专利名称：一种实时工况下无刷励磁机的转子温度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机转子温度测量方法，具体涉及一种无刷励磁机的转子在全工况下测量其温度的方法。
背景技术：
随着全球能源告急，人类发展清洁、高效型能源已迫在眉睫，核能源利用依然成为我们当下必选之一，而百万千瓦级机组将逐步成为我国电力发展主力机组，也是当今我们核电发展首选的主力机组，所以高参数机组的安全稳定运行是关乎核电安全生产的重要环节，作为发电机最重要的部件之一——转子，由于其工作环境恶劣，受力较大，正是核电百万千万级机组寿命薄弱的环节之一，因此能够实时地掌握机组转子的热应力水平，对核电站的安全稳定运行是十分重要和有意义的。
无刷励磁发电机(无刷励磁机)是一台旋转电枢式交流发电机，它和发电机联成同轴，整流装置也安装在发电机转子上，励磁机的电枢和发电机转子同轴旋转。这种工作方式的优点是取消了流通大电流的滑动接触，故运行可靠，维护也比较方便，节省了厂房内宝贵的空间。但是也带来一些问题，如无法直接测量其转子电流和电压，因此不能根据获得的转子电压和转子电流后得出转子电阻，再通过转子电阻和温度的对应关系来推算出转子温度。生产发电机的厂家在转子出厂时，会根据此转子的特性提供在特定励磁电流值下其转子电压和转子电阻子函数关系式，如电流40A、60A、75A时的转子温度，其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式为U = fO )(例如U = AR2+BR+C，这里的A、B、C在不同电流下并不相同)，但是没有给出转子在任意励磁电流值时对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，但核电站现场的的励磁电流是在全工况范围内连续变化的，因此需要一种分析处理得到全工况下无刷励磁机的实时励磁电流值变化时对应的转子电压和转子电阻函数关系式， 进而实现无刷励磁机在转子温度全工况范围内的监视。发明内容
为解决现有技术中无法直接测量得到无刷励磁机的转子温度问题，本发明提供一种根据现有数据计算出全工况下无刷励磁机的实时励磁电流值对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，再利用迭代算法来得到无刷励磁机的转子温度的方法。具体方案如下一种实时工况下无刷励磁机的转子温度测量方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤1、获取无刷励磁机的特定励磁电流值及其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式；
步骤2、将所有特定励磁电流值由小到大进行排序，并将相邻的两个特定励磁电流值划分为一个区域；
步骤3、获取无刷励磁机当前的实时励磁电流值I，并根据实时励磁电流值I的大小将其划分到隶属的特定励磁电流值组成的区域中；
步骤4、利用下述公式得到实时励磁电流值I对应的转子电压和转子电阻子函数关系式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分别为区域内小特定励磁电流值，与其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，及此转子电压和转子电阻子函数关系的权重系数；Ι +1)、Μ +1)、α分别为区域内大特定励磁电流值，与其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，及此转子电压和转子电阻子函数关系的权重系数；
步骤5、基于无刷励磁机的实时励磁电流值I和其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式Μ,利用无刷励磁机的转子温升Δ T2和功率Prai呈线性关系的特征，通过迭代算法，得到无刷励磁机的转子温升ΔΤ2，将转子温升Δ T2加上无刷励磁机转子的初始温升 AT0即得到无刷励磁机的转子温度。
为减少误差所述步骤2首先要将无刷励磁机的所有特定励磁电流值与其转子电压和转子电阻子函数关系式进行一一对应。
为提高计算的精度所述步骤3中划分实时励磁电流值I所隶属特定励磁电流值区域的方法为当实时励磁电流值大于某个区域内小特定励磁电流值且小于或等于大特定励磁电流值时，即划入此区域。
为得到需要的转子温度值所述步骤5中的迭代算法过程为
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)
当(8)式中|ΔΤ2-ΔΤ」> ε，则在⑷中重新输入T值再进行计算，直到 AT2-AT1 < ε为止，其中T为转子温度，R表示T°C时的电阻，R2tl是其在20°C时电阻，Prai表示无刷励磁机的功率，Δ Ttl为初始温升，δ为温升系数，P为无刷励磁机的氢气压力， AT1为无刷励磁机的转子在T°C时的实际转子温升，ε为不同的核电站现场要求预先设定的温差精度数值，差值越�。蛘飧鼋峁轿咏饬康奈露龋琓0为无刷励磁机的冷风温度。本发明将已知无刷励磁机的特定励磁电流值进行区域划分，再将测量的实时励磁电流值划入相应的特定励磁电流值组成的区域内，利用区域内特定励磁电流值及其对应转子电压和转子电阻子函数关系式及其关系式的权重系数，来得到实时励磁电流值的转子电压和转子电阻子函数关系式，再通过迭代算法得到全工况下无刷励磁机的转子温度，突破了无刷励磁机的转子温度无法进行在线测量的瓶颈，解决了百万级千瓦核电站机组无刷励磁机的转子温度无法在线实时测量的问题，采用间接方式测量无刷励磁机的转子温度，避免了在无刷励磁机的定子上安装探测线圈和测量滑环等装置，简化了测量过程，大大提高了设备运行的可靠性，并减少了维护检修工作量，同时可以实时监视无刷励磁机的转子热应力水平，更准确的掌握机组在实际运行过程中转子热应力区段内的温度变化规律，为确保机组安全运行提供可靠参数信息，对核电站的安全稳定运行十分重要和有意义。
