[发明专利]一种水轮发电机定子温度测点的优化布置方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及设备监控技术领域，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。

背景技术

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-orbit sensor placement and systemidentification of space station with limited instrumentations,Proceedings ofthe 28th Structures,StructuralDynamics,and Materials Conference,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。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明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。