大型水力发电站气隙变化的测量和分析

大型水力发电站的间隙在调试期间和发电机随后的运行寿命中可能会发生变化，原因如下原因。这些原因包括设计、制造、装配（对准）、使用中的组件老化、发电站地基沉降、温度、以及离心力等。作用于发电机和磁力的涡轮机组装。不平衡的力量足以使导致组件过度屈服，导致了转子和定子之间的破坏性接触。在发电机导引轴承处，定子绕组分相电流，以及定子框架运动的表盘式或磁阻探头测量。

然而，这些数据被认为不足以全面了解水电公司和平峡谷发电机的行为，这促使我们寻找一个直接测量系统。我们使用了多种技术，例如：用于测量间隙密度的现场探头，可以测量出间隙的大小；光束切割的光电池和激光技术；长距离的涡流磁阻探头；以及高速摄像机。在某些情况下，这些工作可以成功地测量发电机的间隙，但在1980年以前，没有一个系统可以提供足够的准确数据、易于安装在外部设备上，在外部发电机上有正确的功能。

由于这些原因，B.C.水电公司着手开发斩波反射式胫骨光学系统。在许多情况下，发电机组件的同步扭曲和变形，特别是定子，导致了机组的加速老化。过大的分相电流和轴的振动问题，损害了轴承和轴承支架，困扰着其他机组。发电机的气隙是获取性能数据的一个关键点。一个不平衡的、小到5%的空气间隙的减少可能会影响到发电机的性能。导致非常大的力辐射到旋转的电子元件上，并转移到定子框架上。并与导向轴承及其支座之间有可能产生的后果。对气隙行为的分析以前一直是通过监测各种与气隙有关的参数来进行的，如轴的跳动。

传感器头由一个RJ11支架栓在两极之间的转子边缘，并支持光纤扫描仪和珠状玻璃反向反射器。酚醛树脂翅片被绑在定子的槽中并涂上环氧树脂，测量翅片的功能是穿透传感器头的光线。一个测量鳍在定子周围的32个（典型的）“测量”点中的每一个都是红色的。纤维光学扫描器组件8米长的“Y”形组件由两大束S0pm玻璃纤维组成。在一端，它们相互分离并连接到金属尖端连接器上，以便与光学发射器和检测器耦合；在另一端，它们被连接并随机地混合在一起，形成一个大束，被连接到一个有螺纹的金属管上，这个金属管包括扫描仪。

相关实验的制备

纤维光学扫描器组件将传感器头与仪器包连接起来，玻璃纤维电缆沿途被牢牢地环氧树脂固定在转子的表面。仪器仪表包3099在一个定时的延迟之后，触发采样和保持电路来读取接收到的信号振幅，这需要让光束接近测量边缘。该电路对每个测量点产生一个与气隙尺寸相对应的电压，根据校正曲线，在该鳍的位置上产生一个定子。仪表包安装在靠近转子的轮毂，以便将中心点的温度降低。如果仪器的测量边缘没有进入到高位光束的横截面并阻挡了任何一个光束，则安培信号1级将为8.0V。如果它确实进入了光束截面，则接收到的光线会减少。气隙电压信号将被储存起来，直到检测到下一个锡。

用跳动量表测量跳动情况，同时对仪器进行外部加热。因为传感器头是由可轻微延伸的非金属材料制成的，所以设备被设计为能够容忍污染和高风险的运动。在实践中，粉尘水平被发现低于预计在超过一年的运行中，由灰尘磨损造成的恶化可以忽略不计，这是因为它是由转子上的电子元件组成的，金属导体不用于连接仪器仪表与传感器头。

首先要做的是对间隙的“记录”。这是通过记录每个翅片上的电压值来完成的，因为转子是在发电机导向轴承温暖的情况下手动旋转的，并调整到最小可接受的间隙。当没有锡阻碍光束时，信号强度被调整为精确的8.0V，用于精确的参考校准。

