转子绕组温升测试的修正方法与流程

本发明涉及一种转子绕组温升测试的修正方法。

背景技术：

转子绕组热态温度是大型发电机重要的性能指标，它关系到转子的发热和散热、损耗和效率、发电机的能否正常运行、发电机的使用寿命等。由于发电机运行工况的温度环境不同，发电机专业引入“温升”的技术性能指标，即绕组温度与冷却介质温度之差来进行考核。

大型同步发电机转子热态温度的测试方法是电阻法，即利用电阻阻值的变化与电阻温度的变化为特定比例关系来确定转子热态温度。但是部分发电机的转子按照电阻法确定的转子绕组热态测试值偏高，且与设计计算值不吻合。有的发电机测试的转子绕组热态温度与定子绕组测试的温度相差30K，按照设计计算和实践经验，定子绕组与转子绕组温度偏差如此之大是不正常的。通过现场试验、分析研究，查找出引起这种误差是由于：转子冷态电阻和热态电阻的测试位置不同，即转子冷态电阻和热态电阻不是同一电阻，而利用同一电阻下的电阻法计算公式确定的温度必然会存在偏差。

技术实现要素：

本发明提出一种转子绕组温升测试的修正方法，用以修正由于冷态电阻和热态电阻的测试位置不同而引起转子温升测试的偏差问题，本发明的技术方案为：一种转子绕组温升测试的修正方法，

第一步，在不同运行工况下，进行三次发电机温升试验

在不同运行工况下，进行三次发电机温升试验；三次试验转子输入功率在80％P_f1<P_f2<95％P_f1、80％P_f2<P_f3<95％P_f2范围内，且最大的功率点P_f1接近额定转子功率P_fN；其中P_f1、P_f2、P_f3为三次温升试验的转子输入功率,P_fN为额定转子功率；

发电机温升试验时测试发电机输出功率、滑环处转子电压、转子直流电流、每个空气冷却器的冷风温度；

第二步，计算转子输入功率，转子热态平均温升

a)转子输入功率的计算

转子输入功率是滑环处的直流电压与转子直流电流之积，见公式(1)：

P_f＝U_f×I_f×10^-3 (1)

式中：

P_f：转子输入功率，单位：kW；

U_f：滑环处的转子直流电压，单位：V；

I_f：转子直流电流，单位：A；

b)冷却介质平均温度的计算

把所有空气冷却器的冷风温度取平均值，作为冷却介质平均温度，见计算公式(2)：

t_(-)＝(t₁+t₂+…+t_n)/n (2)

式中：

t_(-)：冷却介质平均温度，单位：℃；

t₁+t₂+…+t_n：所有空气冷却器的冷风温度，单位：℃；

n：所有空气冷却器数量；

c)转子热态平均温度的计算

转子热态平均温度利用热态转子电阻及电阻法公式进行确定；发电机温升试验各部件达到热稳定后，把滑环电压与转子电流的商，作为热态转子电阻值，见计算公式(3)；

R_f2＝U_f/I_f (3)

式中：

R_f2：热态转子绕组电阻值，Ω；

U_f：滑环处转子电压，V；

I_f：转子电流，A；

按电阻法的计算公式确定转子热态平均温度，电阻法公式见下式(4)：

t_f2＝R_f2×(t_f1+235)/R_f1-235 (4)

式中：

R_f1：冷态时实测的转子绕组电阻，Ω；

R_f2：热态转子绕组电阻，Ω；

t_f1：对应R_f1实际冷态的转子绕组温度，℃；

t_f2：热态转子绕组温度，℃；

235：铜绕组导体材料在0℃时电阻温度系数的倒数；

d)转子平均温升的计算

转子热态平均温度与冷却介质空气的差值，作为测试的转子绕组温升，见下式(5)：

Δt＝t_f2-t_(-) (5)

