发电机集电环环火故障在线监测可行性分析.doc

发电机集电环环火故障在线监测可行性分析电力工程2Q!Q:ChinaScienceAndTechno发电机集电环环火故障在线监测可行性分析梅林贺凌志妈湾电力有限公司广东深圳518052【摘要】大型发电机励磁系统在运行过程中,集电环装置的故障率比较高,轻者减负荷运行,重者故障停机,并且时设备造成很大的损害.本文结合实际案例,分析了此类故障的发生机理以及现有防范措施的不足之处,提出在机组DCS控制系统中引入计算及逻辑判断,以实现对集电环工作状况进行在线监测和适时报警,提前发现设备事故隐患,避免事故扩大.【关键词】碳刷集电环环火DCS1,事故背景简介2010年1月6日0时58分河源电厂#1机组发生发电机碳刷冒火导致机组停机的事故,其直接原因是部分碳刷接触不良.造成集电环温度升高,促使碳刷接触恶化,导致集电环正极环火冒烟.1月10日2时10分机组并网恢复运行.机组停运将近98个小时.因集电环发热产生环火故障而引起的机组非计划停运事件在我厂和其他集团下属电厂曾发生过多次.在国内其他电厂也曾发生过多次.由于集电环环火可能会造成不可恢复的设备损坏.严重将可能会导致集电环烧损甚至大轴变型返厂.事故后的恢复时间较长.造成巨大的经济损失和财产损失.因此,有必要对此类事故引起足够的重视,做到有效的防范.2,原因分析发电机集电环装置通过集电环,刷握,刷架通风系统和电刷的组合配置,实现了为旋转发电机转子绕组提供励磁电流的作用.但是,由于这一过程建立在电刷与集电环的不断高速摩擦基础之上,集电环装置本身也成为发电机本体较为薄弱的部分.造成碳刷电流不均匀主要有以下几方面的原因:(1)由于机械方面原因导致机组振动过大,引起发电机转子摆动.碳刷与集电环接触不良.从而导致碳刷电流分配不均形成火花并增加碳刷磨损(2)碳刷质量不均匀.即便是同一型号的碳刷.不同厂家的产品在阻值上仍然存在着一定的差异,使得碳刷上的电流分配不均匀.(3)检修工艺.a.集电环刷握清扫不干净,造成接触不良b.刷握与集电环间距调整不好.造成碳刷摆动或卡住c集电环表面不均,麻点或这凹痕未研磨光滑d.集电环圆度不够,造成碳刷纵向跳动e.碳刷长短不均.导致阻值不均f.弹簧过热老化变软失去弹性由于此类故障在我厂已有先例,为杜绝此类事故的再次发生,我厂已经制定一系列的防范措施,例如采用进口优质碳刷代替原有碳刷运行人员加强设备巡检,检修部门定期检查更换等,取到了很好的效果.但仍然存在以下缺点:(1)定期维护虽然可以大大减少由于设备磨损导致的事故.但由于维护时间仍然有一定的时间间隔.仍然存在一定的安全隐患.(2)巡检过程中.运行人员只能通过眼睛观察是否存在火花或者各个碳刷的磨损情况来判断是否存在故障.一方面由于巡检人员的经验水平差别可能导致判断结果,另一方面,由于该类事故从发生到产生破坏速度较快,且并没有形成量化指标来对其故障程度进行衡量因此仍然不能有效的监控和准确的反映电刷和集电环的配合情况以及运行情况.3,防范措施结合我厂控制系统的特点,设想可以采取更为完善的监控措麓对电刷的运行工况进行在线监控.以求能够在电刷发生故障的初期.进行及时准确的判断并做出相应的措施.保证机组的安全稳定运行.鉴于我厂DCS控制系统的特点,可以考虑引入计算和判断逻辑,构建针对电刷,集电环故障的报警组态,以求及时提醒并通知运行人员做出反应,进行相应的处理,排除故障,避免事故扩大而导致打闸停机的严重后果.通过查看和比较几次电刷发生故障而导致机组停运的各个参数曲线.可以发现一个明显的特点,在故障发生的初始阶段,转子电压均发生了一定程度的脉冲状波动,幅度大概在5%左右.此过程中.励磁电流没有太大的变化,直到事故后期,励磁电流和转子电压才出现大幅度的波动励磁电压的波动,主要原因是碳刷与集电环之间的接触电阻由于接触不均匀产生间断摩擦发生跳变而导致,而当环火变大,励磁回路的总电阻将增加.此时励磁电压将会随之快速上升.可见.在事故发生初期.是可以有办法通过励磁电压的波动情况来对电刷的运行情况做出提前判断的.本文结合我厂实际情况.提出两种解决方案,分别就其可行性做出分析:3.1经验公式法机组在负载情况下运行时,转子电压与转子电流的比值,由于电枢反应电势的去磁作用和转子线圈温度等因素使得励磁电压与励磁电流的关系是非线性的而且发电机的负荷越大,则励磁电流越大.