專利名稱：用溫度測量來檢測定子缺陷的非介入或不甚介入的方法
技術領域：
本申請涉及定子線棒，特別涉及到定子線棒的缺陷檢測。
背景技術：
一些問題會關系到旋轉式機器的定子的運轉，這些問題的影響會危害機器的產(chǎn)量和運行壽命。最重要的問題是沉淀物積累造成對定子線棒冷卻管道的阻礙，構成定子線棒的基本導體(定子繞組)之間的絕緣性的降低，定子線棒連接質量的降低，以及定子疊片之間絕緣性的降低。
缺陷檢測，例如定子線棒的冷卻管道中的阻礙性沉淀物，可能會有問題。液體循環(huán)冷卻系統(tǒng)對于旋轉機器的壽命起到至關重要的作用。定子線棒的空腔中的一個阻礙，即使是很小的一個，也會造成可觀的溫度提升，因為其中流動的電流很高。因此，定子線棒必須散出大量的熱能。定子線棒要散出的熱量與其中流動的電流的平方成比例，它們的關系給出如下(1)Pb→I2*R其中Pb＝定子線棒要散出的熱負荷(瓦特)I＝電流(安培)R＝定子線棒的歐姆電阻(歐姆)為了可以散熱，在每個定子線棒的中心提供了其中可供液體流動的空腔。在液體和散熱器之間的熱量傳遞使熱量可以排出。
用液體循環(huán)冷卻的機器的一個主要問題是，這些空腔內(nèi)壁的沉淀物的積累。這些不良的情況導致了液體流量的降低，使得定子線棒的溫度進一步升高，這可能導致由絕緣材料的損壞所帶來的機器故障。
另一個與具有定子線棒的旋轉式機器的運轉相關的問題是，定子線棒的導體(例如Robel線棒)之間的絕緣性的降低。
每個定子線棒由多個互相絕緣的導體制成(多芯電纜)，以減少趨膚效應。趨膚效應(或薄殼效應)是由電流在導體的截面上不均勻流動而主要在其外圍部分分布而引起的。將定子線棒分段成為多個導體增加了定子線棒的有效截面積，同時，減小了導體的電阻。
將定子線棒再分成多個互相絕緣的導體，如圖2所示，可以降低趨膚效應，然而這種降低直接與絕緣體的良好的運行條件相關。如果絕緣物質受損，趨膚效應就會增加，同時電阻和溫度也會增加。因為杠桿效應產(chǎn)生的可能的運動，上述絕緣性的降低主要在定子線棒的末端。
另一個與定子線棒的運轉有關的問題是定子線棒之間的連接質量的下降。定子線棒通過銀焊接以互相連接。連接的任何損壞都會造成機器效率的降低。一個受損的連接點會引起導體的電阻的增加，在受損處造成溫度升高。
最后，定子鐵芯疊片的絕緣性下降也是與定子線棒的運轉有關的問題。機器的定子核心由大量的通過絕緣物質互相分隔的鐵片平板制成。這樣的組合可以將由轉子的極產(chǎn)生的強磁場感生的傅科(Foucault)電流降低到可以接受的范圍。如果絕緣物質在某些地方缺失了，傅科電流將在缺失的區(qū)域增強，而該處的局部溫度也會增加。這種溫度的增加對于機器的運轉有害，甚至會因為金屬融化而導致故障。
只要上述的一種問題發(fā)生，定子里面的缺陷處的局部溫度就會升高。為了探測出上述問題，人們提出了一種解決方案，即在定子內(nèi)部安裝大量的溫度探測器，以制成覆蓋整個定子內(nèi)部的熱圖。這樣的熱圖使得可以通過探測熱表面上的給定的一點或多點的異常的溫度升高來確定缺陷可能的原因。
然而，這個理論上的解決方案在實際的定子線棒的環(huán)境中難以實施。眾所周知，在定子線棒中流動的高電流和電磁場會感生很強的電流。因此，由于必須考慮這些探測器的布線，定子內(nèi)部的溫度探測器的數(shù)量將受到限制。此外，所需布線的數(shù)量可能對機器的操作員的安全構成隱患，也妨礙機器本身的正常運轉。
有限個數(shù)的上述溫度探測器可以在制造的時候安裝，然而稍后的即使一個探測器的添加都需要高得驚人的花費和巨大的工作量。例如，上述添加需要打開定子，而這可能在某些情況下會產(chǎn)生如取消制造商保證等附加不良效果。
因此，需要一種能以高性能低成本的方式檢測代表定子缺陷的局部溫度上升的系統(tǒng)和方法。
此外，還需要一種能夠以非介入方式及早發(fā)現(xiàn)定子的缺陷的系統(tǒng)和方法，以便執(zhí)行校正措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的系統(tǒng)使得通過上百個分布式的探測器窮盡地測量并診斷出所有上述的問題成為可能。這種系統(tǒng)是可行的，因為只需有限數(shù)量的布線和材料，即可將其投入運作，且其成本是可接受的。
該系統(tǒng)使用戶對機器的良好運轉更為放心，并且允許在系統(tǒng)運轉時隨時間對機器的良好運轉進行監(jiān)控。這個連續(xù)的監(jiān)控允許用戶在適當?shù)臅r機介入來進行干涉，從而限制了重大以及昂貴的損失。機器因而擁有更好的產(chǎn)量，人員的安全性也增加了。