第2步在各种发电机测试中，当机组以额定速度旋转时，每个鳍上的电压记录在图表记录器上。对于每个翅片来说，每次测试期间记录的电压与“签名”电压之间的差值会产生一个由于任何原因，如灰尘污染，无障碍信号强度从8.0V发生变化，可以用每次重新测量一次的解毒剂来纠正数据。参照鳍有一个“参考”的概念。遮挡的一面，但没有测量的一面。当这个鳍数据的评估该仪器系统成功地提供了数据，用于分析单元机械、热、磁和电特性的复杂动态互动。现象涡轮发电机的分析说明机器部件的静态和动态行为以及其变形的性质。例如，转子是一个刚性的组件，但由于中心点的作用而在径向上膨胀。

然而，定子是更容易变形的，并且容易受到各种力的影响。必须考虑到轴承的间隙、部件附近和机械共振。热现象涡轮机-发电机组的行为已被证实取决于定子、转子和涡轮机-发电机轴承部件的温度，因为它们对气隙大小、定子的运动自由度和转子运行的轴承间隙有影响。涡流现象非常大的吸引力作用在转子和定子上。当转子“滑行”到定子的任何部分时，定子的那部分就会被巨大的力吸到转子上，而这些力会随着气隙的减小而快速增加。定子的吸入部分往往会跟踪转子的近端，因为它在与温度有关的间隙的范围内以低频率“滑行”。

Sp11t相电流(SPt)是定子每相并联通道中的不平衡电流，它是由气隙不对称引起的并联通道的不平衡电流。在一般来说，在首选单元上，稳态SPC的振幅已经被证实取决于转子和定子磁心的静态错位，以及绕组结构。据观察，60赫兹的电流值的增长为被上述的低频率调制。转子围绕其静态磁心点错位的“滑行”。调制包络的峰值的振幅将进一步增加由于统计局无力维持采样的是fuJ1继电器的无遮挡信号强度、V恒定的形状，轮辋的健全性和杆的径向记录下来。

实验的测量方法

这些设计和现场到每个V的数据，如果未观察到的情况下，就会有1种情况出现。那就是当定子失真时，SPt翅片也作为一个示波器/记录器的同步器。在发电机测试期间，转子每一次重要的旋转，校正后的位移数据被绘制在极地图画纸上，以生成气隙等高线图。代表转子连续旋转的塞维图可以被叠加，以便转子边缘或磁极径向跳动的“凸点”进入动态排列。SPC由于上述机械、热和磁现象的相互作用而变得很复杂，因此，一个非常广泛的可以预见，各种不同时间的行为都有可能发生。

这些相与Y相连，有648个定子槽，每个槽包含两个罗贝尔转置的多芯条。定子框架的顶部通过16根均匀间隔的杆子与发电机混凝土Xal1s径向连接。这些杆子的长度不等，其中较短的杆子位于东边、西边和上游。发电机气隙特性以下信息是基于从电站1至4号机组获得的光纤发生器气隙数据在BCHPA和平峡谷发电站（1980-1982)。特别强调的是与I号机组有关的数据，因为这些数据是最广泛和最有价值的。1979年11月，由于转子与定子的接触，这台发电机严重受损。经过维修、测试和几个月的运行后，发电机突然进行了短路测试。

通过增加相位电流水平和气隙变化，显示出所需操作特性的逐渐恶化。在1981年春天采取了纠正措施，结果是可接受的特性。每隔6个月进行一次纤维光学测试，以确认气隙没有进一步恶化。在这一过程中发生了一些问题。这些观点与上述发电机设计的首选气隙特性和问题领域有关。由于机械尺寸变化导致的气隙变化测试程序：机器的速度被提高，然后以25%的步骤提高到额定速度，持续时间为1小时。在每个步骤结束前或结束时，都要进行气隙读数。超速测试是在额定转速下旋转1小时后，以大约10%的步骤进行。在接近150%的额定速度时，步长会减少。

优选的初始状态特征假定所有的定子部件和支撑杆都处于同等的应力之下。它还假定转子的静态中心在动态测量中保持不变。以50%的额定速度运行1小时，这样的机器会出现均匀间隙下降，这种减少主要是由于定子的冷却效应。运行时间在75%的速度下1小时（40.7米/秒），导致转子的均匀膨胀约为0.3毫米。在100％的速度（54.29米/秒）下运行1小时，转子的单体膨胀量又增加了0.3米。基于静态气隙，我们可以预期一个统一的气隙减少离子。在使机器达到额定值的过程中，要有4.5％的速度，使气隙进一步减少2.5%。在超速期间。将机器恢复到初始的零速度和温度条件，并将其与最终的静态数值进行对比，其结果是差异不超过0.1毫米。