式中：

Δt：热态绕组温度温升测试值，k；(温度单位为℃，温差单位为k)

t_f2：热态转子绕组温度，℃；

t_(-)：冷却介质平均温度，单位：℃；

第三步，绘制转子温升曲线，确定修正系数

以转子功率P_f为横坐标，以转子温升Δt为纵坐标，把三次温升试验的转子温升数据绘制在一张坐标图上，并把三点线性连接成曲线；该温升曲线线性延长，延长线交于纵轴，令交点与原点的距离为h，h即为修正系数；

根据h的大小，判定是否需要修正的转子温升，h为修正系数，即曲线延长线的纵轴交点与原点的距离：

a)h≤5k，不需要修正转子温升；

b)h>5k，需要修正转子温升；

第四步，确定转子绕组温升的实际值

转子温升的测试值与修正值之差，作为转子温升实际值。根据修正系数h，转子绕组温升的实际值公式为：

Δt'＝Δt-h (6)

式中：

Δt'——修正的转子平均温升，k；(温度单位为℃，温差单位为k)

Δt——热态转子平均温升测试值，k；

h——修正系数，k。

技术效果：

本发明涉及一种转子绕组温升测试的修正方法，用以修正由于冷态电阻和热态电阻的测试位置不同而引起转子温升测试的偏差问题，本发明具有以下技术效果：

1)本发明针对电阻法测温在发电机转子应用的实际情况进行技术改进的；

旋转电机转子冷态电阻和热态电阻的测试位置是不同的；转子冷态电阻是旋转电机在冷状态下，使用双臂电桥等仪器测试的，一般在转子引线末端位置或者引线固定螺栓处如图1中所示，进行测试；热态电阻是在滑环上通过滑环电压和转子电流确定的，由于滑环旋转，转子电压电流随测点的变化而变化，热态电阻也随之变动，热态电阻是一个变动的数值。由于转子滑环是在旋转的特殊性，冷、热电阻的测试方法不同，冷、热状态电阻不是同一电阻，应用电阻法测温，必然引起转子温升测试的偏差。

2)本发明提出三次温升试验是进行转子温度修正的基础；

实际运行中，电机转子和冷却介质组成相对独立的热力系统；转子输入功率引起转子发热、温度的上升，一定的输入功率，引起一定的温升；当输入功率为零时，温升也接近为零；如果转子在温升不为零，偏差很大，说明通过电阻法计算过程中产生偏差。

本发明提出了通过三次温升试验，三次转子输入功率在80％P_f1<P_f2<95％P_f1、80％P_f2<P_f3<95％P_f2范围内，且最大的功率点P_f1接近额定转子功率P_fN。这种技术方案最大试验工况接近额定工况，使修正值接近实际工况，减少了偏差。

3)本发明确定了修正系数，提出了转子温度修正方法

本发明根据三次温升试验，以转子功率P_f为横坐标，以转子温升Δt为纵坐标，把三次温升试验的转子温升数据绘制在一张坐标图上，并线性连接成曲线。该温升曲线向横坐标线性延长，延长线交于横轴于点a，令交点a与原点0的距离为h，h即为修正系数。

不同的发电机，不同的转子结构和引线连接方式，冷、热态的电阻偏差也是不同的，有的电阻偏差略大，有的电阻偏差微小，电阻偏差大小引起温升偏差大小是不同的。如果h非常小，说明冷、热态的电阻偏差也非常小，则修正意义不大，还会产生误差。当h>5k，需要修正转子温升，修正值为h。

转子温升的测试值与修正值之差，作为转子温升实际值。根据修正系数h，转子绕组温升的实际值公式为：Δt'＝Δt-h。

附图说明

图1是滑环示意图。

图2是不需要修正的转子温升图(h＝2k)。

图3是需要修正的转子温升图(h＝13k)。

具体实施方式：

本发明提出一种转子绕组温升测试的修正方法，用以修正由于冷态电阻和热态电阻的测试位置不同，如图1所示，转轴1、滑环2、引线3、引线端部固定螺栓4；位置A:热态转子滑环电压测试位置；位置B:转子冷态直流电阻测试位置，而引起转子温升测试的偏差问题，本发明的具体实施方式如下：

