CN102150349A - 用于监测发电机端部绕组的状态的方法和系统 - Google Patents
用于监测发电机端部绕组的状态的方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102150349A CN102150349A CN2009801356190A CN200980135619A CN102150349A CN 102150349 A CN102150349 A CN 102150349A CN 2009801356190 A CN2009801356190 A CN 2009801356190A CN 200980135619 A CN200980135619 A CN 200980135619A CN 102150349 A CN102150349 A CN 102150349A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- transducer
- stator bar
- sensor array
- ternary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004804 winding Methods 0.000 title description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 54
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 21
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 12
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 12
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000004476 near response Effects 0.000 description 1
- 102000045246 noggin Human genes 0.000 description 1
- 108700007229 noggin Proteins 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 210000000515 tooth Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
- H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
用于监测发电机的工作状态的方法和系统。该系统包括在纤维光学导体的预定部段内形成的三元传感器阵列。所述三元传感器阵列由传感器组形成,该传感器组包括:第一传感器,其包括用于产生代表所述发电机的定子线棒内的应变的第一信号的Bragg光栅;第二传感器,其包括用于产生代表所述定子线棒内的温度的第二信号的Bragg光栅;以及第三传感器,其包括用于产生代表所述定子线棒内的振幅的第三信号的Bragg光栅。
Description
技术领域
本发明总体涉及监测电机状态,并且更具体地涉及通过获得通过纤维光学管道的用于监测电机状态的多个测量值来监测电机状态的方法和系统。
背景技术
在发电领域中使用的发电机包括定子绕组,其具有被压到基体(具体而言是层压定子芯或转子主体)内的槽中的大量导体或者定子线棒。这样的发电机意味着非常昂贵并且是长期投资。它的故障不仅会危害到动力器械本身,而且也可能会由于与维修相关的停机时间而导致非常严峻的服役时间缩减。为了避免这样的情况,更多地使用诊断系统对缺陷进行早期识别。诊断系统还允许较高的利用水平,从而使得动力器械更加经济可用。
由于发电机内具有非常高的电压,所以用于发电机的诊断系统通常使用避免使用电导线的传感器技术,其中该电导线当被应用到处于高压的结构时可能会导致与地面起弧。代替在导线上传输信号,通过光导体来传输发电机内的感测信号,例如通过玻璃纤维。例如,一种公知的诊断系统在发电机的端部绕组上提供振动传感器。在这种形式的系统中,振动传感器可以包括加速表,该加速表包括质量弹簧部件,其中光通过玻璃纤维传输对应于该质量的运动的信号。这种类型的系统可以提供加速度输出信号,该信号能够被转换为偏转并且用于分析幅值和相位。
虽然来自振动传感器的信号与定子线棒材料中的应力成比例,不过难以准确地确定比例因子。例如,比例因子会根据端部绕组的设计而变化并且还可以随线棒不同而变化,例如可以是由于安装条件的变化所导致的,其中该安装条件包括每个定子线棒在相应槽内的紧密度的变化。
在用于确定与定子线棒相关联的振动的另一方法中,包括Bragg光栅的光纤传感器可以被定位在邻近定子线棒端部的波形弹簧上从而检测从传感器接收到的信号频率的变化。检测到的变化可以指示出波形弹簧的弹性变化以及/或者会导致定子线棒运动的其他情况。这样的监测器公开于专利申请公开US 2008/0036336 A1。
优选的是,获得直接在定子线棒上的应变测量,从而提供被施加于特定定子线棒的应力的直接指示。此外,对于基于长期条件的维护而言,理想的是进一步获得来自应变测量传感器的指示出定子线棒上的应变的信息并结合来自振动测量传感器的指示出定子线棒振幅的信息,从而提供可以被用于跟踪并/或预测定子芯内的零件疲劳的数据。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供监测发电机工作状态的方法。该方法包括:将三元传感器阵列(triad sensor array)放置在发电机的定子线棒上,所述三元传感器阵列包括传感器组,该传感器组包括在纤维光学导体的预定部段内形成的第一、第二和第三传感器;产生指示出所述发电机内的定子线棒的工作状态的三元信号。产生三元信号的步骤包括:产生指示出所述定子线棒内的应力水平的第一基础测量信号;产生第二调节信号,该第二调节信号指示出对于所述基础测量信号的调节并且基于在所述定子线棒处的测量;以及产生第三动态测量信号,该第三动态测量信号是基本周期性变化的值并且指示出所述定子线棒内的应力水平。该方法还包括向所述纤维光学导体供应光辐射,从而向三元传感器阵列提供光辐射,从而产生第一、第二和第三信号并从三元传感器阵列接收所述第一、第二和第三信号,从而实现第一应力水平确定并且从而实现与所述第一应力水平确定基本同时且相互独立的第二应力水平确定。
根据本发明的另一方面,提供用于监测发电机的工作状态的系统,该发电机包括定子芯,该定子芯包括围绕转子相对彼此周向隔开设置的多个定子线棒。该系统包括纤维光学导体和在所述纤维光学导体内形成的多个三元传感器阵列,其中每个所述三元传感器阵列关联于所述定子线棒中的一个。每个三元传感器阵列包括:第一传感器,其包括第一Bragg光栅以产生指示出所述发电机的定子线棒内的应力水平的基础测量信号;第二传感器,其包括用于产生调节信号的第二Bragg光栅,该调节信号指示出对于基础测量的调节并且基于所述定子线棒处获得的测量;以及第三传感器,其包括产生动态测量信号的第三Bragg光栅,该动态测量信号是基本周期性变化的值并且指示出所述定子线棒内的应力水平。该系统还包括光辐射源,其联接于所述纤维光学导体以用于给所述三元传感器阵列中的每个阵列的第一、第二和第三传感器提供光辐射从而产生基础测量信号、调节信号和动态测量信号。此外,光检测器被联接到所述纤维光学导体以用于从每个三元传感器阵列中的每个阵列的第一、第二和第三传感器接收信号,其中所述基础测量信号、所述调节信号和所述动态测量信号分别唯一地识别于每个三元传感器阵列中的第一、第二和第三传感器。
