一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法技术

本发明专利技术公开一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方式，首先通过有限元仿真，获得水轮发电机全域定子温度场内热源分布特征；然后基于原有的温度测点径向测点位置，并在相同的位置在定子线棒中下部增加温度测点；定子圆周上在每相邻两个布有温度测点的线棒中间，根据定子铁芯温度较高的地方对铁芯增加温度测点；在冷却器进出风口、容易堵塞的冷却管道内、室内、冷却油盆增加温度测点；本发明专利技术通过合理增加水轮发电机定子测温点，监测高温受热部位的温度变化，可以克服现有测点模式无法准确描述定子发热的整体情况，易形成监测盲区等方面的不足，有效地提高监测水平，实现发电机定子的状态监测。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法
本专利技术涉及设备监控
，具体而言，涉及一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法。
技术介绍
水轮发电机组是水电站的核心设备，其定子温度监测是保证发电机高性能工作的关键。传统布置的方式为定子单一的周线均匀分布，测点少。这种布置方式只侧重异常报警，没有考虑到整个发电机内温度分布情况，且机组运行时不能及时替换故障的传感器，易形成监测盲区。因此，结合理论分析和工程实际可以优化水轮发电机定子优化布置方法，提高定子状态监测水平。在实现定子进行全方位温度监测的分析中，温度测点优化成为问题的关键因素，较少的测点无法准确描述温度变化，而测点较多又会对电磁场造成影响，影响发电机效率，增加经济成本。目前有关测点优化布置的主要方法有：模态动能法(MKE)、神经网络、Fisher最优分割法和一些复合算法模型。模态动能法是考虑结构各待测点中模态动能较大的位置布置传感器。该方法首先应用在航天领域，土木建筑等领域得到应用，后来Moore发展出平均模态动能法和加权平均动能法(WAKE)(参见On-orbitsensorplacementandsystemidentificationofspacestationwithlimitedinstrumentations,Proceedingsofthe28thStructures,StructuralDynamics,andMaterialsConference,Monterey)。神经网络、Fisher最优分割法和一些复合算法模型近年来多用于减小进给机床热误差的影响。然而，以上方法获得的测点布置方法并不能满足识别热源分布的要求。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法，包括以下步骤：(1)通过有限元仿真，获得全域定子温度场仿真结果，具体过程如下：基于水轮发电机的实际尺寸，通过软件soildworks对其进行三维建模，再将模型导入有限元软件中，进行电磁场仿真、网格划分、传热系数和散热系数的计算、电磁-温度场的耦合仿真，由此获得其整体的温度场分布特征模型；(2)在额定工况下，假设在均匀线性各向同性的媒质中，且场源只有电源时，发电机内部材料的磁导率均匀，电流在截面上均匀分布，温度场分析时忽略机械损耗，主要分析定子铁芯损耗和绕组损耗，由步骤(1)整体的温度场分布特征模型可知，定子温度场从下至上先升高后降低，定子线棒最高温度位于上层线棒中下部，下层线棒的相同位置温度次高，定子铁芯最高温度位于铁芯齿部靠近上层线棒中下部，联系工程实际运行情况，基于原有的温度测点的径向方向，并在相同的区域，在定子线棒中下部增设温度测点Ⅰ；在定子铁芯圆周上，每相邻两个布有温度测点的线棒中间，在定子铁芯温度高的区域增设温度测点Ⅱ，进行温度测点的优化布置。进一步的，对于大型机组(装机容量大于30万千瓦)，温度测点Ⅰ的数量为108-216个，温度测点Ⅱ的数量为48-120个；对于中型机组(装机容量为5万-30万千瓦)，温度测点Ⅰ的数量为36-108个，温度测点Ⅱ的数量为30-60个；对于小型机组(装机容量小于5万千瓦)，温度测点Ⅰ的数量为24-90个，温度测点Ⅱ的数量为18-48个。进一步的，还在冷却器进出风口、容易堵塞的冷却管道内、室内、冷却油盆增设温度测点Ⅲ，对于大型机组(装机容量大于30万千瓦)，温度测点Ⅲ的数量为30-60个；对于中型机组(装机容量为5万-30万千瓦)，温度测点Ⅲ的数量为10-40个；对于小型机组(装机容量小于5万千瓦)，温度测点Ⅲ的数量为2-20个；温度测点Ⅲ位于线棒的上游侧和下游侧，可以分别用于检测冷却器出口温度、冷却器进口温度、室内温度、冷却油盆温度等。本专利技术适用于各种立式水轮发电机和卧式水轮发电机。本专利技术用于水轮发电机定子温度测点的优化布置方式，可以克服现有测点模式无法准确描述定子发热的整体情况，易形成监测盲区等问题，有效地提高监测水平，更好的实现发电机定子的状态监测。