一种汽轮发电机绝缘热老化寿命预测方法及系统

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一种汽轮发电机绝缘热老化寿命预测方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种汽轮发电机绝缘热老化寿命预测方法及系统，尤其涉及一种汽轮发电机绝缘的热老化累积寿命损耗和剩余热老化寿命的在线预测方法及系统，应用于汽轮发电机的寿命管理，属于汽轮发电机的技术领域。
背景技术
[0002] 绝缘热老化是汽轮发电机绕组损坏的原因之一，汽轮发电机定子绕组和转子绕组均有绝缘热老化问题，考虑到汽轮发电机定子绕组的工作电压比转子绕组高，定子绕组绝缘热老化问题更为严重，汽轮发电机绝缘热老化寿命的在线预测以汽轮发电机定子绕组为监测对象。目前为了监视发电机定子绕组的运行状态，安装有定子绕组温度测量元件，不同型号的汽轮发电机，大多在发电机的汽轮机侧定子槽部上下层绕组之间埋设热电阻测温元件每槽1个，监测定子绕组绝缘工作温度，由于发电机定子绕组绝缘热老化累积寿命损耗同绝缘的工作温度和累计工作时间有关，在线预测不同槽定子绕组绝缘的热老化剩余寿命，还没有合适的方法和系统可供使用。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种在线计算和预测汽轮发电机定子绕组绝缘热老化剩余寿命的火电厂烟气脱硫系统烟气余热回收高效节能装置。
[0004] 为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统，其特征在于，由绝缘热老化寿命预测的计算/应用服务器、数据库服务器、外部系统接口、各定子槽定子绕组上下层之间埋设热电阻测温元件、网页服务器和用户端浏览器组成，网页服务器分别与数据库服务器和每个用户端浏览器连接，计算/应用服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过外部系统接口与各定子槽的定子绕组热电阻测温元件连接。
[0005] 一种汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统，其特征在于，所述的各定子槽定子绕组上下层之间埋设热电阻测温元件采用铜电阻或铂电阻，大多在发电机的汽轮机侧定子槽部上下层绕组之间埋设，用来在线监测各定子槽内定子绕组绝缘的工作温度。
[0006] 一种应用于汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统的在线预测方法，其特征在于，采用C语言编写的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测的计算机软件运行在计算/应用服务器上，应用于汽轮发电机定子绕组绝缘热老化剩余寿命的预测，其方法为：
[0007] 第一步：输入基础数据
[0008] 在数据库服务器内输入汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统投入使用运行之前汽轮发电机的累计运行小时数SHo，并从数据库服务器调用汽轮发电机定子绕组在不同温度段的统计频数；
[0009] 第二步：计算各温度段的累计工作小时数τi
[0010] 分以下两种情况计算汽轮发电机定子绕组绝缘在各温度段的累计工作小时数τi：
[0011] (1)汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统与汽轮发电机同时投入商业运行，已知记录温度的时间间隔Δτ分钟和在各温度段的统计频数mi，汽轮发电机定子绕组绝缘在各温度段的累计工作小时数τi为：
[0012]
[0013] (2)对于汽轮发电机投入商业运行若干年后再配置汽轮发电机绝缘热老化寿命预测系统的情况，已知记录温度的时间间隔Δτ分钟和各温度段的统计频数mi，计算得出汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统投入使用后汽轮发电机定子绕组绝缘在各温度段的累计工作小时数τi1为：
[0014]