如果转子已经移位，在速度增加过程中，气隙的减少将被视为遵循首选的上述的单一形式的变化模式。然而，如果定子支撑杆处于不平等的张力之下，并且/或者定子层压件处于应力之下，那么冷却器在运行过程中的影响就会出现。连续的机械速度测试村力空气间隙变化往往是不均匀的。即使气隙在0%和100%的速度之间表现正常，也可能会观察到变化，这是由于超速测试，特别是在速度超过140%时。转子位置、转子转速以及定子形状可能发生变化。因此，有必要在超速试验后进行新的静止间隙测量。

这些曲线表明，由于冷却器的运行，单位从静止的形状开始行动，并且转子由于以下原因而膨胀在定子顶部的东侧，静止间隙的下降幅度比东侧大得多。在定子顶部的东侧，空气间隙的减少显然大于别处，而且这种减少是在冷却器操作开始后非常安静地发生的。该发电机的东侧顶部非常的影响，以及对合作者效应的反应。

气隙的变化

关于缝隙的变化活动测试程序：机器速度保持在100%，没有励磁。在此模式下运行1小时，使发电机导向轴承的摩擦力因健康状况而降低，减少转子的磨损。定子收缩并呈现出由于冷却操作，形状更稳定。激励是用来提高电机的电压，并保持一定的时间。在每个步骤结束时，会进行空气间隙读数。优选的发电机开放性特征要求转子以磁铁为中心，机械平衡，并具有最小的转子和定子健全性。此外，在励磁过程中，定子的反应要均匀，转子不能因水力作用而偏离磁心。在额定电压为13.8kV的机组上，通过励磁来建立6kV的终端电压，将导致气隙曲线的变化很小，因为在励磁的这个阶段，定子会因为电流损失（涡流、磁滞）和磁场绕组的铜损失而膨胀，该作用是抵消由于冷却器运行和磁场效应造成的收缩。

激励到空隙曲线建立一个13.8千伏的终端电压，如果带有渐变到6千伏的Excitatfon缓慢退出，预计将导致稳定的气隙轮廓，不超过0.2毫米的单体收缩的证据。如果允许定子冷却，而发电机速率快速激发，在短时间内以2千伏的步长达到约17千伏，最终均匀的气隙收缩不应超过0.4毫米。定子上的不稳定因素，特别是顶部的不稳定因素，会导致较大的气隙变化，因为定子倾向于在未受力的拉杆上，或在拉杆之间无支撑的部分，对磁场效应的反应更大，使定子能够向内扭曲。作用在转子上的水力可以迫使一个磁力中心偏移。转子不平衡和/或转子边缘的不规则性将倾向于在这些较弱的定子位置，气隙的变化被放大了。这些影响可以在描述转子连续旋转的极坐标图上观察到。因此，额定速度、无刺激性的操作和渐进的磁力效应被定子铁芯引起的加热所克服和超过。

扩张是不均匀的，平均而言，东边有0.1英里，西边有1英里。其他地方为0.5毫米。用随后的冷却定子迅速的激励会导致东侧的不平衡收缩，间隙减少得更多。定子东侧的移动（在顶部）表明该侧的支撑物受到的张力较小、使得它们对磁场中的快速增长非常敏感。3号机组的气隙在开放性试验中表现出首选方式。2号机组和4号机组的特征被发现是相似的，尽管变化的幅度较大，但在这两个机组中都是如此。表明他们的支持没有受到压力的程度与第3单元的相同。现场闪光灯下的气隙变化，机器关闭doxn1ong剖面图被显示为，这是一种有用的技术，可以比较各种测试的动态空气差距随时间的变化。

