā)明采用間接方式測量無刷勵磁機的轉子溫度，避免了在無刷勵磁機定子上安裝探測線圈和測量滑環(huán)等裝置，簡化了測量裝置，大大提高了設備運行的可靠性，并減少了維護檢修工作量，同時可以實時監(jiān)視無刷勵磁機的轉子熱應力水平，更準確的掌握機組在實際運行過程中轉子熱應力區(qū)段內的溫度變化規(guī)律，為確保發(fā)電機組安全運行提供可靠參數(shù)信息。
文檔編號G01K7/00GK102564626SQ20121002501
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月6日 優(yōu)先權日2012年2月6日
發(fā)明者何文廣, 劉元, 吳顯東, 孫仲華, 孟慶軍, 張麗虹, 李妮, 楊硯雄, 牛麗霞, 王勇剛, 王志嘉, 詹相國, 閔禮書, 韋志超, 馬吉強 申請人:中國廣東核電集團有限公司, 北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司