[0015] 又知汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统投入使用运行之前汽轮发电机的累计运行小时数SHo，计算得出汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统投入使用之前，汽轮发电机定子绕组在各温度段的累计工作小时数τi0为：
[0016]
[0017] 从汽轮发电机投入商业运行算起，汽轮发电机定子绕组在各温度段的累计工作小时数τi为：
[0018] τi＝τi0+τi1；
[0019] 第三步：计算热力学绝对温度Ti
[0020] 把在线监测的定子绕组在各温度段的温度组中值ti℃换成热力学绝对温度Ti，单位K，其计算公式表示为：
[0021] Ti＝273+ti
[0022] 式中，ti为以摄氏温度表示的在线监测的定子绕组在各温度段的温度组中值(如
81℃至85℃温度段的温度组中值为83℃，再如86℃至90℃温度段的温度组中值为88℃)。
[0023] 第四步：计算各温度组中值对应的绝缘热老化寿命thi
[0024] 对应不同工作温度Ti的大功率汽轮发电机定子绕组绝缘的热老化寿命thi的计算公式表示为：
B/Ti
[0025] thi＝A×e
[0026] 式中，Ti为定子绕组的工作温度，取热力学绝对温度，单位K；A和B为常数，根据多年从事汽轮发电机定子绕组F级绝缘寿命预测技术研究积累的经验，采用可靠性分析、数理统计和非线性回归分析方法，得出F级绝缘对应可靠度为95％的试验常数A和B的
8 8
取值，试验常数A的取值范围为1.1735×10 ～1.7735×10，试验常数B的取值范围为
4 4
1.131491×10 ～1.191491×10，把各温度Ti对应的定子绕组绝缘热老化寿命thi作为数据文件编入汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测的计算机软件；
[0027] 第五步：计算各温度段的绝缘热老化损耗Ehi
[0028] 汽轮发电机定子绕组绝缘在各温度段的绝缘热老化寿命损耗Ehi的计算公式表示为：
[0029]
[0030] 第六步：计算绝缘热老化累积寿命损耗Eh
[0031] 汽轮发电机定子绕组绝缘热老化累积寿命损耗Eh的计算公式表示为：
[0032]
[0033] 第七步：确定绝缘热老化累积寿命损耗的界限值Dch
[0034] 对于汽轮发电机定子绕组，寿命管理主要考虑热老化寿命损耗与电老化寿命损耗。大量汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命和电老化寿命的计算结果表明，在汽轮发电机的服役期，对于定子绕组绝缘，热老化累积寿命损耗约占总寿命损耗的四分之一，定义汽轮发电机定子绕组绝缘的热老化累积寿命损耗的界限值Dch为Dch＝0.25。
[0035] 第八步：计算绝缘热老化寿命损耗速率eh
[0036] 汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命损耗速率eh的计算公式表示为：
[0037]
[0038] 第九步：计算绝缘剩余热老化寿命Hrlh
[0039] 汽轮发电机定子绕组绝缘的剩余热老化寿命Hrlh的计算公式表示为：
[0040]
[0041] 第十步：推荐检修处理措施
[0042] 根据汽轮发电机定子绕组绝缘剩余热老化寿命Hrlh的预测结果，推荐计划检修中汽轮发电机定子绕组绝缘的检修处理措施为：
[0043] 1.Hrlh＜7000h，建议1年内安排计划大修，予以检修或更换；
[0044] 2.7000h≤Hrlh＜28000h，建议1年后但4年内安排计划大修，予以检修或更换；
[0045] 3.28000h≤Hrlh＜56000h，建议下次计划大修中，予以检查并进行定子绕组绝缘老化鉴定试验；
[0046] 4.Hrlh≥56000h，建议按电厂《检修规程》进行电气预防性试验，继续观察；
[0047] 第十一步：输出并打印汽轮发电机定子绕组绝缘剩余热老化寿命的预测结果和所推荐的检修处理措施。
[0048] 本发明具有以下特点