图1本发明的流程示意图。
具体实施方式
图1为本方法的简述步骤说明
101、获取无刷励磁机的特定励磁电流值及其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式；
针对每台发电机转子，厂家在出厂时都会进行相应的实验，以确定一些基本数据， 包括在特定励磁电流值时，其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，由于本方案需要实现实时工况下的转子温度测量，因此需要利用现有的特定励磁电流值，及其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式来求出实时工况下实时励磁电流值及其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，转子厂家根据每个转子的特性，提供每个发电机转子在特定励磁电流值与其所对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，因此首先对厂家提供的当前发电机转子每个特定励磁电流值与其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式进行一一对应， 以确保数据匹配正确，保证得到精确计算结果。
102、对所有特定励磁电流值进行排序后将相邻的两个特定励磁电流值划为一个区域；
设当前无刷励磁机的特定励磁电流值为I1时，其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式为M1,特定励磁电流I2时对应的转子电压和转子电阻子函数关系式为M2 ；特定励磁电流值L时对应的转子电压和转子电阻子函数关系式为Mj ；特定励磁电流值Ι +υ时对应的转子电压和转子电阻子函数关系式为Μ +1)……特定励磁电流值In时对应的转子电压和转子电阻子函数关系式为Μη，然后将所有特定励磁电流值按照从小到大的顺序进行排序，
设=I1CI2......< In
同时将相邻的两个特定励磁电流值划分为一个区域，即
设A0 =
，...... An = (In, + °ο )
这里Ac^A1…，Aj,…，An为各区域。
103、获取实时工况下无刷励磁机的实时励磁电流值并按数值大小划入相应特定励磁电流值组成的区域中；
获取当前工况下无刷励磁机的实时励磁电流值，然后与各区域中的特定励磁电流值进行比较，当实时励磁电流值大于某个区域内左边小特定励磁电流值并且小于或等于右边大特定励磁电流值时，则确定此实时励磁电流值隶属此区域，如
设实时励磁电流值为I，且L < I彡Ι +1)，则实时励磁电流值I的隶属区域为Ki =(Ij，I(j+i)] °
104、利用区域内特定励磁电流值及其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式的权重系数得到实时励磁电流值的转子电压和转子电阻子函数关系式；
设实时励磁电流值为I，其隶属区域内的特定励磁电流值分别为L和Ι +1)，则特定励磁电流值L对应的转子电压和转子电阻子函数关系式％的权重系数为β，特定励磁电流值Ι +1)对应的转子电压和转子电阻子函数关系式Μ +1)的权重系数为α，实时励磁电5流值I对应的转子电压和转子电阻子函数关系式为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)
根据上述公式即得到实时励磁电流值I时，其转子电压Ural和转子电阻R的子函数关系式M。
105、利用上述数据通过迭代算法得到实时工况下无刷励磁机的转子温度。
根据得到的实时励磁电流值I时的Ural和R对应的子函数关系式，通过转子电阻 R和温度呈线性的关系，从而得到Ured = f (I，T)的关系式，即一旦有了输入量I和T (转子温度)，就可以计算得到转子的电压Ural，详细计算过程见下面的公式。
R = R20X (235+T)/(235+20)(4)
Pex = (Ured) 7 (1000 XR)(5)
(4)和(5)式中，T为转子温度，R为转子温度为T°C时的电阻，Pex为此时无刷励磁机的功率，R20为20°C时此无刷励磁机的转子绕组电阻，235为对应此温度下的一个系数。
又因为无刷励磁机的转子温升和无刷励磁机的功率呈以下线性关系
ΔΤ2 = ΔΤ。+( δ/(1+P)) XPex (6)
(6)式中ATtl为无刷励磁机的转子初始温升，δ为温升系数，这两个数据为厂家对此无刷励磁机转子进行性能实验时得到，P为无刷励磁机的氢气压力(此实时变化值根据现场仪表获到)，当转子温度为T时无刷励磁机的转子温升，将此转子温升AT2W 上初始温升ATci即得到当前实时励磁电流值为I时无刷励磁机的转子温度。