根据本发明的又一方面,提供用于监测发电机的工作状态的系统。该系统包括在纤维光学导体的预定部段内形成的三元传感器阵列。三元传感器阵列包括传感器组,其包括:第一传感器,其包括用于产生代表所述发电机的定子线棒内的应变的第一信号的Bragg光栅;第二传感器,其包括用于产生代表所述定子线棒内的温度的第二信号的Bragg光栅;以及第三传感器,其包括用于产生代表所述定子线棒内的振幅的第三信号的Bragg光栅。该系统还包括光辐射源,其联接于所述纤维光学导体以用于向所述第一、第二和第三传感器提供光辐射从而产生第一、第二和第三信号。光检测器被联接到所述纤维光学导体以接收所述第一、第二和第三信号,其中所述第一、第二和第三信号分别唯一地识别于所述第一、第二和第三传感器。
附图说明
虽然由权利要求限定的内容具体指出且明确要求了本发明,不过应该认为结合附图从下述描述中将更好地理解本发明,附图中同样的附图标记指代同样的元件,并且附图中:
图1是示出了定子芯的一部分并且示出了根据本发明实施例的三元传感器阵列的位置的立体图;
图2是定子线棒的端部的放大视图,其示出了根据本发明实施例的三元传感器阵列的安装;
图3是状态监测系统的一种实施例的简略图,该系统包括传感器串联形成的三元传感器阵列;
图4是状态监测系统的一种实施例的简略图,该系统包括传感器并联形成的三元传感器阵列;
图4A是图4所示并联传感器设置的可替换构造的简略图;
图5是包括串联的多个三元传感器阵列的本发明实施例的简略图,且其示出了位于发电机壳体内的监测系统的光源和检测器;
图6是包括串联的多个三元传感器阵列的本发明实施例的简略图,且其示出了位于发电机壳体外部的监测系统的光源和检测器;以及
图7是包括并联的多个三元传感器阵列的本发明可替换实施例的简略图。
具体实施方式
在优选实施例的下述具体描述中,参考形成说明书一部分的附图,并且附图是通过图释的方式而不是通过限制性方式被示出的,其中示出了可以实践本发明的具体优选实施例。应该理解可以利用其他实施例并且在不背离本发明精神和范围的情况下可以进行修改。
参考图1,示出了发电机的定子芯绕组的一部分,且其包括定子芯12,该定子芯12包括限定径向延伸槽16的多个定子齿14。定子芯12包括定子线圈11,该定子线圈11包括位于每个槽16内的一个或更多个定子线棒。在所示实施例中,包括底部定子线棒18和顶部定子线棒20的一对定子线棒以堆叠关系位于每个槽16内。定子线棒18、20可以被缠绕在绝缘层22内从而形成地壁绝缘,如图2所示。线棒18、20被保持结构23保持就位,该保持结构23包括一个或更多个填充构件,例如位于槽16内从顶部定子线棒20径向向内的顶部槽填充件24和顶部波形弹簧26。保持结构23还包括安装在槽16内、从顶部波形弹簧26径向向内的楔28,从而以预定紧密度压紧槽16内的定子线棒18、20并且基本限制线棒18、20相对于定子芯12的运动。
虽然保持结构23基本保持了线棒18、20的位置,不过线棒18、20响应发电机内的振动仍然会产生一定程度的弯曲运动,从而导致线棒18、20的材料内存在应力,例如该应力可以通过一个或更多个线棒18、20的表面上的应变测量所检测到。
根据本发明,可以使用三元传感器阵列30来监测定子线棒18、20的状态。为了描述的目的,参考顶部定子线棒20上的三元传感器阵列30的监测来描述三元传感器阵列30。三元传感器阵列30包括三个传感器,即第一传感器32、第二传感器34和第三传感器36,所述三个传感器位于定子线棒20上且被选择成提供包括用于实施根据本发明实施例的状态监测方法的数据的信号。
第一传感器32产生的信号包括指示出定子线棒20内的应力水平的第一基础测量信号。第二传感器34产生的信号包括第二调节信号,该第二调节信号指示出对于基础测量信号的调节并且基于所述定子线棒20处获取的测量。第三传感器36产生的信号包括第三动态测量信号,该第三动态测量信号是基本周期性变化的值并且指示出所述定子线棒20内的应力水平。具体而言,第三信号可以包括加速信号,该加速信号可以被二次积分从而提供关于定子线棒20的端部的位移的数据。
三元传感器阵列30的第一传感器32可以包括应变传感器,第二传感器34可以包括温度传感器,并且第三传感器36可以包括振幅传感器。第一、第二和第三传感器32、34、36各自优选地包括含有相应Bragg光栅38a、38b、38c的纤维光学传感器,其中每个传感器32、34、36被形成为具有唯一的光栅栅格间距。每个传感器32、34、36的Bragg光栅38a-c具有对应于唯一中心Bragg波长λ(频率)的光栅间距。也就是说,每个传感器32、34、36的Bragg光栅38a-c内的衍射线间距唯一于具体传感器32、34、36从而以与该传感器32、34、36一致的波长反射光。特别地,每个传感器32、34、36具有指定给它的唯一中心Bragg波长,并且关于传感器32、34、36的中心Bragg波长的波长变化提供了对于与特定传感器32、34、36相关的被测量的值的变化的指示。光辐射源40,例如宽带光源,可以在联接器44处被联接到公共纤维光学导体42从而向三元传感器阵列30提供光辐射,并且其提供预定范围的光波长(频率)从而对应于连接在公共纤维光学导体42上的任意一个(多个)三元传感器阵列30的中心Bragg波长λ。从三元传感器阵列30反射出的光通过纤维光学导体42传回并且经由联接器44在光检测器或分析器46处被接收。
如图3所示,三元传感器阵列30包括串联设置在公共纤维光学导体42上的第一、第二和第三传感器32、34、36。第一、第二和第三传感器32、34、36优选地被放置在六英寸长度内。例如,第一和第二传感器32、34通常可以被放置在三元传感器阵列30的近似两英寸长度内,从而使得第二传感器34的温度测量非常接近第一传感器32的应变测量,并且包括用于振动测量的加速表的第三传感器36可以沿三元传感器阵列30延伸近似三英寸。
用于测量定子线棒20内的应变的第一传感器32可以包括纤维光学导体42被安装于定子线棒20的纵向延伸表面48的一部分,且第一Bragg光栅38a的相对端部固定到定子线棒20。可替换地,Bragg光栅38a可以被固定到附连于定子线棒20的基体50。用于测量温度的第二传感器34可以包括纤维光学导体42被陶瓷套筒52围绕的一部分,从而将Bragg光栅38b隔离于定子线棒20的运动,从而将Bragg光栅38b隔离于定子线棒20的与应变相关的变化。用于测量定子线棒20的端部处的振幅的第三传感器36可以包括纤维光学导体42位于加速表的外壳54内的一部分。加速表可以包括提供光学输出的任意公知加速表,例如美国专利No. 6,807,325中公开的Bragg光栅加速表,该专利并入本文以供参考。
图4示出了包括上述参考图3讨论的相同传感器32、34、36的三元传感器阵列30的传感器的可替换设置。图4的三元传感器阵列30包括彼此并联设置的第一、第二和第三传感器32、34、36。第一、第二和第三传感器32、34、36被设置成传感器32、34、36的一端在联接器43处连接到纤维光学导体42的光源/检测器侧,并且传感器32、34、36的相对端被连接到联接器45从而连接到纤维光学导体42的部段从而使得光源40和检测器46与其他三元传感器阵列30通信。光源光辐射和传感器信号可以通过每个三元传感器阵列30中的所有传感器32、34、36被传输从而提供在相邻三元传感器阵列30之间且通过相邻三元传感器阵列30的光路。