[0049] 1.在绝缘热老化寿命预测的计算/应用服务器上安装采用C语言编写的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测的计算机软件，根据软件设定的时间间隔，从数据库服务器中读取汽轮发电机定子绕组绝缘在不同温度段的频数的统计数据，计算汽轮发电机定子绕组绝缘在不同温度段的累计工作时间，计算汽轮发电机定子绕组绝缘的热老化累积寿命损耗，计算汽轮发电机定子绕组绝缘的剩余热老化寿命，计算分析得出的结果，再送到数据库服务器保存，供网页服务器调用；
[0050] 2.数据库服务器存放两类数据：
[0051] 第一类数据为汽轮发电机定子绕组绝缘工作温度的数据，记录汽轮发电机定子绕组绝缘工作温度的时间区段从每次并网开始，到机组解列结束。汽轮发电机共保存若干个温度段数据，41℃至90℃每隔1℃至9℃作为工作温度频数统计的1个温度段，40℃以下作为一个温度段，91℃以上测量到的实际温度数据存入数据库。每隔10分钟至60分钟保存一次工作温度的数据，建议每隔30分钟保存一次工作温度的数据，为绝缘热老化寿命在线预测提供基础数据；
[0052] 第二类数据为汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测结果，包括机组编号、定子槽编号、累计运行小时、绝缘热老化累计寿命损耗、绝缘热老化寿命损耗速率、绝缘剩余热老化寿命、推荐的检修处理措施，供网页服务器调用；
[0053] 3.外部系统接口的功能是把一台汽轮发电机各槽定子绕组(如42个槽或54个槽)绝缘的工作温度，按软件设定每隔10分钟至60分钟存入数据库服务器。
[0054] 4.汽轮发电机定子绕组绝缘的工作温度采用热电阻测温元件测量，各定子槽热电阻测温元件采用铜电阻或铂电阻，大多在发电机的汽轮机侧定子槽部上下层绕组之间埋设，用来在线监测各定子槽内定子绕组绝缘的工作温度。
[0055] 5.汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测的结果在网页服务器上发布，根据浏览器端用户(即电厂技术人员)发出的请求，网页服务器做出动态响应，通过调用数据库服务器中的绝缘热老化寿命预测的实时计算结果，在网页服务器上形成汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测的结果页面，返回给浏览器端用户。
[0056] 6.用户端浏览器的功能是查看汽轮发电机的不同编号定子槽的定子绕组绝缘热老化寿命预测结果。
[0057] 本发明实现了汽轮发电机定子绕组绝缘热老化累积寿命损耗的在线实时计算和剩余热老化寿命的在线实时预测。
[0058] 本发明的优点是在汽轮发电机的使用阶段可以定量地预测汽轮发电机定子绕组绝缘的剩余热老化寿命，为汽轮发电机定子绕组绝缘的热老化寿命的在线管理提供了技术手段。采用本发明提供的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测的方法和系统，可以使汽轮发电机定子绕组绝缘的热老化寿命处于受控状态，实现了依据汽轮发电机定子绕组绝缘的剩余热老化寿命来安排定子绕组绝缘的试验、检修与更换，既可以确保汽轮发电机定子绕组绝缘的安全运行，又可以充分使用汽轮发电机定子绕组绝缘的剩余热老化寿命，达到了安全与经济地使用汽轮发电机定子绕组绝缘的技术效果。
附图说明
[0059] 图1为本发明绝缘热老化寿命预测系统的方框图；
[0060] 图2为本发明绝缘热老化寿命预测所采用方法的流程图；
[0061] 图3为本发明绝缘热老化寿命预测所采用的计算机软件框图。
具体实施方案
[0062] 如图1所示，为汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命预测系统，由绝缘热老化寿命预测的计算/应用服务器及软件1、数据库服务器2、外部系统接口3、定子槽的定子绕组绝缘热电阻测温元件4、网页服务器5、用户端浏览器6组成。
[0063] 网页服务器5分别与数据库服务器2和用户端浏览器6连接，计算/应用服务器1与数据库服务器2连接，数据库服务器2通过外部系统接口3分别与发电机定子槽内定子绕组热电阻测温元件4连接。
[0064] 如图2所示，为本发明提供方法的流程图。如图3所示，为采用C语言编写的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化在线寿命预测的计算机软件框图，该软件安装在汽轮发电机绝缘热老化在线寿命预测的计算/应用服务器上。本发明提供的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测方法和系统，适用于汽轮发电机各槽定子绕组绝缘剩余热老化寿命的预测。
