一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法
【专利摘要】一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，属测量领域。其在发电机定子表面，设置至少四个径向电涡流传感器；在发电机定子轴向方向上设置一个轴向电涡流传感器；在发电机转轴径向位置的机体或机架上设置一个键相传感器；其径向、轴向电涡流传感器和键相传感器的信号输出端与风力状态监测及采集设备的信号输入端分别对应连接；风力状态监测及采集设备读取采样结果进行处理计算，然后将处理后的结果通过以太网口上传到服务器的数据库中，局域网内的工作站或者远程的工作站可以访问服务器中的数据库，实时查看风力发电机的实时气隙数据，并可以通过气隙监测系统软件控制所述风力状态监测及采集设备进行不同工作方式或工作模式的切换。
【专利说明】-种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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6丽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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] VibroSystM公司的AGM系统可以测量风力发电机气隙，米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。
[0010] 由电容量计算公式：
[0011]
【权利要求】
1. 一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，包括监测设置在定子上的传感 器到转子磁极表面的距离，从而测量出风力发电机定、转子之间的气隙大小；其特征是： 在所述风力发电机的定子表面，沿其圆周设置至少四个径向电涡流传感器，用于测量 所述风力发电机定子和转子之间的径向气隙； 在所述风力发电机的定子轴向方向上设置至少一个轴向电涡流传感器，用于测量风力 发电机定子和转子之间的轴向气隙； 在所述风力发电机转轴径向位置的机体或机架上，固定设置一个键相传感器，用于进 行键相识别或转速测量； 在与所述键相传感器的安装位置相对应的风力发电机转轴上，设置一个金属质凸台， 当所述的金属质凸台随所述的转轴转动至所述键相传感器所在的位置时，所述的金属质凸 台非接触式地触发所述的键相传感器输出一次键相信号。 其所述径向电涡流传感器、轴向电涡流传感器和键相传感器的信号输出端，与风力状 态监测及采集设备的信号输入端分别对应连接； 所述的风力状态监测及采集设备，至少包括模拟整形电路、A/D转换器、可编程门阵列 逻辑单元FPGA和嵌入式处理器单元ARM ;具有实时采样、同步整周期采样、数字滤波及FFT 频谱分析功能。 所述的风力状态监测及采集设备，将所述各电涡流传感器的输出信号经模拟整形电路 处理后送入A/D转换器，由可编程门阵列逻辑单元FPGA控制A/D转换器进行快速采样，采 集一定的数量点数后，嵌入式处理器单元ARM从可编程门阵列逻辑单元FPGA读取采样结果 进行处理计算，然后将处理后的结果通过以太网口上传到服务器的数据库中； 所述的服务器连接到局域网、广域网或互联网，局域网内的工作站或者远程的工作站 可以通过局域网、广域网或互联网访问所述服务器中的数据库，实时查看风力发电机的实 时气隙数据，并可以通过气隙监测系统软件控制所述风力状态监测及采集设备进行不同工 作方式或工作模式的切换。
2. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所 述的径向电涡流传感器，与所述风力发电机定子纵向轴线相垂直地设置在所述风力发电机 定子的表面，其所述的径向电涡流传感器通过螺纹连接的方式固定在所述风力发电机定子 的表面。
3. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所 述的径向电涡流传感器设置在风力发电机定子与转子相对部分的定子表面，其所述径向电 涡流传感器的表面或端面，低于所述定子外表面的轮廓圆周线，以防止在定子套装时碰到 径向电涡流传感器探头而导致径向电涡流传感器探头的损坏。
4. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所 述的轴向电涡流传感器，与所述风力发电机定子纵向轴线相平行地设置在所述风力发电机 定子端部的表面，其所述的轴向电涡流传感器通过螺纹连接的方式固定在所述风力发电机 定子端部的表面。
5. 按照权利要求3或4所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征 是在所述的定子套装后，通过所述的螺纹连接结构，分别调整所述径向或轴向电涡流传感 器的位置，使得所述径向或轴向电涡流传感器的输出值在量程的中点附近。
6. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所 述的键相传感器为电涡流传感器、有源磁电式传感器或者非接触式接近开关；所述的键相 传感器与所述发电机转轴之间成径向设置。
7. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所 述的键相传感器用于在进行气隙监测时提供键相信号，用来对发电机定、转子径向或轴向 气隙信号进行计算和分析，也可以用于提供一个转速测量信号。
8. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所 述的气隙监测系统软件具有采样方式选择，实时监测，输出气隙棒图、时域波形、频域波形、 时域雷达图或定、转子气隙趋势图，计算出转子的轴心位置，绘制出转子的轴心轨迹，测量 数据分析和根据分析的数据及结果生成气隙监测报告的功能。
9. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所 述的不同工作方式或工作模式至少包括采样方式的选择、采样周期的调整、FFT频谱分析参 数的设定、同步整周期采样模式的切换以及输出图形种类的切换。
10. 按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是 测量风力发电机气隙的方法，基于所述电涡流传感器具有的非接触、高线性度和高分辨力 性能，通过所述的风力状态监测及采集设备，实现风力发电机定、转子气隙的出厂前测试、 现场运转前测试和运行过程中的实时监测。
【文档编号】G01B7/14GK104154853SQ201410425296
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】徐健 申请人:上海瑞视仪表电子有限公司