如果信息是参照静态详细信息提出的，那么由于合作者的原因，气隙差距的变化就会出现。操作、转子膨胀和静态定子形状随着时间的变化，往往会掩盖具有特别意义的发展趋势。和发电机导向轴承的间隙打开。如果在达到额定速度后的1至3分钟内发生现场闪络，说明冷却器还没有达到额定速度。有足够的时间引起定子收缩，而且轴承间隙也保持较大。在首选的机器上，在磁场应用后转子的前五或六圈中，间隙会关闭形状的变化。变化的程度取决于环境形状下的限制，一般来说，变化会比较小。如果定子顶部的某些部分处于不平等的张力之下，可能会出现大于1nm的间隙下降。不平等的张力也会导致局部的不稳定性表现为相邻的向内和向外凸起。这些隆起通常会随着定子的收缩和转子跳动的减少而消失。

通过对各种类型的现场闪光灯的特性进行了比较。绘制连续旋转的曲线，直到气隙稳定下来。气隙变化由于定子暴动引起的故障可以与转子过度偏移和/或转子不平衡引起的故障分开。一旦最初的测试变量被确定下来（冷态和浓态定子和发电机贵重物品），就会有一个新的测试变量。轴承温度、输出负荷水平和时间长度等)，那么就可以对空气间隙的行为进行检查，并与初始特性相比较。

为了便捷易懂，只显示和讨论了最大变化曲线和冷场闪光空气间隙。上述曲线代表了发电机的顶部间隙对各种冷启动的反应。这些曲线代表了最大的变化从该间隙的额定速度、无励磁曲线来看。在每一种情况下，定子都会对磁力场的快速增加做出反应，其中最大的内向性在东北部地区发生的二层楼房。气隙的测量可以从转子到定子或从定子到转子。前者是一个同步旋转的参考框架，而后者是静止的。安装在转子上的一个探针可以通过监测整个定子圆周来检测静态定子畸变。静态定子畸变可能是由机械、热和磁的综合影响造成的。B.C.公司发现，了解这些机制引起的气隙变化对于理解机器的动态特性非常重要。

然而，这种单一的探头无法检测到动态的定子失真，如波浪形状，无法预测。如定子剖面中的波，它同步跟踪转子的旋转，也不能检测单个转子的磁极跑偏。额外的转子安装探头将克服第一个限制。如果多个探头的数据能以较低的成本从转子上取下这个系统将是测量定子动态轮廓的一种经济手段。安装在定子上的单个探头将能够监测转子磁极跳动，但只能测量定子在其安装点的位移。安装点。它对定子的大面积内向变形可能视而不见。

定子的大部分可能会导致转子-定子接触，并且定子剖面测量的分辨率将使可以通过增加定子安装探头的数量到4个、8个、16个或更多来实现最小气隙测量的分辨率。但探头和数据处理设备的成本将成比例地增加，令人望而却步。因此测量系统必须在设计和/或用户指定时对以下方面进行适当的权衡：监测可疑问题所需的数据类型，以及特定的发电机。对问题进行可靠诊断所需的数据量；探头安装的难度；以及经济限制。没有安装在转子或定子上的单个探头都无法检测到所有的气隙变化，也无法提供足够的数据。隙变化，也不能提供足够的数据来全面诊断任何具体的机器问题。

但有一个“单一探头”的位置可以产生最有用的信息。产生最有用的信息是在转子上。我们发现安装在和平峡谷机组转子上的单探针可以提供相当准确的气隙信息，原因如下：被检测的机组具有较大的转子与定子的刚度比，而且转子的边缘是静止的。转子的轮缘被预应力限制住了，不能浮动。用一个转子探头安装在最大的静态机械偏移点上，我们能够非常准确地观察到由机械和磁不平衡引起的定子的巨大扭曲。

测量结果由安装在导向轴承上的位移测量仪器确认，光学距离通过安装在导轴承上的位移测量仪器、观察定子部件运动的光学距离传感器以及通过与分相电流产生的关联来确认测量结果，这与分相电流的产生有关。

我们还发现，个别定子部件的振荡有时超过了平均气隙的减少。有时超过了平均气隙的减少，但对机器的运行特性影响不大，而大段的过度平均气隙减少则是避免了机器的运行特性影响。