[发明专利]一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法

说明书

技术领域

本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于风力发电机气隙的实时在线监测方法。

背景技术

发电机定、转子空气间隙(以下简称气隙)是一项重要的电磁参数，它对电机的其它参数、运行性能及技术经济指标有着直接的影响；运行中的发电机，其气隙的均匀性将直接影响电气特性和机械性能的稳定。

为确保大型发电机的安全运行，预防突发性事故的发生，一些国家和有关部门提出，建立一套专门的发电机气隙监测系统，在机组投入试运行时和正式投产之后对气隙进行反复测量，为运行、检修提供一系列的预防性数据，并为机组的优化设计提供相应的验证。

目前，我国风力发电机空气间隙的测量水平还较低，一般都是在机组安装调整过程中，用塞尺对气隙作定点静态测量，而对运行中风力发电机的气隙进行动态地实时监测，在现有的公开资料中几乎没有。

国际上对运行中的风力发电机气隙实施动态监测也很少见，但也仅仅是从水轮机的气隙监测系统直接移植过来。该系统主要是以平板式电容传感器(以下简称为传感器)来监测气隙的变化。在该类监控方法中，其平板式电容传感器以粘贴方式安装在定子铁芯上，其安装的数量通常以用户要求而定。来自平板式电容传感器的测量信号，由采集单元采集、传输，并由计算机和软件控制测量模态和进行过程分析，及贮存和记录其测量数据。

现在单台风力发电机的发电容量越来越大，从最初的几个千瓦(KW)到现在的几个兆瓦(MW)，且6MW的风力发电机机组已经试验成功。但是随之带来了很多其他的问题，如风力发电机的体积越来越大，重量越来越重，定子与转子之间的间隙也越来越大，电机的相对效率也越来越低。为了减少发电成本，提高发电效率，降低发电机气隙是十分有效的方法，但电机出现故障时，损失也会加大，维护费用也会提高，因此风力发电机气隙在线监测越来越有必要。

发电机气隙监测系统主要功能应该包括：测量定、转子的静态气隙变化，转子变形和滑移，定子膨胀的不均匀度，单个磁极极靴形状，定、转子圆度和同心度，开机和停机过程中的动态分析，特殊试验工况下(不同风速、转速、负载等)动态气隙的变化，间隙最小值报警和停机跳闸设定等，其监测信号通常以4～20mA的模拟量形式进行输出。

而现有的发电机气隙动态实时监测方案是在定子内壁上沿四周方向均匀安装4只传感器(当转子直径大于7.5m时，推荐安装8只传感器)，传感器可安装在定子内壁的上端、下端或中部，也可上、下两端同时安装(主要取决于现场的方便和用户的测量要求)。目前，采用比较多的是加拿大VibroSystM公司的AGM系统，该系统采用的是平板电容传感器，是目前世界上比较完善和成熟的气隙测量系统。

VibroSystM公司的AGM系统可以测量风力发电机气隙，采用的是在定子表面设置空间气隙传感器(平板电容式)，其空气间隙传感器为平板电容式传感器，其平板电容式传感器本身相当于是电容的一个极板，另一个极板则是发电机的磁极。

由电容量计算公式：

C=ϵSd=ϵ0ϵrSd]]>

(其中：S-电容极板面积；ε-介电常数；C-电容容值；d-电容极板间距离)

可知：

当电容的两个极板面积S一定，且两极板之间的介电常数ε一定时，两极板间的电容量与两极板间的距离成反比，空气间隙传感器就是应用这一原理监测设置在定子表面的传感器到磁极表面的距离，从而反映出气隙大小。

但是使用前述的空间气隙传感器(平板电容式)测量风力发电机气隙还是存在许多问题：

1)、测量精度不高：全量程范围仅能保证在3％的测量精度；

2)、温度性能不好：工作范围仅在0℃～125℃，温度变化引起的测量值变化较大；

3)、寄生电容影响大：