專利名稱：一種汽輪發電機絕緣電老化壽命預測方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽輪發電機絕緣電老化壽命預測方法及系統，尤其涉及一種汽輪發電機的絕緣電老化累積壽命損耗和剩余電老化壽命的在線預測方法及系統，應用于汽輪發電機的壽命管理，屬于汽輪發電機技術領域。
背景技術：
絕緣電老化是汽輪發電機繞組損壞的原因之一，汽輪發電機定子繞組和轉子繞組均有絕緣電老化問題，鑒于汽輪發電機繞組電老化與繞組電壓有關，而定子繞組的工作電壓比轉子繞組高，定子繞組絕緣電老化壽命損耗比較大，汽輪發電機絕緣電老化的在線預測以汽輪發電機定子繞組為監測對象。目前在汽輪發電機封閉母線上安裝并聯的電壓互感器，電壓互感器的輸出端接入電壓表，用電壓表來測量汽輪發電機的定子電壓，在汽輪發電機的運行中，定子電壓一般在額定電壓的±5％范圍內變化，由于發電機定子繞組絕緣電老化累積壽命損耗同定子電壓和累計工作時間有關，在線預測發電機定子繞組絕緣的電老化剩余壽命，還沒有合適的方法和系統可供使用。
發明內容
本發明的目的是提供一種在線計算和預測多臺汽輪發電機定子繞組絕緣電老化剩余壽命的汽輪發電機絕緣電老化壽命預測方法及系統。
為實現以上目的，本發明的技術方案是提供一種汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統，其特征在于，由絕緣電老化壽命預測的計算/應用服務器、數據庫服務器、外部系統接口、汽輪發電機定子電壓測量儀表、網頁服務器和用戶端瀏覽器組成，網頁服務器分別與數據庫服務器和每個用戶端瀏覽器連接，計算/應用服務器與數據庫服務器連接，數據庫服務器通過外部系統接口與每一臺汽輪發電機定子電壓測量儀表連接。
一種汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命的預測方法，其特征在于，采用C語言編寫的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的計算機軟件運行在計算/應用服務器上，應用于汽輪發電機定子繞組絕緣電老化剩余壽命的預測，其方法為 第一步輸入基礎數據 在數據庫服務器內輸入汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統投入使用運行之前汽輪發電機的累計運行小時數SHo，并從數據庫服務器調用汽輪發電機定子繞組在不同定子電壓段的統計頻數； 第二步計算各定子電壓段的累計工作小時數τi 分以下兩種情況計算汽輪發電機定子繞組在不同定子電壓段的累計工作小時數τi a.汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統與汽輪發電機同時投入商業運行，已知記錄定子電壓的時間間隔Δτ分鐘和在各定子電壓段的統計頻數mi，汽輪發電機在各定子電壓段的累計工作小時數τi為 b.對于汽輪發電機投入商業運行若干年后再配置汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統的情況，已知記錄定子電壓的時間間隔Δτ分鐘和各定子電壓段的統計頻數mi，計算得出發電機絕緣電老化壽命預測系統投入使用后汽輪發電機在各定子電壓段的累計工作小時數τi1為 又知汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統投入使用運行之前汽輪發電機的累計運行小時數SHo，計算得出定子繞組絕緣電老化壽命預測系統投入商業運行之前在各定子電壓段的汽輪發電機定子繞組的累計工作小時數τi0為 從汽輪發電機投入商業運行算起，汽輪發電機定子繞組在各定子電壓段的累計工作小時數τi為 τi＝τi0+τi1 第三步計算各定子電壓對應的絕緣電老化壽命tei 對應不同定子電壓Ui的大功率汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化壽命tei的計算公式表示為 tei＝CUi-n 式中，Ui為定子電壓，單位kV；C和n為常數，根據多年從事發電機定子繞組F級絕緣壽命預測技術研究積累的經驗，采用可靠性分析、數理統計和非線性回歸分析方法，得出F級絕緣對應的可靠度為95％的試驗常數C和n的取值表示在表1；把各定子電壓Ui對應的定子繞組絕緣電老化壽命tei作為數據文件編入汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的程序中； [表1] 第四步計算各定子電壓段的絕緣電老化壽命損耗Eei 汽輪發電機定子繞組絕緣在各定子電壓段的絕緣電老化壽命損耗Eei的計算公式表示為 第五步計算絕緣電老化累積壽命損耗Ee 汽輪發電機定子繞組絕緣電老化累積壽命損耗Ee的計算公式表示為 第六步確定絕緣電老化累積壽命損耗的界限值Dce 對于汽輪發電機定子繞組，壽命管理主要考慮電老化壽命損耗與熱老化壽命損耗，大量汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命和熱老化壽命的計算結果表明，在汽輪發電機的服役期，對于定子繞組絕緣，電老化累積壽命損耗約占總壽命損耗的0.65，定義汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化累積壽命損耗的界限值Dce為Dce＝0.65； 