(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210866508.4 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 福建棉花滩 水电开发有限公司 地址 364000 福建省龙岩市新罗区西城莲 花环岛华 莲北路棉花滩综合楼 (72)发明人 王安林　王家祥　林滨　邱文丰　 郑盛锋　卢旺城　傅光进　郭道芬　 黄睿琳　 (74)专利代理 机构 南昌卓尔精诚专利代理事务 所(普通合伙) 36133 专利代理师 刘文彬 (51)Int.Cl. G01B 7/14(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种水轮发电机多功能动静气隙测量及计 算方法 (57)摘要 本发明公开了一种水轮发电机多功能动静 气隙测量及计算方法， 涉及水利水电技术领域， 该方法包括以下步骤： 通过检修测量模块在水轮 发电机检修时， 读取电涡流传感器后置的单片机 中的实时数据， 并计算气隙值； 准静态测量模块 在水轮发电机启动过程中， 利用激光转速传感器 测量转速， 电涡流传感器实时测量气隙； 热平衡 动态测量模块利用触发热平衡测量数据采集功 能键激活数据采集装置， 并根据温度传感器所测 得的温度值变化率小于0.1℃/h时， 从电涡流传 感器后置的单片机实时读取数据； 故障测量模块 在气隙监测出现工况后， 实时观测故障发展及机 组停机过程中气隙变化情况。 该方法测量操作简 单， 数据分析准确， 提高了水轮发电机在线监测 与故障诊断水平。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115235327 A 2022.10.25 CN 115235327 A 1.一种水轮发电机多功能动静气隙测量及计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 安装测量单元： 在发电机定子内缘上布置薄片式电涡流传感器； 在发电机定子 内缘中部布置温度传感器， 在发电机导轴承上安装激光转速传感器， 并在对应发电机轴 上 贴一个反光条； 步骤2： 通过检修测量模块在水轮发电机检修 时， 读取电涡流传感器后置的单片机 中的 实时数据， 并根据数据计算气隙值； 步骤3： 准静态测量模块在水轮发电机启动过程中， 利用激光转速传感器测量转速， 电 涡流传感器实时测量气隙； 步骤4： 热平衡动态测量模块利用触发热平衡测量数据采集功能键激活数据采集装置， 并根据温度传感器所测得的温度值变化率小于0.1℃/h时， 从电涡流传感器后置的单片机 实时读取 数据； 步骤5： 故障测量模块在气隙监测出现工况后， 实时观测故障发展及机组停机过程中气 隙变化情况。 2.根据权利要求1所述的水轮发电机多功能动静气隙测量及计算方法， 其特征在于， 检 修测量模块用于水轮发电机检修， 利用机械装置或人力推动 发电机转子运行， 在每个磁极 外圆中心线达到电涡流传感器时停下， 通过触发检修测量数据采集功 能键， 激活数据采集 装置读取电涡流传感器后置的单片机中的实时数据。 3.根据权利要求1所述的水轮发电机多功能动静气隙测量及计算方法， 其特征在于， 所 述检修测 量模块在薄片式电涡流传感器安装之前应用垂直测 量装置检测待安装部位的垂 直度和同心度； 薄片式电涡 流传感器应 分别布置在发电机+X、 +Y方向， 且在每个方向上从上 到下布置八个。 4.根据权利要求3所述的水轮发电机多功能动静气隙测量及计算方法， 其特征在于， 检 修测量模块工作时， 气隙测量计算方法如下： 设Rijx代表+X方向安装的第i个传感器所测量的第j个转子磁极气隙值， Rijy代表+Y方向 安装的第i个传感器所测量的第j个转子磁极气隙值； 磁极气隙倾 斜度可依据下式判断： 上式中， 当第j个磁极在+X方向所测的8个气隙值与该8个气隙的平均值相差小于 0.5mm， 则认为磁极从上到下是均匀的； 若不符合上式要求， 则利用+Y方向数据进行校核， 仍 不符合要求， 则认为第j个 磁极安装偏差过 大； 在磁极气隙倾 斜度符合要求后， 开展磁极均匀性分布分析： 假定由N个 磁极， 则全部磁极在+X、 +Y方向的偏心情况， 可按照下式计算： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115235327 A 2上式中， ex代表磁极在+X方向的偏心距， ey代表磁极在+Y方向的偏心距， Rj代表激光传 感器在第j个磁极上气隙测量的均值， 代表第j个磁极与+X方向上的夹角关系， 磁极总偏心 距计算如下： 则安装符合要求的磁极可按照下式进行判断： 上式中R代表N个磁极的平均气隙， 如果不符合上式， 在利用+Y方向传感器(5) 所测数据进行校核， 如果也不符合上式， 则认为第j个磁极安装不符合要求， 按照数值Rj‑R 进行调整； 整个数据符合要求后记录相应平均气隙R和各个 磁极对应气隙Rj。 5.根据权利要求4所述的水轮发电机多功能动静气隙测量及计算方法， 其特征在于， 准 静态测量模块在机组启动时， 通过触发准静态数据采集装置功 能键启动数据采集装置， 并 实时读取激光转速传感器、 薄片 式电涡流传感器后置单片机的数据； 当激光转速传感器实 测数据达到额定转速的95％时， 准静态测量模块截取对应时间下 的激光转速传感器、 电涡 流传感器数据进行分析； 激光转速传感器利用记录两次反光条之间的时间来换算转速， 其 数据保存为每次感应到反光条的时间及对应换算 转速。 6.根据权利要求1所述的水轮发电机多功能动静气隙测量及计算方法， 其特征在于， 电 涡流传感器所测量的数据利用上升沿和下降沿双重规律判断所测量数据是磁极气隙数据， 还是磁极间隙数据； 以+X方向数据为例， 在两次激光转速传感器记录时间内， 读取电涡流传感器所测量的 数据， 其中数据下降沿判定规 律： Rizxm＜Rz； 数据上升沿判定规 律： Rizxm＞Rz； 其中， Rizxm表示+X方向， 第i个传感器所测得的第m时刻下 的数据， Rz代表在该时间段内 所有数据的平均值； 在数据下降沿和上升沿之 间所采集的P个数据为磁 极气隙数据， 则截取 P/2‑2(取整)至P/2+2(取整)共5个数据进行平均计算； M个数据中按照该规律应有N个下降 沿和上升沿数据， 正好与实际磁极号一一对应， 结果记为Rpj； 若存在缺失， 可读取数据 结尾 下降沿之后的数据进 行平均， 认为是最后一个磁极对应的气隙值； 准静态测量中， 气隙变化 符合下式规 律， 则认为 其处于正常状态； 0.95Rj≤Rpj≤1.05Rj； 若不符合上式， 则利用+Y方向电涡流传感器数据进行校核计算， 若仍不符合， 则认为对 应的第j个磁极安装松动， 应发出报警信号， 并立即停机处理； 并将最后 一圈数据Rpj进行记权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115235327 A 3