如圖1所示可見，可以在機器的每一個定子線棒上安裝至少一個探測器，來探測機器的每個定子線棒的空腔內(nèi)的障礙物，并且通過在機器運轉時測量溫度來探測定子線棒的導體之間絕緣體的損壞。這種檢測是為正常運轉的機器設計的。
根據(jù)本發(fā)明的一個大方面，提供了一種用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的方法，包括獲得所述定子的內(nèi)壁和外壁之間的溫度梯度；獲得所述定子的外部位置上的溫度測量值；利用所述溫度梯度和所述外部溫度測量值，外推所述定子的相應的內(nèi)部溫度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個大方面，提供了一種用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的系統(tǒng)，包括多個用于安裝在所述電機器定子的外壁上以測量外部溫度的溫度探測器；處理單元，包括存儲單元，用于存儲溫度梯度；分析模塊，用于接收所述外部溫度數(shù)據(jù)并利用所述溫度梯度來計算所述內(nèi)部溫度；和通信模塊，用于接收來自所述多個溫度探測器的所述外部溫度數(shù)據(jù)。


通過以下結合附圖所作的詳細說明，本發(fā)明的進一步的特點和優(yōu)勢將更為明顯，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
的定子外壁上的探測器的位置示意圖；圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術的具有絕緣導體的定子示意圖；圖3為到根據(jù)本發(fā)明的用于溫度圖的系統(tǒng)的接口的屏幕截圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式的定子內(nèi)或定子上的內(nèi)部探測器和外部探測器的位置示意圖；圖5示出了冷卻管中缺陷探測的溫度圖，其中，位置Y(％)代表定子壁的高度，位置X(槽)代表槽編號；圖6為導體之間絕緣體損失探測的溫度圖，其中，位置Y(％)代表定子壁的高度，位置X(槽)代表槽編號；圖7為定子線棒之間連接質量降低探測的溫度圖，其中，位置Y(％)代表定子壁的高度，位置X(槽)代表槽編號；圖8為根據(jù)本發(fā)明的用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的方法流程圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式
因為定子核心的外壁是可達的，且由高導熱性金屬制成，本發(fā)明在于，或在制造定子的過程中，或在制造完成后，在預先設定的位置上，以可接受的成本，設置需要的數(shù)量個熱量探測器。外壁的易到達性使得對定子的改裝只需幾個小時，甚至不需要將機器拆開。
這些預先設定的位置與我們希望在熱量上觀察的內(nèi)部點相“熱量對應”。換言之，在定子具有溫度探測器的內(nèi)部點和應用外部探測器的外部點之間要應用的熱校正(或梯度)將會被測量。對于需要的內(nèi)部點的每個溫度，就對應一個外部對應點的一個可測量溫度。
知道了上述溫度梯度，就可以反過來對于定子的任意一個其上設置有外部溫度探測器的外部點運用相同的梯度，從而推演出定子的相應的點或內(nèi)部區(qū)域的“實際”溫度。
如果定子線棒的空腔內(nèi)壁積累了沉淀，或者發(fā)生其他種類的阻礙，安裝在定子線棒端部的探測器就會在機器運行時檢測出溫度的升高，以及問題所在的準確位置。
當檢測到定子線棒的溫度升高后，執(zhí)行一個校正措施，包括注射溶劑來溶解沉淀物。溶劑的功效可以在此后通過檢查定子線棒的溫度是否恢復正常水平來檢驗。
如果定子線棒的絕緣體受損，安裝在定子線棒端部的探測器就會檢測出溫度的升高。
當檢測出問題后，可確定必要的校正措施以防止對機器的損害。在執(zhí)行校正措施之后，其功效可以通過檢查定子線棒的溫度是否在所有點都一致來檢驗。
利用本發(fā)明提供的系統(tǒng)，對于探測器數(shù)量的限制達到幾百，甚至幾千，在每個連接上安裝的探測器使檢測每個定子線棒上的焊接點的質量成為可能。
如果一個連接點受損，安裝在連接點上(或附近)的探測器會檢測到溫度的升高。