第七步計算絕緣電老化壽命損耗速率ee 汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命損耗速率ee的計算公式表示為 第八步計算絕緣剩余電老化壽命Hrle 汽輪發電機定子繞組絕緣的剩余電老化壽命Hrle的計算公式表示為 第九步推薦檢修處理措施 根據汽輪發電機定子繞組絕緣剩余電老化壽命Hrle的預測結果，推薦計劃檢修中汽輪發電機定子繞組絕緣的檢修處理措施為 1.Hrle＜7000h，建議1年內安排計劃大修，予以檢修或更換； 2.7000h≤Hrle＜28000h，建議1年后但4年內安排計劃大修，予以檢修或更換； 3.28000h≤Hrle＜56000h，建議按照電廠《檢修規程》在下次計劃大修中，予以檢查并進行定子繞組絕緣老化鑒定試驗； 4.Hrle≥56000h，建議按照電廠《檢修規程》在計劃檢修中進行電氣預防性試驗，繼續觀察； 第十步輸出并打印汽輪發電機定子繞組絕緣剩余電老化壽命的預測結果和所推薦的檢修處理措施。
本發明具有以下特點 1.在絕緣電老化壽命預測的計算/應用服務器上安裝采用C語言編寫的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的計算機軟件，根據軟件設定的時間間隔，從數據庫服務器中讀取汽輪發電機定子繞組絕緣在不同定子電壓段的統計頻數，計算汽輪發電機定子繞組絕緣在不同定子電壓段的累計工作時間，計算汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化累積壽命損耗，計算汽輪發電機定子繞組絕緣的剩余電老化壽命，計算得出的絕緣電老化壽命的預測結果，再送到數據庫服務器保存，供網頁服務器調用； 2.數據庫服務器存放兩類數據 第一類數據為汽輪發電機定子電壓的數據，汽輪發電機定子電壓記錄的時間區段從每次并網開始，到機組解列結束。汽輪發電機共保存若干個定子電壓段數據，在汽輪發電機定子額定電壓UN的±10％范圍內，每隔0.1kV作為一個定子電壓記錄段。一臺汽輪發電機分別按三相定子電壓記錄三組數據，n臺發電機共記錄3n組定子電壓數據。每隔10分鐘至60分鐘保存一次定子電壓的數據，建議每隔30分鐘保存一次定子電壓的數據，為絕緣電老化壽命在線預測提供基礎數據 第二類數據為汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測結果，包括發電機編號、定子電壓相的編號(A相、B相和C相)、累計運行小時、絕緣電老化累積壽命損耗、絕緣電老化壽命損耗速率、絕緣剩余電老化壽命、推薦的檢修處理措施，供網頁服務器調用； 3.外部系統接口的功能是把多臺汽輪發電機的三相定子電壓按軟件設定每隔10分鐘至60分鐘存入數據庫服務器。
4.在汽輪發電機的封閉母線上安裝(并聯)電壓互感器，電壓互感器的輸出端接入電壓表，采用電壓表測量汽輪發電機的三相定子電壓。
5.汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的結果在網頁服務器上發布。根據瀏覽器端用戶(即電廠技術人員)發出的請求，網頁服務器做出動態響應，通過調用數據庫服務器中的定子繞組絕緣電老化壽命預測的實時計算結果，在網頁服務器上形成汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的結果頁面，返回給瀏覽器端用戶。
6.用戶端瀏覽器的功能是查看不同編號汽輪發電機的不同相(A相或B相或C相)定子繞組絕緣電老化壽命預測結果。
本發明實現了多臺汽輪發電機定子繞組絕緣電老化累積壽命損耗的在線實時計算和剩余電老化壽命的在線實時預測。
本發明的優點是在汽輪發電機的使用階段可以定量地預測汽輪發電機定子繞組絕緣的剩余電老化壽命，為汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化壽命的在線管理提供了技術手段。采用本發明提供的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的方法和系統，可以使汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化壽命處于受控狀態，實現了依據汽輪發電機定子繞組絕緣的剩余電老化壽命來安排定子繞組絕緣的試驗、檢修與更換，既可以確保汽輪發電機定子繞組絕緣的安全運行，又可以充分使用汽輪發電機定子繞組絕緣的剩余電老化壽命，達到了安全與經濟地使用汽輪發電機定子繞組絕緣的技術效果。
圖1為本發明絕緣電老化壽命預測系統的方框圖； 圖2為本發明絕緣電老化壽命預測所采用方法的流程圖； 圖3為本發明絕緣電老化壽命預測所采用的計算機軟件框圖。
具體實施方案 如圖1所示，為汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測系統，由絕緣電老化壽命預測的計算/應用服務器及軟件1、數據庫服務器2、外部系統接口3、發電機定子電壓測量儀表4、網頁服務器5、用戶端瀏覽器6組成。
