[发明专利]船舶发电机定子铁心的状态监测和故障预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及发电机状态的监测，具体地指一种船舶发电机定子铁心的状态监测和故障预警方法。

背景技术

发电机是一种机电能量转换机构，在能量转换过程中不可避免地要产生损耗，这些损耗最终绝大部分变成热量，冷却介质将其中一部分带走，其余的将使电机各部分温度升高。发电机损耗按产生的部位划分可以分为铁心损耗、绕组损耗和机械损耗三大类。定子铁心损耗与绕组损耗在整个电机损耗中占有相当大比重。电机过负荷运行、不对称运行、冷却系统故障、铁心故障、绝缘故障等都会引起电机定子铁心过热，使其温升增加。定子铁心温度过高，将会加速铁心和定子线圈的老化，影响电机使用寿命及运行可靠性。因此对定子铁心温升的在线监测具有重要意义。

目前船舶发电机定子铁心的热监测主要是靠发电机中装有的温度传感器实现的。对于空冷发电机，在定子铁心中间段及边段均埋置了若干电阻式检温计或热偶式检温计。故障报警方法以阈值方式实现，即温度超过某一报警值时，监控系统给出报警信号。需要指出的是，阈值反映的只是冷却系统及绝缘材料所能承受的温度，不是为发电机状态监测和故障预警目的所制定的直接判据。

发电机的额定温升，可以作为表征发电机状态的重要指标。而目前船舶监控系统测定的温升，只是反映了发电机在不同工况状态下的实时温升，不能用做表征发电机状态的指标。发电机的温升是电机各项损耗与冷却系统热交换作用的结果，温升的高低、温升速度的快慢与各运行点的热源损耗和热阻、热容有关。热源损耗由涡流损耗、杂散损耗、绕组损耗、风摩损耗等组成，热阻的大小与相应点的风速、绝缘厚度、绝缘材质、散热面积等因素相关。目前监控系统根据实时温升得不出电机结构参数，因而也就无法判断发电机系统状态是否正常。例如定子绕组发生少股匝线匝间短路或个别风道堵塞，引起的电机局部过热。船舶发电机为确保运行安全，会留出充足裕量，因此发电机不会工作在额定工况。因此监测的温度虽然有一定程度上升，但并不会达到报警阈值，电机仍然可以正常工作。此时监控系统测得的温升，不是发电机的额定温升，不能用作表征发电机系统状态的指标。监控人员无法根据电机运行参数和监测点温度情况做出发电机处于不良运行状态的预判。因此现有的故障报警存在一定的缺陷。

为改进船舶发电机状态监测和故障预警设计，目前主流思路是：首先从理论上建立发电机定子铁心温升与发电机结构和运行参数之间的统一模型，然后以正常运行时不同稳定工况下的大量实际数据为基础，用最小二乘法对模型进行辨识，通过辨识得到的定子铁心温度模型计算发电机在不同运行状态下定子铁心温度的标准值。发电机工作时，通过监控系统测得的温度与当前工况下计算得到的标准值作比较。若高于所设定的阈值，则温度监控系统报警。基于上述思路，只需提前对温升模型进行辨识，然后通过对辨识的模型计算标准值即可。根据此种思路，定子铁心温升辨识只需对定子稳态模型进行研究，并且辨识工作只在发电机安装运行前进行即可。

然而，上述思路有3个不足之处，一是：温升所设定的阈值是任意设定的，不同发电机、不同电机部位的阈值是不相同的，阈值的设定不科学。二是：定子铁心的温升与发电机众多结构参数相关，不同参数的波动对铁心的温升影响可以相互抵消，单纯通过传感器测得的温度与计算的标准值作比较，只能初步判定发电机状态。 三是：上述思路，只确定了发电机在该工况下的标准温升，根据标准温升与实际温升的差值，判定发电机状态。没有考虑发电机在该状态下的结构参数变化情况。

发明内容

本发明在上述现有技术基础上，提供一种船舶发电机定子铁心的状态监测和温度预警方法。该方法通过监测、采集发电机工况变换时的各项电气参数值和热参数变化值，运用系统辨识方法，对发电机定子铁心暂态温升模型进行参数辨识，通过对辨识得到的各模型参数进行数据分析确定可信值范围，作为系统报警判定条件。同时，对辨识模型计算发电机额定温升，综合考虑参数指标和额定温升指标，对发电机定子心状态进行准确的评估及故障预警。

实现本发明方法采用的技术方案是：一种船舶发电机定子铁心的状态监测和温度预警方法，包括：

1）建立船舶发电机定子铁心温升与发电机结构、运行参数的暂态温升数学模型； 

2）当船舶发电机工况发生变化时，采集发电机运行时的数据作为样本数据，运用最小二乘法对所建的定子铁心暂态温升模型进行参数辨识；

 3）通过动态判定和静态判定的方法综合判定发电机状态，实现对发电机定子铁心故障的预警；

所述动态判定方法包括：