當檢測出問題后，應該實施校正措施以防止對機器的損害。在執(zhí)行這些校正措施之后，可以通過檢驗連接點的溫度是否正常來確定其是否有效。
結合圖4可以想到，在定子外壁上安裝探測器來組成一個沿著定子整個長度的矩陣。利用這樣的裝配，可以在表面的許多點上進行溫度測量，這樣就可以檢測并定位在機器運轉過程中由傅科電流引起的不合需要的損失。
如果絕緣體損壞，傅科電流會增強，局部溫度會升高。安裝在定子該部分的探測器會檢測到溫度的升高。此外，插值算法確定何處溫度最高，即指示絕緣性的降低。
原理基于輸入和計算機程序的分析，以獲得并處理源于一組串行連接的溫度傳感器的重組的信號。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，所有的溫度探測器都串行連接在同一對導線上，并添加第三根導線以提供電源。3線電纜有一個電源線，一個地線和一個數(shù)據(jù)通信線。溫度傳感器的串行連接使得在定子核心的內(nèi)壁或外壁上安裝大約一百個傳感器以在那里組成一個分布在核心的周圍的點的矩陣成為可能。
一系列的傳感器的一端連接到一個獲取裝置，允許讀取矩陣中的每個傳感器的溫度。一個配置和獲取計算機程序使得定位每個傳感器的物理地址并讀取它們的溫度成為可能。對這些溫度的不同的處理方法使得能夠進行多樣的分析。例如，可通過外推測量點之間的空間的溫度來得到機器的定子壁在不同時間、不同條件下的熱圖。
所述制圖的結果允許用戶定位由疊片之間的短路引起的定子壁發(fā)熱點，所述定子壁發(fā)熱點標志著絕緣性的降低，而絕緣性的降低將可能造成機器的重大故障。及早發(fā)現(xiàn)此類問題可以在給機器造成更大的破壞之前采取校正措施。采取這些校正措施后，可以進一步通過檢驗定子壁上所有點的溫度是否都恢復到一致的狀態(tài)來確定所述校正措施的功效。
首先描述溫度梯度測量和定子線棒溫度測量的原理。
為了測量溫度梯度G，應該在2個不同的測量點測量溫度，即Tb(x，t1)位于定子線棒(x)的絕緣層的內(nèi)部探測器在給定時間(t1)得到的溫度測量值，以及Ts(x，t1)位于定子的外壁與定子線棒(x)的切口(notch)相反的外部探測器在給定時間(t1)得到的溫度測量值。
溫度梯度(G)以如下方式計算G＝Tb(x，t1)-Ts(x，t1)。
此外，當測量Tb(x，t1)和Ts(x，t1)時，產(chǎn)生的熱負載P(t1)應已知。熱負載測量使得可以通過外部探測器推測出在任意給定時間(t)、任意給定熱負載P(t)下每個定子線棒的溫度Tb(x，t)。
Tb(x，t)＝Ts(x，t)+(G*P(t)/P(t1))通過以下對示例性實施方式的說明，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢將被更好地理解。
在結合圖5的第一個示例性實施方式中，將對使用本發(fā)明的溫度測量方法來檢測冷卻管中的缺陷進行描述。
定子線棒冷卻管的全部甚至部分的阻塞都將導致冷卻系統(tǒng)的效率的損失，造成定子線棒中的溫度升高。
本發(fā)明的系統(tǒng)及其方法允許探測缺陷線棒的溫度升高。上述升高通常隨時間增加，并可出現(xiàn)在沿著線棒的整個長度上。
在每個線棒上安裝2個外部探測器，其中一個位于定子核心的頂部，另一個位于定子核心的底部。，線棒(x)的外部探測器相對于其他線棒的溫度升高意味著冷卻管中存在缺陷。
該問題的圖揭示了沿著缺陷線棒的整個長度的較熱區(qū)域。由于阻礙性沉淀物的積累，使槽體效率越來越低，隨著時間的推移，該區(qū)域越來越熱。
圖5，6，7是不同的例子中的溫度圖。其中，位置Y(％)代表定子壁的高度，給定0％＝壁的底部，100％＝壁的上部；位置X(槽)代表槽編號，在每臺機器中，有多個槽(對于定子線棒)，每個槽從1到xxx編號。
溫度顏色圖表對應溫度的顏色方案。
現(xiàn)在，結合圖6，將會描述對導體之間絕緣性降低的探測的例子。導體之間絕緣性的降低通常局限于定子的機械壓力區(qū)域，即在線棒穿入定子核心的結合部處。
因此，可以在造成重大損失之前檢測到該問題。這類性質的問題在熱圖中顯示為一個較熱區(qū)域，在線棒的兩端中的任一端，在向另一端方向上溫度漸低。
現(xiàn)在，結合圖7，將要描述定子線棒的連接質量降低的檢測。定子線棒通常是通過焊接連接的。當處于機械、電、化學、熱壓力下，這些連接會被破壞而變?yōu)樽栊?，因此引起局部溫度升高。采用本發(fā)明，每個這樣的連接的溫度都可以被測量。