参考图4A,示出了图4的并联传感器设置的可替换构造,其包括上述参考图3讨论的相同传感器32、34、36。在图4A的构造中,第一和第二传感器32和34可以在联接器43处叉接到光纤导体42。纤维光学导体42包括第三传感器36的分支可以形成导体42到下一三元传感器阵列30的连续部分,其中第三传感器36为在相邻三元传感器阵列30之间且通过相邻三元传感器阵列30传输的光源光辐射和传感器信号限定了路径。
参考图5,示出了用于监测发电机的工作状态的系统的第一实施例。该系统包括从联接器44延伸出的、连接到光源40的且延伸到多个三元传感器阵列30的公共光纤导体42,其中每个三元传感器阵列30关联于位于定子芯(总体上被标记为12)内的相应定子线棒20(图2),以便每一个定子线棒20可具有邻近其端部固定的三元传感器阵列30。本实施例的多个三元传感器阵列30沿纤维光学导体42串联连接。来自光源40的光经由联接器44被提供给纤维光学导体42,且从每个三元传感器阵列30中的Bragg光栅38a-c反射的光经由联接器44被传输通过纤维光学导体42到达检测器46。在图5所示的系统构造中,光源40和检测器46位于发电机的壳体60内,并且检测器46处理的数据可以经由穿过壳体60中的穿透密封件(penetration seal)68的电线66被传送到显示器62和设备数据获取系统64。
应该注意到的是,除了在给定三元传感器阵列30中各传感器32、34、36具有不同的中心Bragg波长λ之外,每个三元传感器阵列30中的Bragg光栅38a-c还限定了与任意其他三元传感器阵列30中的传感器32、34、36的中心Bragg波长λ不同的中心Bragg波长λ。此外,限定各相继中心Bragg波长λ的Bragg光栅38a-c可以递增一预定量,例如5nm,以便每个传感器32、34、36的工作所落入的频带将不会重叠于另一传感器32、34、36的频带。由传感器32、34、36的Bragg光栅38a-c反射的波长(频率)的变化(如被测量变化所导致的)优选地小于中心Bragg波长λ之间的预定最小增量。光源40(例如宽带光源)提供的光优选地具有跨过所有三元传感器阵列30的中心Bragg波长λ的频率范围的波长(频率)范围。
由于第一传感器32中Bragg光栅38a的热膨胀,第一传感器32(即应变传感器)的位置处的温度变化会导致第一传感器32的部位处的应变的明显稳态变化。虽然Bragg光栅38a的热膨胀不会显著影响第一传感器32的动态振动测量,不过温度变化会对于来自第一传感器32的稳态应变测量具有实质性影响,而该应变测量是本发明所关注的。因此,第二传感器34所提供的传感器信号可以被用作参考以便针对温度变化调节第一传感器32的测量。
应该注意到,图5所示系统的可替换构造中,纤维光学导体42可以包括分支42’,其从最后的三元传感器阵列30延伸出从而在联接器44处连接到纤维光学导体42并且因而形成回路。在纤维光学导体42中存在断开的情况下,激光可以被传输到传感器32、34、36并且通过分支42’从Bragg光栅38a-c被反射回。可替换地,检测器46可以接收传输经过Bragg光栅38a-c的光,其中对于通过分支42’被传输到检测器46的光的分析表明了某些频率没有被传输到检测器46且对应于在中心Bragg光栅波长λ处或附近的响应。
当数据被检测器46分析时设备数据获取系统64获取每个定子线棒20上的数据。从每个定子线棒20的三元传感器阵列30获得的数据包括由第一传感器32的应变测量所确定的第一应力测量、由第二传感器34所确定的温度测量以及由第三传感器36所确定的第二应力测量。从第一传感器32提供的信号导出直接应力水平测量,并且其指示出从定子线棒20获得的直径应变测量。直接应力水平测量包括稳态应力测量并且可以使用来自第二传感器34的信号被调节成补偿纤维光学导体42中温度诱导的稳态变化。此外,第三传感器36提供来自各定子线棒20的三元传感器阵列30的第三信号,其包括间接应力水平测量。间接应力水平测量是从第三传感器36的动态测量信号所导出的,其被二次积分从而获得振幅(位移)测量。参考定子线棒20的已知物理特性来分析振幅从而确定间接应力水平测量。因此,三元传感器阵列30为每个定子线棒20提供两个应力水平测量。
设备数据获取系统64可以在发电机的工作寿命期间存储数据,例如与各个定子线棒20的状态相关的数据,以及基于对定子线棒20的综合分析、与发电机的整体状态相关的数据。这样的数据还包括定子线棒20的振动的频率、幅值和相位,其可以从第三传感器36的动态测量信号获得。此外,第一传感器32的直接应力水平测量(由来自第二传感器34的温度测量所调节)和第三传感器36的间接应力水平测量之间的相关性可以被用于发电机的状态监测。第一和第三传感器32、36的应力水平测量之间的相关性也可以被用于进一步理解在发电机的整个寿命期间当发电机状态变化时发电机中的直接和间接应力水平测量之间的关系(相关性)。在附加应力水平监测器械的设计和研究中可以使用这样的信息。
应该注意的是,如这里所用,“直接”应力水平测量指的是可以由在定子线棒20处或在响应定子线棒20内的应变而经历线性振动的结构(例如围绕定子线棒20的地壁22)上获得的应变测量所确定的应力水平测量。如这里所用的,“间接”应力水平测量指的是在定子线棒20处获取的测量,且其不是应变测量且可以使用定子线棒20的已知和/或假定特征来处理从而得到应力水平测量。
参考图6,示出了用于监测发电机的工作状态的系统的第二实施例。第二实施例包括与参考图5所示的第一实施例所描述的元件类似的元件,其中使用相同附图标记增加100来描述所述元件。第二实施例的光源140、检测器146和联接器144位于发电机壳体160的外部,并且纤维光学导体142传送光源光并且将信号返回到三元传感器阵列130且从该三元传感器阵列130接收信号,从而仅纤维光学导体142横穿发电机壳体160内的穿透密封件168。在图6所示的系统的可替换构造中,分支纤维光学导体142’可以从最后的三元传感器阵列130延伸出且穿过穿透密封件168到达联接器144从而当纤维光学导体142中存在断开的情况下提供可替换光路。
参考图7,示出了用于监测发电机的工作状态的系统的第三实施例。第三实施例包括与参考图5所示的第一实施例所描述的元件类似的元件,其中使用相同附图标记增加200来描述所述元件。在本实施例中,通过公共纤维光学导体242向多个三元传感器阵列230提供光且从多个三元传感器阵列230接收信号,其中该公共纤维光学导体242经由联接器244连接到光源240和检测器246。公共纤维光学导体242被多个纤维光学分支270连接到多个三元传感器阵列230,其中所述多个纤维光学分支270以星形构造从中心联接器272延伸。因此,多个三元传感器阵列230被连接成并联构造,这样如果在三元传感器阵列230的任意一个传感器中发生断开,则其他三元传感器阵列230不会受影响。
应该理解参考图5-7描述的系统可以包括参考图3、图4和图4A描述的任意传感器阵列构造。
虽然已经图释并描述了本发明的具体实施例,不过对于本领域的技术人员而言显而易见的是,可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种其它改变和改进。因此,所附权利要求旨在涵盖落入本发明范围内的所有这样的改变和改进。
Claims (20)
1.一种监测发电机的工作状态的方法,所述方法包括:
将三元传感器阵列放置在发电机的定子线棒上,所述三元传感器阵列包括传感器组,其包括在纤维光学导体的预定部段内形成的第一、第二和第三传感器;
产生指示出发电机内的定子线棒的工作状态的三元信号,所述产生三元信号包括:
产生指示出定子线棒内的应力水平的第一基础测量信号;
产生第二调节信号,其指示出对于基础测量信号的调节并且基于在所述定子线棒处获取的测量;以及