为验证转子温度T的精确度，利用厂家提供的当前无刷励磁发电机转子温度T时与转子温升的关系，如下式
Δ T1 = T-T0(7)
I Δ T2- Δ T11 < ε(8)
其中T为转子温度，AT0为初始温升，AT1为转子温度为T°C时无刷励磁机的转子温升的实际值，Ttl为无刷励磁机的冷风温度(此实时数据由现场仪表得到)，ε为根据不同的核电站现场要求预先设定的温差精度数值，差值越小表示精度越高，将(6)式中的ΔΤ2 与AT1进行比较，当I AT2-AT1I > ε时，根据前述比值，由⑷式重新输入T值，再次循环计算比较得到的ΔΤ2，不断假设初始温度T进行反复迭代，直到最后结果满足需要达到的精度，g卩I ΔΤ2-Δ \| < ε，从而实现测量全工况下无刷励磁机的转子温度的目的。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种实时工况下无刷励磁机的转子温度测量方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤1、获取无刷励磁机的特定励磁电流值及其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式；步骤2、将所有特定励磁电流值由小到大进行排序，并将相邻的两个特定励磁电流值划分为一个区域；步骤3、获取无刷励磁机当前的实时励磁电流值I，并根据实时励磁电流值I的大小将其划分到隶属的特定励磁电流值组成的区域中；步骤4、利用下述公式得到实时励磁电流值I对应的转子电压和转子电阻子函数关系式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分别为区域内小特定励磁电流值，与其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，及此转子电压和转子电阻子函数关系的权重系数；Ι +1)、Μ +1)、α分别为区域内大特定励磁电流值，与其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，及此转子电压和转子电阻子函数关系的权重系数；步骤5、基于无刷励磁机的实时励磁电流值I和其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式Μ,利用无刷励磁机的转子温升Δ T2和功率Pra呈线性关系的特征，通过迭代算法，得到无刷励磁机的转子温升Δ T2，将转子温升Δ T2加上无刷励磁机转子的初始温升Δ Ttl即得到无刷励磁机的转子温度。
2.根据权利要求1所述的一种实时工况下无刷励磁机的转子温度测量方法，其特征在于，所述步骤2首先要将无刷励磁机的所有特定励磁电流值与其转子电压和转子电阻子函数关系式进行一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种实时工况下无刷励磁机的转子温度测量方法，其特征在于，所述步骤3中划分实时励磁电流值I所隶属特定励磁电流值区域的方法为当实时励磁电流值大于某个区域内小特定励磁电流值且小于或等于大特定励磁电流值时，即划入此区域。
4.根据权利要求1所述的一种实时工况下无刷励磁机的转子温度测量方法，其特征在于，所述步骤5中的迭代算法过程为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)当⑶式中I AT2-AT1I > ε，则在⑷中重新输入T值再进行计算，直到I AT2-AT1 < ε为止，其中T为转子温度，R表示T°C时的电阻，I^2tl是其在20°C时电阻，Pra表示无刷励磁机的功率，ATtl为初始温升，δ为温升系数，P为无刷励磁机的氢气压力，AT1为无刷励磁机的转子在T°C时的实际转子温升，ε为不同的核电站现场要求预先设定的温差精度数值，差值越�。蛘飧鼋峁轿咏饬康奈露龋琓0为无刷励磁机的冷风温度。
全文摘要
本发明涉及一种实时工况下无刷励磁机的转子温度测量方法，通过现有无刷励磁机现有特定励磁电流值与其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，计算得到实时工况下无刷励磁机的实时励磁电流值及其对应的转子电压和转子电阻子函数关系式，再利用迭代算法，推导出无刷励磁机在实时工况下的转子温度。本发明采用间接方式测量无刷励磁机的转子温度，避免了在无刷励磁机定子上安装探测线圈和测量滑环等装置，简化了测量装置，大大提高了设备运行的可靠性，并减少了维护检修工作量，同时可以实时监视无刷励磁机的转子热应力水平，更准确的掌握机组在实际运行过程中转子热应力区段内的温度变化规律，为确保发电机组安全运行提供可靠参数信息。
文档编号G01K7/00GK102564626SQ20121002501
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者何文广, 刘元, 吴显东, 孙仲华, 孟庆军, 张丽虹, 李妮, 杨砚雄, 牛丽霞, 王勇刚, 王志嘉, 詹相国, 闵礼书, 韦志超, 马吉强 申请人:中国广东核电集团有限公司, 北京广利核系统工程有限公司
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