附图说明图1是水轮发电机定子有限元温度场；图2是水轮发电机定子上层线棒测点布置图；图3是水轮发电机定子下层线棒测点布置图；图4是水轮发电机定子铁芯测点布置图；图中，1-顶齿；2-铁芯；3-通风槽；4-外部贴片式的测温元件；图5是水轮发电机定子测点优化布置方案示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明，本专利技术实施例中温度测点是在该处设置测温元件，即温度传感器。实施例1一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法，下面将以分析SF55-10/740立式水轮发电机为例，来具体说明工艺流程，其装机容量小于5万千瓦，为小型机组，具体步骤如下；(1)通过有限元仿真，获得全域定子温度场仿真结果，具体过程如下：基于发电机的实际尺寸，通过软件soildworks对其进行三维建模，再将模型导入有限元软件中，进行电磁场仿真、网格划分、传热系数和散热系数的计算、电磁-温度场的耦合仿真，由此获得其整体的温度场分布特征模型，如图1所示；(2)在额定工况下，假设在均匀线性各向同性的媒质中，且场源只有电源时，发电机内部材料的磁导率均匀，电流在截面上均匀分布，温度场分析时忽略机械损耗，主要分析定子铁芯损耗和绕组损耗，由图1可知，定子最高温度为81.67℃，热量主要集中在定子铁芯段中沿径向方向靠近线棒中下部，这主要是因为定子铁芯齿部产生的铁耗高于外侧，定子齿槽内绕组产生的铜耗都是热量的主要来源，定子铁芯温度尤其是铁芯齿部温度沿轴向呈现“低-高-低”的分布趋势，即从下部至上部先升高后降低，定子线棒最高温度位于上层线棒中下部，下层线棒的相同位置温度次高，定子铁芯齿部最高温度靠近上层线棒中下部，与线棒高温分布的径向高度一致，同时水轮发电机定子铁芯内侧定转子气隙小，与外侧相比散热能力较差，根据分析，基于现行水电站的定子温度测点布置方案联系工程运行状况，增加热源集中处的温度测点；按照现行水电站的定子温度测点布置方案：定子线棒在层间绝缘间隙共布置6个测温元件；定子铁芯在槽底和轭部外缘均布4个测温元件，联系工程运行状况，基于原有的温度测点的径向方向，并在相同的区域，在定子线棒中下部增设温度测点Ⅰ；在定子铁芯圆周上，每相邻两个布有温度测点的线棒中间，在定子铁芯温度高的区域增设温度测点Ⅱ，进行温度测点的优化布置，具体操作如下：1)温度测点Ⅰ即线棒测点布置：在现有布置温度测点的线棒上增设温度测点，本实施例是六根线棒，上层3根，下层3根，线棒采用F级绝缘、外形规格、扁铜线规格及数量、换位方式与机组其他线棒一样，图2和图3分别是上层线棒测点布置图和下层线棒测点布置图，圆圈里是原始温度测点，方框内为热源集中区域，温度测点的测温元件埋在股线绝缘外，主绝缘内，每根线棒上各埋设12个测温元件，定子线棒中下部约1/4-1/2处(即图2和图3的方框内)密集设置了12个测点(图2中分别为5、7、8、9、10、11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)基于水轮发电机的实际尺寸，通过软件soildworks对其进行三维建模，再将模型导入有限元软件中，进行电磁场仿真、网格划分、传热系数和散热系数的计算、电磁-温度场的耦合仿真，获得其整体的温度场分布特征模型；/n(2)在额定工况下，由步骤(1)整体的温度场分布特征模型可知，定子温度场从下往上先升高后降低，定子线棒最高温度位于上层线棒中下部，下层线棒的相同位置温度次高，定子铁芯最高温度位于铁芯齿部靠近上层线棒中下部，联系工程实际运行情况，在原有的温度测点的径向方向，并在相同的区域，在定子线棒中下部增设温度测点Ⅰ；在定子铁芯圆周上，每相邻两个布有温度测点的线棒中间，在定子铁芯温度高的区域增设温度测点Ⅱ，进行温度测点的优化布置。/n

【技术特征摘要】
1.一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基于水轮发电机的实际尺寸，通过软件soildworks对其进行三维建模，再将模型导入有限元软件中，进行电磁场仿真、网格划分、传热系数和散热系数的计算、电磁-温度场的耦合仿真，获得其整体的温度场分布特征模型；
(2)在额定工况下，由步骤(1)整体的温度场分布特征模型可知，定子温度场从下往上先升高后降低，定子线棒最高温度位于上层线棒中下部，下层线棒的相同位置温度次高，定子铁芯最高温度位于铁芯齿部靠近上层线棒中下部，联系工程实际运行情况，在原有的温度测点的径向方向，并在相同的区域，在定子线棒中下部增设温度测点Ⅰ；在定子铁芯圆周上，每相邻两个布有温度测点的线棒中间，在定子铁芯温度高的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞霏，曾云，钱晶，吴梦圆，陈家焕，郭志成，王伟，于磊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53