而偏差电压也就越大.也就是说,励磁回路中的电阻R并不是一个常数.而是一个不断变化的值,R的值由无功Q和励磁电流I来决定,因此,经过大量的机组运行参数统计可以得出一个计算转子回路电阻R的经验公式:R=f(1,O)利用该经验公式可以计算出机组正常运行情况下各种工况下的转子回路电阻R.再用这个电阻值与转子回路的测量电阻R进行比较.如果满足:(R-R)/R>士5%R则说明转子回路出现了问题.有可能是碳刷出现环火导致碳刷与集电环之间的接触电阻增大这时又DCS逻辑组态发出报警.目前.分散式控制系统已经广泛运用在电厂的机组当中,并且具有在线组态和在线修改的功能,而一般模拟量的采样率都在250ms以内,现有条件足以在DCS中新增一个告警组态,具体逻辑可如下图所示_J,I根据上图所示,要实现此逻辑判断组态是非常简单的,而关键在于经验公式的获取.严格来讲,计算电阻R与很多复杂的因素有关如机组当前的运行工况.励磁回路的结构以及调节器的特性等等.为使这个经验公式更为精确,需要采用大量的机组历史运行数据来经行验证.3.2偏差测定法鉴于经验公式法存在大量的计算以及验证等前期准备工作.在运用方面有一定的局限性所以提出电压偏差测定法.以求找到实现碳刷运行状况在线检测的更为简便的而方法.在分析以往碳刷故障的机组参数特点过程中,发现在故障发生的初始阶段,转子电压均发生了幅度大概在5%左右的脉冲状波动,因此可以以此为特征量来对碳刷的运行工况进行检验和判断.经过分析,可以采取如下逻辑来进行判断:UmaxUmin>%50公式中的所有参数均为最近5秒内的在线取样数据.逻辑组态每秒对取样参数进行一次计算和判断,Umax和Umin分别为计算点前5秒内的励磁电压最大值和最小值,O为5秒内励磁电压平均值.据此可设计如下逻辑进行分析判断并在条件满足时发出报警提醒运行人员注意十琏续取样-_一连续监控:(机组负荷大于I5秒内UmaxlUmaxUmin%5O50%额定值)lUminu平均值偏差测定法的优势在于不需要经行大量的经验数据统计分析(下转第128页)ChinaScience&Technology中国科技纵横56教育研究2!QQ:2ChinaScienceAndTechnolo浅谈传感器技术应用课程的教学改革刘成刚济南职业学院电子工程系山东济南250103【摘要】本文介绍了传感器技术应用在传统教学中存在的教学内容老化,教学方法单一的问题,并对现有的问题做了尝试性的改进,教学内容上教材为参考,自己编写讲义;教学方法上课件辅助,市场调研和考核方式的改革等.【关键词】传感器技术应用教学问题教学改革课程设计【Abstract】Thispaperdescribesasensortechnologyinthetraditionalteachingofthea舀ngoftheexistingcoumecontent,teachingmethods,asingleissue,andmadetheexistingproblemoftwingtoimprovethecontentofteachingmaterialsforreference,writeyourownnotes;coursewareinteachingmethods,marketresearchandassessmentmethodsofreform【Keywords】sensortechno1ogyteachingcurriculumteachingproblems1,引言随着微电子技术和物联网技术的飞速发展推动了各种新型的传感器和新型的技术不断涌现,像光纤传感器,红外传感器,半导体传感器,生物传感器和MEMS等.相对于这些新技术,传感器技术的教材内容和教学方式就显得有些陈IEl和呆板.长期以来.传感器技术应用在教学内容上侧重于各种传感器原理和测量处理电路的讲解,深奥难懂.学生难于接受,即使讲些具体应用.也是空中楼阁.完全靠学生的空间想象力来理解,相似的原理介绍让学生觉得枯燥乏味;在教学方法上也主要以课堂讲解为主,同时根据教学内容开设相应的验证性教学实验.笔者感觉到这种教学方式存在明显不足,学生首先接触到的是传感器测量原理,见不到实物缺乏感性认识.影响了学生的学习积极性.为了改变这种教学状况.