現(xiàn)在，仍結合圖7，將要描述對定子疊片的絕緣性降低的檢測。為了檢測定子疊片的絕緣性降低，必需在預先確定的位置上安裝重要數(shù)量的外部探測器。定子的絕緣性降低會在熱量上產(chǎn)生較熱區(qū)域。
借助本發(fā)明，并利用內(nèi)部定子壁的熱圖，可以容易地檢測并定位絕緣性的降低。
結合圖8，將描述一種用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的方法。在第一步驟81中，獲得定子的內(nèi)壁和外壁之間的溫度梯度。在第二步驟83中，獲得所述定子的所述外壁的位置上的溫度測量值。在最后的步驟85中，所述溫度梯度和所述外部溫度的測量值用于外推相應的定子內(nèi)部溫度。
在附加的步驟中，溫度探測器的位置數(shù)據(jù)和外推的內(nèi)部溫度值可用于生成定子的熱圖。溫度探測器的地址數(shù)據(jù)可以由每個外部溫度探測器的網(wǎng)絡通信地址處接收到。一個映射表或其它在網(wǎng)絡地址和探測器位置之間的對應關系可以用來確定每個外部探測器的探測器位置。
現(xiàn)在，結合圖9，將描述一種用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的系統(tǒng)，圖中示出了多個溫度探測器91a，91b，91c，91d，用于安裝在所述電機器定子的外壁上來測量其中的外部溫度。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，探測器91串行地連接并且與處理單元93通信。處理單元包括用于接收來自探測器91的溫度數(shù)據(jù)的通信模塊95。通信模塊95也可接收其它數(shù)據(jù)，例如探測器地址和/或與溫度測量值有關的探測器位置數(shù)據(jù)。
處理單元93還包括用于存儲定子內(nèi)壁和外壁之間的溫度梯度的存儲模塊97。在本發(fā)明的一個實施例中，溫度梯度可以預先計算，并通過數(shù)據(jù)通信鏈路載入到存儲模塊97中。在其它實施例中，溫度梯度可以利用探測器91收集的內(nèi)部和外部溫度測量值來計算，并存儲在存儲模塊97中。存儲模塊97也可以包含其它數(shù)據(jù)，例如正常溫度范圍，所述正常溫度范圍可能在被處理單元93用于檢測定子的運行。
處理單元93的分析模塊99接收存儲在存儲模塊97中的參數(shù)和外部溫度數(shù)據(jù)，并將其用于計算內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)。分析模塊99進一步利用內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)來提供，如，基于測量出的與正常溫度范圍的變化的校正措施。與定子通信的控制單元101接收來自處理單元93的校正措施。控制單元101還可與用于響應控制單元101的控制報告的警報生成單元103通信。
在本發(fā)明的一個實施例中，處理單元93還可包括用于由內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)和溫度探測器的位置數(shù)據(jù)來生成一個熱圖的視頻呈現(xiàn)模塊(未示出)。在該情況下，作為一個替換實施例，存儲模塊97可能存儲一個地址-位置圖，以便由探測器地址數(shù)據(jù)和地址-位置圖計算探測器位置數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)還可包括顯示單元105，用于顯示由處理單元93生成的熱圖。
可以理解，本領域技術人員可對本發(fā)明進行大量改進。因此，上述的說明書以及附圖應被視為本發(fā)明的示例而非對本發(fā)明的限制。此外，還應理解，該說明書試圖在所附權利要求書的保護范圍之內(nèi)覆蓋遵從本發(fā)明的原理以及本發(fā)明未說明的本發(fā)明所屬領域現(xiàn)有的公知或習慣操作，以及在本發(fā)明闡述之前可應用于本發(fā)明之重要特性的各種變化例、使用或調整。
權利要求