網頁服務器5分別與數據庫服務器2和用戶端瀏覽器6連接，計算/應用服務器1與數據庫服務器2連接，數據庫服務器2通過外部系統接口3分別與多臺汽輪發電機的定子電壓測量儀表4連接。
如圖2所示，為本發明提供方法的流程圖。如圖3所示，為采用C語言編寫的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的計算機軟件框圖，該軟件安裝在汽輪發電機絕緣電老化壽命預測的計算/應用服務器上。本發明提供的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命的預測方法和系統，適用于多臺汽輪發電機三相定子繞組絕緣剩余電老化壽命的預測。
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
實施例 某型號600MW汽輪發電機，設計額定電壓UN＝20kV，采用圖1所示汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命的預測系統，采用圖2所示的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測方法的流程圖和圖3所示的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命的預測的計算機軟件，運行在發電廠控制中心的計算/應用服務器上。對該型號600MW汽輪發電機的三相定子電壓，在機組并網運行期間，數據庫每隔30分鐘保存定子電壓數據，在發電機定子額定電壓UN的±10％的范圍內，每隔0.1kV作為一個定子電壓的記錄段，如18.1kV，18.2kV，18.3kV，...，22.0kV。對于該型號600MW汽輪發電機A相定子繞組絕緣進行電老化壽命預測，得出該600MW汽輪發電機A相定子繞組電老化累積壽命損耗和剩余電老化壽命。
第一步該600MW汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統與汽輪發電機同時投入商業運行，該600MW汽輪發電機投運前三年累積運行21300小時，在汽輪發電機定子額定電壓UN＝20kV的±10％的范圍內，每隔0.1kV作為一個定子電壓的記錄段，為18.1kV，18.2kV，18.3kV...，22.0kV，從數據庫服務器調用該600MW汽輪發電機A相定子繞組在各定子電壓段頻數的統計結果表示在表2； 第二步該600MW汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測系統記錄定子電壓的時間間隔Δτ＝30分鐘，該型號600MW汽輪發電機A相定子繞組在各定子電壓段的累計工作小時數的計算公式為 該型號600MW汽輪發電機A相定子繞組在各定子電壓段的累計工作小時τi的計算結果列于表2； 第三步該600MW汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測系統的數據文件中，已保存事先計算好的對應各定子電壓Ui的定子繞組絕緣的電老化壽命tei； 第四步計算得出該600MW汽輪發電機A相定子繞組在各定子電壓段電老化壽命損耗Ehi的計算結果列于表2； [表2] 第五步該600MW汽輪發電機A相定子繞組在運行三年中絕緣電老化累積壽命損耗Ee的計算結果為Ee＝∑Eei＝4.32883943×10-2； 第六步對于該600MW汽輪發電機的A相定子繞組，取絕緣電老化累積壽命損耗的界限值Dce為Dce＝0.65； 第七步該600MW汽輪發電機A相定子繞組的電老化壽命損耗速率ee為 第八步該600MW汽輪發電機A相定子繞組的剩余電老化壽命的預測值Hrle為 第九步該600MW汽輪發電機投運三年后，A相定子繞組的絕緣電老化剩余壽命Hrle＝2.985317×105h≥56000h，推薦的檢修處理措施為按照電廠《檢修規程》在計劃檢修中進行電氣預防性試驗，繼續觀察。
采用本發明提供的汽輪發電機絕緣電老化壽命的預測方法及系統，可以在線定量預測該型號600MW汽輪發電機各相定子繞組的電老化累積壽命損耗和剩余電老化壽命，使該型號600MW汽輪發電機各相定子繞組的絕緣電老化壽命處于受控狀態。根據絕緣電老化壽命的預測結果安排該型號600MW汽輪發電機各相定子繞組的檢修和更換，既可以確保汽輪發電機各相定子繞組安全運行，又可以合理使用該型號600MW汽輪發電機各相定子繞組絕緣剩余電老化壽命，達到了安全與經濟地使用汽輪發電機各相定子繞組的技術效果。
權利要求
1.一種汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統，其特征在于，由絕緣電老化壽命預測的計算/應用服務器(1)、數據庫服務器(2)、外部系統接口(3)、汽輪發電機定子電壓測量儀表(4)、網頁服務器(5)和用戶端瀏覽器(6)組成，網頁服務器(5)分別與數據庫服務器(2)和每個用戶端瀏覽器(6)連接，計算/應用服務器(1)與數據庫服務器(2)連接，數據庫服務器(2)通過外部系統接口(3)與每一臺汽輪發電機定子電壓測量儀表(4)連接。