笔者尝试对课程教学内容,方法和手段进行全面改革,使学生既能了解基本原理又能了解实际对象.将理论与实际紧密联系.2,教材内容的改革笔者首先对教学内容进行调整.以教材为参考.自己编写讲义.讲义内容结合了目前仍广为使用的传统的,经典的传感技术知识,把重心放在实用的,新颖的传感技术知识上,大量的教学新材料来自专业展会材料,市场上销售的传感器资料,网上专业论坛中的相关材料和传感器制造厂家网站上下载的各种产品选型材料等;并随时根据学生的反馈调整讲义的内容,以便做到难度适中.贯彻了理论够用,重在实践的原则.比如MEMs(Microelectro-mechanicalsystems的缩写.即微电子机械系统).物联网概念.还有各种家电中的传感器,如豆浆机中的温度传感器,手机中的各种传感器和汽车中的ABS等传感器.这些都是教学的宝贵资料.并及时编入随堂讲义内容上能做到与时俱进,有效解决了教材编写滞后的问题.3,教学方法的改革传统课堂教学以传感器原理讲授为主验证性实验为辅.但对传感器应用一笔带过,造成了老师教学困难,学生学习比较吃力的不良状态.为改变这种状态,在教学方法上笔者做了以下的尝试:3.1采用多媒体课件辅助教学根据教学条件的实际情况,笔者尝试借助多媒体课件进行教学.利用flash动画.声音,图片等形式帮助学生理解相关难点知识.尤其是通过大量图片让学生熟识一些不常见的传感器与其应用场合.收到较好的教学效果.如应变式传感器测位移的过程完全用动画来展现.通过课件形象直观的演示,很快为学生所理解和接受.笔者也因为这个尝试,获得了学院课件比赛二等奖.3.2课程设计加入课程考核中用考核方式的改变,去激发学生的学习思路的改变.考核中保留了笔试内容.加上了课程设计.二者的比例已经从7O%的笔试,3O%的课程设计.几年的尝试下来.我们现在已经各占一半.现在高职教学的目标也一直是重实践,课程知识够用就行.我们也在尝试培养学生学习的能力,知识是学不完的.关键是通过课程设计让学生自己去想办法学会学知识.授人以鱼不如授人以渔.课程设计部分让学生能对传感器这门课有个全新的认识.也让老师对学生的综合能力有个了解.以便以后的进一步改进.通过设计也确实看到了一些问题,学生往往比较习惯笔试考试,对课程设计相对比较陌生,在选题完之后,部分学生不知道如何入手去解决所面临的问题.这就需要辅导老师的引导.让学生学会解决问题的能力.总体的思路有了.在具体实施设计的过程中,一些小问题,也需要学生对以前的所学知识的准确把握及灵活运用.比如在设计过程我们用到了一个集成温度传感器AD590,它的的输出量是电流量,而我们的后续电路一般都采用电压量来处理.这就要求学生运用模拟点电子技术中的运算放大器的加法电路和减法电路来共同解决问题.这就需要学生对所学知识的灵活运用.还有很多这样的例子.在此就不再多说.通过这样的考试改革我们的目的还是希望学生加深对所学知识的运用.单一理论考试往往把知识孤立起来学生感觉学完这门课,考试及格就算结束了.不能把所学课程关联起来.他们自己完成课程设计后,就明白了,传感器只是个信息采集的测量工具.而后面对信号的处理,传输,显示需要电子技术的知识,单片机的知识等.达到学知识,用知识的目的.3.3让学生走出去,接触专业市场首先要求同学们进行传感器市场的调研.调研完成后要根据调研任务单的具体要求完成调研报告.并就调研的收获和体会进行全班交流.同学们完成调研任务后.在课堂上进行交流,知道了自己的不足,也就有了学习的动力,看到各种各样的传感器知道了传感器的重要性,就提高了学习的兴趣和积极性.活动促进了学生对该课程的理解和重视.不少同学由原来的对传感器课程不感兴趣,被动学习变成了兴趣强烈的主动学习.其次,通过学校联系学生的实习基地,让学生真正的走进企业,结合自己的理论知识.认识生产中传感器的外形,性能参数的设置等实际问题,加深学生对传感器在应用上的理解.4,结语通过对现有的教学内容和教学方法的改进.其目的是改变现有的教学方法有一定的创新性和尝试性.从近几年实施的效果来看.学生学习的积极性有了明显的改善,学习的效果也有了很大的提高.我们的改革还在继续.(上接第56页)而直接通过实时检测励磁电压的波动情况来反应碳刷工作情况,避免了经验公式局限性带来的误判可能,能够取得更好的效果.如果在DCS中增加一个转子回路的告警组态,动态计算并监控碳刷工作情况.