产生第三动态测量信号,其是基本周期性变化的值并且指示出定子线棒内的应力水平;
向所述纤维光学导体提供光辐射从而向所述三元传感器阵列提供光辐射以产生所述第一、第二和第三信号;以及
从所述三元传感器阵列接收所述第一、第二和第三信号从而实现第一应力水平确定并且实现基本同时于且独立于所述第一应力水平确定的第二应力水平确定。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述第一应力水平确定包括使用来自与相应定子线棒相关联的各三元传感阵列的所述第一和第二信号来直接确定各定子线棒内的应力水平。
3.如权利要求2所述的方法,其中所述第二应力水平确定包括使用来自与所述相应定子线棒相关联的各三元传感器阵列的所述第三信号来间接确定各定子线棒内的应力水平。
4.如权利要求3所述的方法,其中所述第一信号指示出定子线棒的位置处的应变,所述第二信号指示出定子线棒的温度,并且所述第三信号指示出由定子线棒的振动所导致的加速。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述第一、第二和第三信号包括在所述第一、第二和第三传感器中每一个处形成的Bragg反射。
6.一种用于监测发电机的工作状态的系统,所述发电机包括定子芯,该定子芯包括围绕转子相对彼此周向间隔开的多个定子线棒,所述系统包括:
纤维光学导体;
在所述纤维光学导体内形成的多个三元传感器阵列,每个所述三元传感器阵列关联于所述定子线棒中的一个;
每个所述三元传感器阵列包括:
第一传感器,其包括第一Bragg光栅以用于产生指示出所述发电机的定子线棒内的应力水平的基础测量信号;
第二传感器,其包括第二Bragg光栅以用于产生调节信号,该调节信号指示出对于所述基础测量的调节并且基于所述定子线棒处获取的测量;以及
第三传感器,其包括第三Bragg光栅以用于产生动态测量信号,该动态测量信号是基本周期性变化的值并且指示出所述定子线棒内的应力水平;
光辐射源,其联接到所述纤维光学导体从而向每个所述三元传感器阵列的所述第一、第二和第三传感器提供光辐射以产生所述基础测量信号、所述调节信号和所述动态测量信号;以及
光检测器,其联接于所述纤维光学导体从而从每个所述三元传感器阵列的所述第一、第二和第三传感器接收所述信号,其中所述基础测量信号、所述调节信号和所述动态测量信号分别唯一地被识别于每个所述三元传感器阵列的所述第一、第二和第三传感器。
7.如权利要求6所述的系统,其中所述第一、第二和第三Bragg光栅被形成为相对于相邻三元传感器阵列的位置之间的间距彼此非常接近。
8.如权利要求6所述的系统,其中每个所述三元传感器阵列提供第一应力水平指示和第二应力水平指示,其分别关联于来自所述第一和第三传感器的所述信号并且指示出相应定子线棒的状态。
9.如权利要求8所述的系统,其中每个所述三元传感器阵列的所述第一传感器被安装到相应定子线棒的纵向延伸表面,并且每个所述三元传感器阵列的所述第三传感器被安装到相应定子线棒的端部。
10.如权利要求6所述的系统,其中每个三元传感器阵列的所述第一、第二和第三传感器被放置成彼此串联。
11.如权利要求6所述的系统,其中每个三元传感器阵列的所述第一、第二和第三传感器被放置成彼此并联。
12.如权利要求6所述的系统,其中所述多个三元传感器阵列被放置成彼此串联。
13.如权利要求6所述的系统,其中所述多个三元传感器阵列被放置成彼此并联。
14.一种用于监测发电机的工作状态的系统,所述系统包括:
在纤维光学导体的预定部段内形成的三元传感器阵列,所述三元传感器阵列包括传感器组,其包括:
第一传感器,其包括用于产生代表所述发电机的定子线棒内的应变的第一信号的Bragg光栅;
第二传感器,其包括用于产生代表所述定子线棒内的温度的第二信号的Bragg光栅;以及
第三传感器,其包括用于产生代表所述定子线棒内的振幅的第三信号的Bragg光栅;
光辐射源,其联接于所述纤维光学导体以用于给所述第一、第二和第三传感器提供光辐射从而产生所述第一、第二和第三信号;以及
光检测器,其被联接到所述纤维光学导体以接收所述第一、第二和第三信号,其中所述第一、第二和第三信号分别唯一地被识别于所述第一、第二和第三传感器。
15.如权利要求14所述的系统,其中所述第三传感器包括加速表。
16.如权利要求14所述的系统,其中所述第一传感器被安装到定子线棒的纵向延伸表面,所述第三传感器被安装到定子线棒的端部。
17.如权利要求14所述的系统,包括在所述纤维光学导体的预定部段内形成的附加传感器阵列,每个所述附加传感器阵列被放置在所述发电机的相应相关定子线棒上,每个所述附加传感器阵列包括用于产生指示出所述相关定子线棒内的直接应力水平测量的信号的应变传感器以及用于产生指示出所述相关定子线棒内的间接应力水平测量的信号的加速表。
18.如权利要求17所述的系统,其中每个附加传感器阵列内的所述传感器包括在所述纤维光学导体内形成的三元传感器阵列,其包括用于产生表示每个所述相关定子线棒内的温度的信号的温度传感器,并且每个所述附加传感器阵列内的每个所述传感器包括Bragg光栅。
19.如权利要求14所述的系统,其中所述光辐射源和所述光检测器被放置在发电机的壳体内。
20.如权利要求14所述的系统,其中所述光辐射源和所述光检测器被放置在发电机的壳体外部,并且所述纤维光学导体横穿所述壳体内的穿透密封件。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/209,333 US8076909B2 (en) | 2008-09-12 | 2008-09-12 | Method and system for monitoring the condition of generator end windings |
US12/209333 | 2008-09-12 | ||
PCT/US2009/053246 WO2010030456A2 (en) | 2008-09-12 | 2009-08-10 | Method and system for monitoring the condition of generator end windings |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102150349A true CN102150349A (zh) | 2011-08-10 |
CN102150349B CN102150349B (zh) | 2014-06-25 |
Family
ID=41682761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200980135619.0A Expired - Fee Related CN102150349B (zh) | 2008-09-12 | 2009-08-10 | 用于监测发电机端部绕组的状态的方法和系统 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8076909B2 (zh) |
EP (1) | EP2332241A2 (zh) |
KR (1) | KR20110069041A (zh) |
CN (1) | CN102150349B (zh) |
WO (1) | WO2010030456A2 (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103090962A (zh) * | 2013-01-06 | 2013-05-08 | 北京信息科技大学 | 利用变压器绕组振动识别发电机定子绕组端部劣化的方法 |