2.根據權利要求1所述的一種汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命的預測方法，其特征在于，采用C語言編寫的汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的計算機軟件運行在計算/應用服務器(1)上，應用于汽輪發電機定子繞組絕緣電老化剩余壽命的預測，其方法為
第一步輸入基礎數據
在數據庫服務器(2)內輸入汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統投入使用運行之前汽輪發電機的累計運行小時數SHo，并從數據庫服務器(2)調用汽輪發電機定子繞組在不同定子電壓段的統計頻數；
第二步計算各定子電壓段的累計工作小時數τi
分以下兩種情況計算汽輪發電機定子繞組在不同定子電壓段的累計工作小時數τ1
a.汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統與汽輪發電機同時投入商業運行，已知記錄定子電壓的時間間隔Δτ分鐘和在各定子電壓段的統計頻數mi，汽輪發電機在各定子電壓段的累計工作小時數τi為
b.對于汽輪發電機投入商業運行若干年后再配置汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統的情況，已知記錄定子電壓的時間間隔Δτ分鐘和各定子電壓段的統計頻數mi，計算得出發電機絕緣電老化壽命預測系統投入使用后汽輪發電機在各定子電壓段的累計工作小時數τi1為
又知汽輪發電機絕緣電老化壽命預測系統投入使用運行之前汽輪發電機的累計運行小時數SHo，計算得出定子繞組絕緣電老化壽命預測系統投入商業運行之前在各定子電壓段的汽輪發電機定子繞組的累計工作小時數τi0為
從汽輪發電機投入商業運行算起，汽輪發電機定子繞組在各定子電壓段的累計工作小時數τi為
τi＝τi0+τi1；
第三步計算各定子電壓對應的絕緣電老化壽命tei
對應不同定子電壓Ui的大功率汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化壽命tei的計算公式表示為
tei＝CUi-n；
式中，Ui為定子電壓，單位kV；C和n為常數，F級絕緣對應的可靠度為95％的試驗常數C和n的取值表示在表1；把各定子電壓Ui對應的定子繞組絕緣電老化壽命tei作為數據文件編入汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測的程序中；
[表1]
第四步計算各定子電壓段的絕緣電老化壽命損耗Eei
汽輪發電機定子繞組絕緣在各定子電壓段的絕緣電老化壽命損耗Eei的計算公式表示為
第五步計算絕緣電老化累積壽命損耗Ee
汽輪發電機定子繞組絕緣電老化累積壽命損耗Ee的計算公式表示為
第六步確定絕緣電老化累積壽命損耗的界限值Dce
定義汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化累積壽命損耗的界限值Dce為Dce＝0.65；
第七步計算絕緣電老化壽命損耗速率ee
汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命損耗速率ee的計算公式表示為
第八步計算絕緣剩余電老化壽命Hrle
汽輪發電機定子繞組絕緣的剩余電老化壽命Hrle的計算公式表示為
第九步推薦檢修處理措施
根據汽輪發電機定子繞組絕緣剩余電老化壽命Hrle的預測結果，推薦計劃檢修中汽輪發電機定子繞組絕緣的檢修處理措施為
1.Hrle＜7000h，建議1年內安排計劃大修，予以檢修或更換；
2.7000h≤Hrle＜28000h，建議1年后但4年內安排計劃大修，予以檢修或更換；
3.28000h≤Hrle＜56000h，建議按照電廠《檢修規程》在下次計劃大修中，予以檢查并進行定子繞組絕緣老化鑒定試驗；
4.Hrle≥56000h，建議按照電廠《檢修規程》在計劃檢修中進行電氣預防性試驗，繼續觀察；
第十步輸出并打印汽輪發電機定子繞組絕緣剩余電老化壽命的預測結果和所推薦的檢修處理措施。
全文摘要
本發明涉及一種汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命的預測方法，其特征在于，采用C語言編寫汽輪發電機定子繞組絕緣電老化壽命預測程序，運行在計算/應用服務器上，其方法為輸入基礎數據、計算各定子電壓段的累計工作小時數τi、計算各定子電壓對應的絕緣電老化壽命tei、計算各定子電壓段的絕緣電老化壽命損耗Eei、確定絕緣電老化累積壽命損耗的界限值Dce、計算絕緣電老化壽命損耗速率ee、計算絕緣剩余電老化壽命Hrle、推薦檢修處理措施。本發明的優點是在汽輪發電機的使用階段可以定量地預測汽輪發電機定子繞組絕緣的剩余電老化壽命，可以使汽輪發電機定子繞組絕緣的電老化壽命處于受控狀態。
文檔編號G01R31/06GK101109780SQ20071004460
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月6日 優先權日2007年8月6日
發明者史進淵, 宇 楊, 鄧志成, 茜 吳, 周昭偉 申請人:上海發電設備成套設計研究院