1.一種用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的方法，包括-獲得所述定子的內(nèi)壁和外壁之間的溫度梯度；-獲得所述定子的外部位置上的溫度測量值；-利用所述溫度梯度和所述外部溫度測量值來外推所述定子的相應的內(nèi)部溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括-為所述電機器定子提供一套正常的內(nèi)部溫度值；-比較所述外推的內(nèi)部溫度和所述一套正常的內(nèi)部溫度值來確定其間的偏差；-如果檢測到偏差，則為所述電機器定子提供校正措施。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述獲得溫度梯度的步驟包括以下步驟-在所述定子的所述內(nèi)壁的多個位置上安裝溫度測量探測器，獲得內(nèi)部溫度測量值；-對應于所述內(nèi)部位置，在所述定子的所述外壁的多個位置上安裝溫度測量探測器，獲得外部溫度測量值；-利用所述內(nèi)部和外部溫度測量值來計算所述溫度梯度。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述獲得所述定子的外部位置上的溫度測量值的步驟包括-在所述定子的外部位置上提供溫度探測器；-在所述外部位置上測量溫度；并且-提供所述探測器的外部位置的位置數(shù)據(jù)和所述溫度測量值。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，還包括-利用所述位置數(shù)據(jù)和所述外推的內(nèi)部溫度值來生成所述定子的熱圖；以及-顯示所述熱圖。
6.根據(jù)權利要求2所述的方法，還包括-當檢測到偏差時激活警報。
7.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述接收探測器的位置數(shù)據(jù)的步驟包括-接收每個所述外部溫度探測器的網(wǎng)絡通信地址；-接收所述網(wǎng)絡通信地址和所述探測器位置之間的對應關系；-利用所述對應關系以及所述網(wǎng)絡通信地址來為每個所述外部溫度探測器確定所述探測器位置。
8.一種用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的系統(tǒng)，包括多個用于安裝在所述電機器定子的外壁上以測量其外部溫度的溫度探測器；處理單元，包括存儲單元，用于存儲溫度梯度；分析模塊，用于接收所述外部溫度數(shù)據(jù)并利用所述溫度梯度來計算所述內(nèi)部溫度；和通信模塊，用于接收來自所述多個溫度探測器的所述外部溫度數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度探測器通過串行鏈路連接到所述通信模塊。
10.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述分析模塊包括視頻呈現(xiàn)模塊，用于由所述內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)和所述探測器位置數(shù)據(jù)來生成一個熱圖；還包括顯示單元，用于顯示所述熱圖。
11.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述分析模塊基于相對于正常的運行溫度的溫度變化來提供校正措施，且還包括控制單元，用于接收所述校正措施并控制所述定子的運轉。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，還包括警報生成單元，用于響應所述控制單元的控制報告。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述存儲裝置還包括地址-位置圖，所述探測器位置數(shù)據(jù)由所述地址數(shù)據(jù)和所述圖來確定。
全文摘要
一種用于對電機器定子的給定區(qū)域的內(nèi)部溫度進行非介入式確定的方法，包括獲得所述定子的內(nèi)壁和外壁之間的溫度梯度；獲得所述定子的外部位置上的溫度測量值；利用所述溫度梯度和所述外部溫度測量值，外推所述定子的相應的內(nèi)部溫度。
文檔編號H02K9/00GK101065651SQ200580034916
公開日2007年10月31日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權日2004年10月12日
發(fā)明者瓊·普羅諾沃斯特, 馬里尤斯·克盧捷, 馬克·比索內(nèi)特, 路易斯-皮埃爾·拉隆德 申請人:維保監(jiān)測公司