CN103891111A (zh) * | 2011-08-31 | 2014-06-25 | 丰田自动车株式会社 | 旋转电机 |
CN104410218A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-03-11 | 国家电网公司 | 一种水轮发电机定子铁芯传感光纤安装方法 |
CN109782166A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-21 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 一种大型调相机定子铁芯自动试验装置及方法 |
CN110383000A (zh) * | 2017-03-02 | 2019-10-25 | 乌本产权有限公司 | 发电机、测量装置、测量装置的应用、用于运行发电机的方法、风能设备以及用于运行风能设备的方法 |
CN110690795A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-01-14 | 西安安凡达智能电机有限公司 | 永磁电机定转子温度和振动测量装置和永磁电机 |
US20200076277A1 (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Stator with a temperature detection unit for an electric motor |
Families Citing this family (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090232183A1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | General Electric Company | System and method to measure temperature in an electric machine |
US20110018483A1 (en) * | 2009-07-21 | 2011-01-27 | General Electric Company | Stator end-winding component monitoring system |
US8379225B2 (en) | 2010-03-31 | 2013-02-19 | General Electric Company | System for monitoring a relative displacement of components |
US8514409B2 (en) | 2010-03-31 | 2013-08-20 | General Electric Company | System for monitoring a relative displacement of components |
US8520986B2 (en) * | 2010-04-05 | 2013-08-27 | George Franklin Dailey | Use of fiber optic sensor techniques for monitoring and diagnostics of large AC generators |
US8310120B2 (en) * | 2010-08-30 | 2012-11-13 | General Electric Company | System and method for monitoring health of electrical machines |
US8422008B2 (en) * | 2010-09-29 | 2013-04-16 | General Electric Company | Electrical machine component monitoring system and method |
US8820167B2 (en) | 2011-02-10 | 2014-09-02 | Siemens Energy, Inc. | Vibration sensor |
US8645101B2 (en) | 2011-02-10 | 2014-02-04 | Siemens Energy, Inc. | Method for monitoring the condition of a vibration sensor |
US9120286B2 (en) | 2011-03-31 | 2015-09-01 | Fos Llc | Fiber optic sensor thermally matched support tubes for distributed fiber optic sensing |
US8829840B2 (en) * | 2011-04-29 | 2014-09-09 | General Electric Company | Auto-compensating system and method for condition monitoring of electrical machines |
US8687175B2 (en) * | 2011-05-05 | 2014-04-01 | Siemens Energy, Inc. | Fluid flow velocity and temperature measurement |
US20130027030A1 (en) * | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Michael Twerdochlib | Fiber optic magnetic flux sensor for application in high voltage generator stator bars |
US8830448B2 (en) * | 2011-12-22 | 2014-09-09 | General Electric Company | Remote monitoring of tightness of stator windings |
EP2634898A1 (de) | 2012-03-01 | 2013-09-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine |
US9228890B2 (en) * | 2012-06-01 | 2016-01-05 | Fujikura Ltd. | Method of measuring acoustic distribution and distributed acoustic sensor |
US8718419B2 (en) | 2012-08-15 | 2014-05-06 | Siemens Energy, Inc. | Frame foot loading measurement system using fiber optic sensing technique |
US8912766B2 (en) * | 2013-02-08 | 2014-12-16 | General Electric Company | System and method for determining pole shift |