[0065] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0066] 实施例
[0067] 某型号600MW汽轮发电机定子绕组共有42槽，采用图1所示汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统，采用图2所示的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测方法的流程图和图3所示的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测的计算机软件，运行在发电厂控制中心的计算/应用服务器上。对该型号汽轮发电机42个定子槽绕组，在机组并网运行期间，数据库每隔30分钟保存定子绕组温度数据，41℃以上(41℃至
90℃)每隔5℃作为一个温度段，40℃以下作为一个温度段，91℃以上监测到的实际温度存入数据库。对于该型号600MW汽轮发电机20号槽定子绕组绝缘进行热老化寿命预测，得出该600MW汽轮发电机20号槽定子绕组热老化累积寿命损耗和剩余热老化寿命。
[0068] 第一步：该600MW汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统与汽轮发电机同时投入商业运行，该汽轮发电机投运前三年累积运行21300小时。各槽定子绕组记录温度在41℃以上(41℃至90℃)每隔5℃作为一个温度段，40℃以下作为一个温度段，91℃以上以实际温度数据存入数据库。从数据库服务器调用20号槽定子绕组各温度段频数的统计结果表示在表2；
[0069] 第二步：该汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统记录温度的时间间隔Δτ＝30分钟，该型号汽轮发电机20号定子绕组在各温度段的累计工作小时数的计算公式为：
[0070]
[0071] 该型号汽轮发电机20号槽定子绕组在各温度段的累计工作小时τi的计算结果列于表2；
[0072] 第三步：已知该600MW汽轮发电机20号槽定子绕组各温度段的温度组中值ti，按照Ti＝273+ti计算得出热力学绝对温度Ti列于表2；
[0073] 第四步：该600MW汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测系统的数据文件中，已保存事先计算好的对应各温度Ti的定子绕组绝缘的热老化寿命thi；
[0074] 第五步：计算得出该600MW汽轮发电机20号槽定子绕组在各温度段热老化寿命损耗Ehi的计算结果列于表2；
[0075] [表2]


[0076]
[0077]
[0078] 第六步：该600MW汽轮发电机20号槽定子绕组在运行三年中绝缘热老化累积寿命-4
损耗Eh的计算结果为：Eh＝∑Ehi＝5.527116×10 ；
[0079] 第七步：对于该600MW汽轮发电机定子绕组，取绝缘热老化累积寿命损耗的界限值Dch为Dch＝0.25；
[0080] 第八步：该汽轮发电机20号槽定子绕组的热老化寿命损耗速率eh为：
[0081]
[0082] 第九步：该汽轮发电机20号槽定子绕组的剩余热老化寿命的预测值Hrlh为：
[0083]
[0084] 第十步：该汽轮发电机投运三年后，20号槽定子绕组的绝缘热老化剩余寿命Hrlh
6
＝9.6130×10h≥56000h，推荐的检修处理措施为：按电厂《检修规程》进行电气预防性试验，继续观察。
[0085] 采用本发明提供的汽轮发电机定子绕组绝缘热老化寿命在线预测方法及系统，可以在线定量预测该型号600MW汽轮发电机各槽定子绕组的热老化累积寿命损耗和剩余热老化寿命，使该型号600MW汽轮发电机各槽定子绕组的绝缘热老化寿命处于受控状态。根据绝缘热老化寿命的预测结果安排该型号600MW汽轮发电机各槽定子绕组的试验、检修和更换，既可以确保汽轮发电机各槽定子绕组安全运行，又可以合理使用该型号600MW汽轮发电机各槽定子绕组绝缘剩余热老化寿命，达到了安全与经济地使用汽轮发电机各槽定子绕组的技术效果。