電容傳感器

電容位移傳感器測量風機空氣間隙-capa

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發布日期:2017-09-04 瀏覽: 次



采用電容位移傳感器測量風力發電機空氣間隙
風力發電空氣間隙測量
從早期用于取水灌溉和磨面的風車,一直發展到現在用于發電的大型風機,人們對風能的利用在人類歷史發展的過程中從未停止。
 
上世紀70年代連續出現的兩次能源危機使得化石原料的價格一路上漲,加上日益嚴重的環境問題,各個國家開始重新考慮對可再生能源的利用。在美國、丹麥、德國、英國、瑞典等國家政府項目的推動下,許多葉輪直徑超過60m的大型風力發電機由國家投資被建立起來用于相關技術的研究和實驗驗證。具有代表性的有德國的GROWIAN風機(葉輪直徑100m,3MW),瑞典的 WTS 3風機(葉輪直徑78m,3MW),瑞典的 AEOLUS WTS 7風機(葉輪直徑75m,2MW),美國的BOEING MOD-2風機(葉輪直徑91m,2.5MW), GE Mod-1(2 MW, 葉輪直徑61m )等。由于缺乏相關的風機建造和運行管理經驗以及相關的技術,最后這些風機沒有一個真正長期運行下來的。但是在這個過程中,大量的技術和經驗被積累下來,為以后的發展奠定了基礎。八十年代中后期歐洲和美洲都繼續著大型風力發電機的研發,而以歐洲取得的成就最大。
 
風力發電技術已經曲曲折折的發展了一百多年,在這一百多年里,充滿了各式各樣的嘗試、創新、成功和失敗。經過了百年的洗禮,風電技術才逐漸成熟應用起來。如今德國,丹麥,美國等風電技術先進的國家無論是在風機設計技術上和還是在風機運行經驗上都積累了豐富的經驗。各種技術路線還在不斷的互相借鑒并不斷的改進和完善,各種新的概念和技術仍在不斷的推出并應用于風電領域。陸上風資源已經開發完的德國等風電大國已經開始開發海上風場。中國也已經開始建設海上風場。
 
中國地域遼闊,具有很長海岸線的國家,風能資源豐富,發展前景廣闊。但是由于地形條件復雜和多樣化,風能空間分布不統一[9]。根據中國氣象局普查數據顯示平均風能密度是100W/m2。在陸地上,從地面到10米高度,風能資源實際的總儲備約為32億千瓦,可利用的容量為2.53億千瓦,近海岸線處,距海平面10米的高度,可以開發和利用的風能儲備約7.5億千瓦,所以可利用的風能總容量大約10億千瓦。如果陸地上的風能發電每年用2000小時全負載計算,可以提供5000億kWh電能;如果近海處的風能發電每年用2500小時全負載計算,將可以提供1.8萬億kWh電能,如此可知,總共可提供2.3萬億kWh電能。
 
發電機定、轉子空氣間隙(以下簡稱氣隙)是一項重要的電磁參數,它對電機的其 它參數、運行性能及技術經濟指標有著直接的影響;運行中的發電機,其氣隙的均勻性將直 接影響電氣特性和機械性能的穩定。
 
為確保大型發電機的安全運行,預防突發性事故的發生,一些國家和有關部門提 出,建立一套專門的發電機氣隙監測系統,在機組投入試運行時和正式投產之后對氣隙進行反復測量,為運行、檢修提供一系列的預防性數據,并為機組的優化設計提供相應的驗證。
 
國際上對運行中的風力發電機氣隙實施動態監測是從水輪機的氣隙監測系統直接移植過來。該系統主要是以平板式電容傳感器(以下簡稱為傳感器)來監測氣隙的變化。在該類監控方法中,其平板式電容傳感器以粘貼方式安裝在定子鐵芯上,其安裝的數量通常以用戶要求而定。來自平板式電容傳感器的測量信號,由采集單元采集、傳輸,并由計算機和軟件控制測量模態和進行過程分析,及貯存和記錄其測量數據。
 
https://www.researchgate.net/profile/Yacine_Amara/publication/257219897/figure/fig12/AS:297458681827331@1447931084093/Fig-12-Electric-machine-with-rotor-eccentricity-air-gap-is-exaggerated-for-clarity-e.png
對于無軸承風力發電機組,必須檢測定子和轉子之間的空氣間隙。

空氣間隙監控指實時監控發電機轉子和定子之間的間隙距離。轉子和定子形狀和位置會受到電機運轉的離心力,熱力學和磁力的影響。轉子和定子不同心或失去圓度,會減少發電機組運行效率。最嚴重的情況下,這些問題可能導致磁性感應發熱或定子轉子摩擦。




 

德國米銥公司為風力發電機組特別設計了專用間隙測量傳感器:
采用三同軸電纜,更好的抗電磁干擾性能
電纜可以集成到探頭內,或者采用最新的特殊插頭,實現可插拔探頭。探頭電纜直徑僅為Ø3.2mm, 使德國米銥間隙測量專用電容位移傳感器可以安裝于狹小的發電機外殼內。這也意味著采用更短的電纜,輕松將傳感器安裝于發電機組內部需要的位置。
 
傳感器探頭部分可以采用粘貼的辦法,固定于發電機組定子。或者采用磁條方式,也可以固定探頭。探頭本身為非鐵磁材料,可以安裝于發電機內的強磁場中。所有探頭都可以互換。
 


如圖,綠色部分為非導體材料安裝卡具,有利于傳感器電磁防護。紅色部分是傳感器,傳感器本身厚度最薄可以達到0.5mm, 量程可達8mm (可以根據客戶具體需要擴展)。
 

 

 
對于售后服務部門需要的臨時檢測需要,米銥公司也有便攜解決方案

如圖,手持檢測儀包含自動檢測軟件,可以檢測每一個極靴并可以生成測量數據,存儲于SD卡內。該款產品特別適用于售后團隊臨時檢測,排查發現風機氣隙故障。



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