US20140305223A1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-16 | Michael Twerdochlib | Method of on-line automatic generator core through-bolt tensioning |
US10031331B2 (en) | 2013-07-09 | 2018-07-24 | General Electric Company | Inspection apparatus guide system |
US9548642B2 (en) | 2014-04-01 | 2017-01-17 | Siemens Energy, Inc. | Fiber optic sensing apparatus for detecting stator slot temperatures and stator including such apparatus |
US9506839B2 (en) | 2014-05-12 | 2016-11-29 | Siemens Energy, Inc. | Retaining ring online inspection apparatus and method |
US9551598B2 (en) * | 2014-05-12 | 2017-01-24 | Siemens Energy, Inc. | Fiber optic sensing apparatus with an improved fiber-affixing device |
US9791334B2 (en) * | 2014-05-16 | 2017-10-17 | Halliburton Energy Services, Inc. | Polymer composite wireline cables comprising optical fiber sensors |
EP3073232B1 (en) * | 2015-03-25 | 2018-10-31 | General Electric Technology GmbH | Measuring method and device for measuring deflections at stator end windings |
EP3106890A1 (en) * | 2015-06-19 | 2016-12-21 | General Electric Technology GmbH | Method for measuring a stator core of an electric machine and measuring device |
US9939458B2 (en) | 2015-08-27 | 2018-04-10 | General Electric Company | Insulated accelerometer assembly for high voltage environment |
US10416004B2 (en) * | 2016-05-02 | 2019-09-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Resin impregnation detection device, coil for rotating machine, and method for impregnating and molding resin of coil for rotating machine |
EP3595147A1 (en) * | 2018-07-12 | 2020-01-15 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Structure health monitoring of the stator of an electrical generator |
US11300602B1 (en) | 2019-12-26 | 2022-04-12 | Dynamic Ratings Pty. Ltd. | Method for determining the condition of one or more rotating machine assets and profiling their maintenance needs using partial discharge measurements |
CN111551853B (zh) * | 2020-05-30 | 2022-07-29 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 一种水轮发电机定子铁芯叠片松动故障检测方法 |
US11742723B2 (en) * | 2021-02-16 | 2023-08-29 | Siemens Energy, Inc. | Wedge tightness monitoring |
Family Cites Families (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4828389A (en) * | 1987-04-21 | 1989-05-09 | Smiths Industries | Integrated triad optical rate sensor apparatus |
US4940933A (en) * | 1989-04-13 | 1990-07-10 | Westinghouse Electric Corp. | Fiber optic arc monitor |
US5157461A (en) * | 1990-06-14 | 1992-10-20 | Smiths Industries Aerospace & Defense Systems Inc. | Interface configuration for rate sensor apparatus |
US5146776A (en) * | 1990-11-26 | 1992-09-15 | Westinghouse Electric Corp. | Method for continuously calibrating an optical vibration sensor |
JPH0515637U (ja) * | 1991-08-01 | 1993-02-26 | 三菱電機株式会社 | 母線温度監視装置 |
US5315956A (en) * | 1993-08-09 | 1994-05-31 | Reno Ronald G | Bus duct abnormal temperature indicator |
US5684718A (en) * | 1996-02-12 | 1997-11-04 | Westinghouse Electric Corporation | Method and apparatus for monitoring the operation of an electric generator |
US5680489A (en) * | 1996-06-28 | 1997-10-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical sensor system utilizing bragg grating sensors |