第一步，在不同运行工况下，进行三次发电机温升试验

在不同运行工况下，进行三次发电机温升试验，三次转子输入功率在80％P_f1<P_f2<95％P_f1、80％P_f2<P_f3<95％P_f2范围内，最大的功率点P_f1接近额定转子功率P_fN；P_f1、P_f2、P_f3为三次温升试验的转子输入功率,P_fN为额定转子功率。

在每一次温升试验时，要求冷却介质的流量在2小时内变化±1％之内；发电机的功率输出在1小时内变化±1％之内；发电机的电压和频率都应在1小时内变化±0.5％之内。温升试验结束时，采集测试数据需要发电机达到热稳定，即发电机各部件每小时的温度变化小于0.5K(K为温差单位)。

发电机温升试验测试发电机输出功率、滑环处转子电压、转子直流电流、每个空气冷却器的冷风温度。

第二步，计算转子输入功率，转子热态平均温升

a)转子输入功率的计算

转子输入功率是滑环处的直流电压与转子直流电流之积，见公式(1)：

P_f＝U_f×I_f×10^-3 (1)

式中：

P_f：转子输入功率，单位：kW；

U_f：滑环处的转子直流电压，单位：V；

I_f：转子直流电流，单位：A。

b)冷却介质平均温度的计算

把所有空气冷却器的冷风温度取平均值，作为冷却介质平均温度，见计算公式(2)：

t_(-)＝(t₁+t₂+…+t_n)/n (2)

式中：

t_(-)：冷却介质平均温度，单位：℃；

t₁+t₂+…+t_n：所有空气冷却器的冷风温度，单位：℃；

n：所有空气冷却器数量；

c)转子热态平均温度的计算

转子热态平均温度利用热态转子电阻及电阻法公式进行确定。

发电机温升试验，各部件达到热稳定后，把滑环电压与转子电流的商，作为热态转子电阻，见计算公式(3)；

R_f2＝U_f/I_f (3)

式中：

R_f2：热态转子绕组电阻值，Ω；

U_f：滑环处转子电压，V；

I_f：转子电流，A。

按电阻法的计算公式确定转子热态平均温度，电阻法公式见下式(4)：

t_f2＝R_f2×(t_f1+235)/R_f1-235 (4)

式中：

R_f1：冷态时实测的转子绕组电阻，Ω；

R_f2：热态转子绕组电阻，Ω；

t_f1：对应R_f1实际冷态的转子绕组温度，℃；

t_f2：热态转子绕组温度，℃；

235：铜绕组导体材料在0℃时电阻温度系数的倒数。

d)转子平均温升的计算

转子热态平均温度与冷却介质空气的差值，作为测试的转子绕组温升，见下式(5)：

Δt＝t_f2-t_(-) (5)

式中：

Δt：热态绕组温度温升测试值，k；(温度单位为℃，温差单位为k)

t_f2：热态转子绕组温度，℃；

t_(-)：冷却介质平均温度，单位：℃；

第三步，绘制转子温升曲线，确定修正系数

以转子功率Pf为横坐标，以转子温升Δt为纵坐标，把三次温升试验的转子温升数据绘制在一张坐标图上，并线性连接成曲线，如图2、图3所示。该温升曲线向纵坐标线性延长，延长线交于纵轴于点a，令交点a与原点0的距离为h；根据h的大小，判定是否需要修正的转子温升，进行如下的规定：

a)如图2所示，h≤5k，不需要修正转子温升；

b)如图3所示，h>5k，需要修正转子温升；

第四步，确定转子绕组温升的实际值

温升试验转子温升的测试值与修正值之差，作为转子温升实际值。根据修正系数h(即曲线延长线的纵轴交点与原点的距离)，

转子绕组温升的实际值，见公式：

Δt'＝Δt-h (6)

式中：

Δt'——修正的转子平均温升，k；(温度单位为℃，温差单位为k)

Δt——热态转子平均温升测试值，k；

h——修正系数，k。