US5831511A (en) * | 1996-07-11 | 1998-11-03 | General Electric Co. | Resistance temperature detector assembly and method of fabricating same |
US5892860A (en) | 1997-01-21 | 1999-04-06 | Cidra Corporation | Multi-parameter fiber optic sensor for use in harsh environments |
US6246048B1 (en) * | 1999-05-18 | 2001-06-12 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for mechanically enhancing the sensitivity of longitudinally loaded fiber optic sensors |
EP1190262B1 (de) * | 1999-05-21 | 2005-11-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Bragg-gitter-vorrichtung zur messung einer beschleunigung |
JP2000350412A (ja) * | 1999-06-02 | 2000-12-15 | Hitachi Ltd | 回転電機 |
US6212306B1 (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-03 | David J. F. Cooper | Method and device for time domain demultiplexing of serial fiber Bragg grating sensor arrays |
DE19962668C1 (de) | 1999-12-23 | 2000-12-07 | Siemens Ag | Optische Meßeinrichtung für ein elektrisches Gerät mit einem in eine Nut gepreßten Leiter |
US6636041B2 (en) * | 2000-07-18 | 2003-10-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetic resonance apparatus having an optical fiber with a Bragg grating for measuring mechanical deformations |
US20050035768A1 (en) * | 2002-10-02 | 2005-02-17 | Germano Rabach | Method and electromagnetic sensor for measuring partial discharges in windings of electrical devices |
DE10331486A1 (de) * | 2003-07-11 | 2005-01-27 | Alstom Technology Ltd | Integrierte Anordnung optischer Fasern in einem Leiter |
US6886977B2 (en) * | 2003-07-17 | 2005-05-03 | General Electric Company | Measuring temperature in stationary components of electrical machines using fiber optics |
US6923048B2 (en) * | 2003-09-24 | 2005-08-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus of monitoring temperature and strain by using fiber Bragg grating (FBG) sensors |
GB2427910B (en) * | 2005-07-02 | 2008-03-12 | Sensor Highway Ltd | Fiber optic temperature and pressure sensor and system incorporating same |
US7369057B2 (en) * | 2005-08-04 | 2008-05-06 | Siemens Power Generation, Inc. | Power generator and power generator auxiliary monitoring |
US7787113B2 (en) * | 2006-05-19 | 2010-08-31 | Siemens Industry, Inc. | Method for optically detecting an electrical arc in a power supply |
US20080036336A1 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-14 | General Electric Company | Method and apparatus for monitoring machinery vibration |
US7533572B2 (en) * | 2006-08-15 | 2009-05-19 | Siemens Energy, Inc. | High bandwidth fiber optic vibration sensor |
US7336862B1 (en) * | 2007-03-22 | 2008-02-26 | General Electric Company | Fiber optic sensor for detecting multiple parameters in a harsh environment |
US7486864B2 (en) * | 2007-04-05 | 2009-02-03 | Siemens Energy, Inc. | Monitoring system for turbine engine |
US7549803B2 (en) * | 2007-04-05 | 2009-06-23 | Siemens Energy, Inc. | Fiber optic generator condition monitor |
US7604399B2 (en) * | 2007-05-31 | 2009-10-20 | Siemens Energy, Inc. | Temperature monitor for bus structure flex connector |
-
2008
- 2008-09-12 US US12/209,333 patent/US8076909B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-08-10 EP EP09791321A patent/EP2332241A2/en not_active Withdrawn
- 2009-08-10 WO PCT/US2009/053246 patent/WO2010030456A2/en active Application Filing
- 2009-08-10 KR KR1020117007523A patent/KR20110069041A/ko not_active Application Discontinuation
- 2009-08-10 CN CN200980135619.0A patent/CN102150349B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103891111A (zh) * | 2011-08-31 | 2014-06-25 | 丰田自动车株式会社 | 旋转电机 |
CN103090962A (zh) * | 2013-01-06 | 2013-05-08 | 北京信息科技大学 | 利用变压器绕组振动识别发电机定子绕组端部劣化的方法 |
CN103090962B (zh) * | 2013-01-06 | 2014-10-29 | 北京信息科技大学 | 利用变压器绕组振动识别发电机定子绕组端部劣化的方法 |
CN104410218A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-03-11 | 国家电网公司 | 一种水轮发电机定子铁芯传感光纤安装方法 |
CN110383000A (zh) * | 2017-03-02 | 2019-10-25 | 乌本产权有限公司 | 发电机、测量装置、测量装置的应用、用于运行发电机的方法、风能设备以及用于运行风能设备的方法 |
US11236732B2 (en) | 2017-03-02 | 2022-02-01 | Wobben Properties Gmbh | Generator, measuring device, use of a measuring device, method for operating a generator, wind energy installation and method for operating a wind energy installation |
US20200076277A1 (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Stator with a temperature detection unit for an electric motor |
US11482910B2 (en) * | 2018-08-31 | 2022-10-25 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Stator with a temperature detection unit for an electric motor |
CN109782166A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-21 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 一种大型调相机定子铁芯自动试验装置及方法 |
CN110690795A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-01-14 | 西安安凡达智能电机有限公司 | 永磁电机定转子温度和振动测量装置和永磁电机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2332241A2 (en) | 2011-06-15 |
US8076909B2 (en) | 2011-12-13 |
CN102150349B (zh) | 2014-06-25 |
WO2010030456A2 (en) | 2010-03-18 |
KR20110069041A (ko) | 2011-06-22 |
WO2010030456A3 (en) | 2010-12-29 |
US20100066315A1 (en) | 2010-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102150349B (zh) | 用于监测发电机端部绕组的状态的方法和系统 | |
EP2643663B1 (en) | Long fibre optic sensor system in a wind turbine component | |
CN103017950B (zh) | 一种高灵敏度光纤光栅土压力计 | |
US8348611B2 (en) | Wind turbine having a sensor system for detecting deformation in a wind turbine rotor blade and corresponding method | |
CN104040844A (zh) | 用于高压发电机定子棒的光纤磁通量传感器 | |
US20120026482A1 (en) | Use of fiber optic sensor techniques for monitoring and diagnostics of large AC generators | |
JP3668199B2 (ja) | トンネルの変形測定方法 | |
CN104390694B (zh) | 包层光纤光栅振动传感仪 | |
JP2012503207A (ja) | 光学的なロールカバーセンサシステムを備える工業用ロール | |
KR101840874B1 (ko) | 부품의 상대 변위를 모니터링하기 위한 시스템 | |
US8645101B2 (en) | Method for monitoring the condition of a vibration sensor | |
EP1110065B1 (en) | Seismic sensing and acoustic logging systems using optical fiber, transducers and sensors | |
KR101532197B1 (ko) | 진동 센서 | |
JP3903186B2 (ja) | Fbg光ファイバセンサを用いた地すべり計 | |
Mrad et al. | On the use of a compact optical fiber sensor system in aircraft structural health monitoring | |
JP4032124B2 (ja) | 光ファイバセンサ装置 | |
US20240159800A1 (en) | Electrical state monitoring related to a power cable | |
Flockhart et al. | Direct monitoring of underwater ultrasonic transducers in the near field using fibre Bragg grating sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140625 Termination date: 20150810 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |