CN104296984B - 一种大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法及装置，方法步骤包括：预先在定子绕组端部的振幅最大区域埋设位移传感器、应力最大区域埋设电磁探伤线圈，在发电机处于运行状态通过位移传感器采集位移数据判断定子绕组端部是否发生故障振动，否则通过电磁探伤线圈电磁探伤检测定子绕组端部是否产生机械裂纹。装置包括传感器单元、脉冲电源和数据采集单元，所述传感器单元包括位移传感器和电磁探伤线圈，电磁探伤线圈由相互耦合的激励线圈和接收线圈组成。本发明能够分别基于待检测大型发电机的不同工作状态实现定子绕组端部的机械振动和机械裂纹故障检测，能够排除在线检测的信号干扰，具有抗干扰能力强、检测准确度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及大型发电机故障检测技术领域，具体涉及一种大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法及装置。
背景技术
随着发电机制造水平的提高及电网运行稳定性的提高，发电机单机容量逐渐增加。大型发电机的安全运行对整个电网的安全、稳定运行将起到越来越重要的作用。单机容量的增大使得发电机定子绕组端部所受电动力、机械力越来越大。因发电机定子端部所受电磁力是电网频率的两倍，因此当端部绕组的固有频率接近100Hz时，定子端部绕组将发生谐振，电机运行中就可能因其振动幅值增大而发生端部绕组和结构件松动、磨损、绝缘损坏，进而造成事故。因而分析汽轮发电机定子端部绕组振动特性并探索故障监测方法显得尤为重要。
公开号为CN103033745A的中国专利文献公开了一种根据电流特征分析来检测发电机故障的方法。该方法通过获取表示发电机运行状态的电信号，并将其归一化以提取频谱信息，最终根据频谱信息分析来检测故障。然而大多数发电机机械故障是一个长期累积发展的过程，这一故障发展过程可通过探测机械裂纹发现；该发明只可在线检测发电机机械故障，未涉及机械裂纹探伤这一内容。公开号为CN202562433U的中国专利文献公开了一种涡流检测探头，该涡流检测探头能够克服涡流检测探头对材质为40Cr的回转支承表面淬火层识别不敏感、容易漏检的技术问题。然而该发明的涡流检测探头形状规则，不适用于大型发电机定子绕组端部的探伤检测。但是，目前尚未见到基于在线监测振动和离线电磁探伤的大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法及装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述技术问题，提供一种能够分别基于待检测大型发电机的不同工作状态实现定子绕组端部的机械振动和机械裂纹故障检测，能够排除在线检测的信号干扰，抗干扰能力强、检测准确度高的大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法，其步骤包括：
1）预先在待检测大型发电机的定子绕组端部的振幅最大区域埋设位移传感器；在所述定子绕组端部的应力最大区域埋设由相互耦合的激励线圈和接收线圈组成的电磁探伤线圈；
2）检测检测大型发电机运行状态，如果待检测大型发电机处于运行状态，则通过位移传感器采集所述定子绕组端部的振幅最大区域的位移数据，根据位移数据判断所述定子绕组端部是否发生故障振动；否则如果待检测大型发电机处于停止状态，则向所述激励线圈产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号，基于激励脉冲电流信号、感应电流信号判断定子绕组端部是否产生机械裂纹。
优选地，所述应力最大区域是指定子绕组端部位于定子绕组从定子槽引出部位的转角处A。
优选地，所述步骤2）中根据位移数据判断所述定子绕组端部是否发生故障振动的步骤包括：判断所述位移数据是否超出标定位移数据的一倍，如果所述位移数据超出标定位移数据的一倍，则判定定子绕组端部发生故障振动，否则如果所述位移数据未超出标定位移数据的一倍，则判定定子绕组端部未发生故障振动；所述标定位移数据是指预先通过位移传感器采集定子绕组端部的振幅最大区域在大型发电机正常运行时的位移数据。
优选地，所述步骤2）中基于激励脉冲电流信号、感应电流信号判断定子绕组端部是否产生机械裂纹的步骤包括：获取感应电流信号中与激励脉冲电流信号同频率的感应电流分量，判断所述感应电流分量是否超出标定感应电流分量的150%，如果所述感应电流分量超出标定感应电流分量的150%，则判定定子绕组端部已产生机械裂纹，否则所述感应电流分量未超出标定感应电流分量的150%，则判定定子绕组端部未产生机械裂纹；所述标定感应电流分量是指预先在大型发电机正常停止时向激励线圈产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号中与激励脉冲电流信号同频率的感应电流分量。
一种大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置，包括传感器单元、脉冲电源和数据采集单元，所述传感器单元包括位移传感器和电磁探伤线圈，所述位移传感器埋设于待检测大型发电机的定子绕组端部的振幅最大区域，所述电磁探伤线圈由相互耦合的激励线圈和接收线圈组成，所述激励线圈和接收线圈均埋设于大型发电机的定子绕组端部的应力最大区域，所述脉冲电源的输出端与激励线圈相连，所述位移传感器、接收线圈的输出端分别与数据采集单元相连。
优选地，所述应力最大区域是指定子绕组端部位于定子绕组从定子槽引出部位的转角处A。
优选地，所述激励线圈和接收线圈分别埋设于大型发电机的定子绕组端部的应力最大区域的两侧，且所述激励线圈和接收线圈的线圈平面与待检测大型发电机的定子绕组端部的应力最大区域的表面平行。
优选地，所述激励线圈和接收线圈之间大小相同，且相互平行布置。或者优选地，所述激励线圈比接收线圈小，所述激励线圈平行布置于接收线圈的内部。
本发明大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法具有下述优点：本发明在大型发电机运行时，通过位移传感器检测发电机定子绕组是否出现故障振动；大型发电机停止运行时，通过电磁探伤方法检测发电机定子端部是否存在机械裂纹，通过在线检测定子绕组振动特性和离线检测定子绕组机械裂纹的方法，可从动态与静态两方面保障大型发电机定子绕组端部的机械可靠性，保证其安全稳定运行，能够分别基于待检测大型发电机的不同工作状态实现定子绕组端部的机械振动和机械裂纹故障检测，由于大型发电机的定子绕组端部机械故障的发生并不是瞬间完成的，而是要经历裂纹的萌生、发展直至故障这一过程，为此通过在电机停止运行时通过电磁探伤方法检测大型发电机的机械裂纹，从而能够方便判断机械裂纹是否发展，以确定大型发电机是否存在机械故障的隐患，能够排除在线检测的信号干扰，具有抗干扰能力强、检测准确度高的优点。
本发明大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置为实现本发明大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法所必须的数据采集设备，通过位移传感器采集定子绕组端部的振幅最大区域在大型发电机处于运行状态下的位移数据，在待检测大型发电机处于停止状态下，则通过向激励线圈产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号，从而能够实现对定子绕组端部的电磁探伤数据采集，能够为本发明大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法提供故障检测必需的数据，同样也能够分别基于待检测大型发电机的不同工作状态实现定子绕组端部的机械振动和机械裂纹故障检测，能够排除在线检测的信号干扰，具有抗干扰能力强、检测准确度高的优点。
附图说明
图1为本发明实施例一方法的步骤流程示意图。
图2为本发明实施例一装置的框架结构示意图。
图3为本发明实施例一装置中传感器单元的安装结构示意图。
图4为本发明实施例一装置中电磁探伤线圈的结构示意图。
图5为本发明实施例二装置中电磁探伤线圈的结构示意图。
图例说明：1、传感器单元；11、位移传感器；12、电磁探伤线圈；121、激励线圈；122、接收线圈；2、脉冲电源；3、数据采集单元；4、定子绕组端部。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法的步骤包括：
1）预先在待检测大型发电机的定子绕组端部的振幅最大区域埋设位移传感器；在定子绕组端部的应力最大区域埋设由相互耦合的激励线圈和接收线圈组成的电磁探伤线圈；
2）检测检测大型发电机运行状态，如果待检测大型发电机处于运行状态，则通过位移传感器采集定子绕组端部的振幅最大区域的位移数据，根据位移数据判断定子绕组端部是否发生故障振动；否则如果待检测大型发电机处于停止状态，则向激励线圈产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号，基于激励脉冲电流信号、感应电流信号判断定子绕组端部是否产生机械裂纹。
本实施例中，应力最大区域是指定子绕组端部位于定子绕组从定子槽引出部位的转角处。
本实施例中，步骤2）中根据位移数据判断定子绕组端部是否发生故障振动的步骤包括：判断位移数据是否超出标定位移数据的一倍，如果位移数据超出标定位移数据的一倍，则判定定子绕组端部发生故障振动，否则如果位移数据未超出标定位移数据的一倍，则判定定子绕组端部未发生故障振动；标定位移数据是指预先通过位移传感器采集定子绕组端部的振幅最大区域在大型发电机正常运行时的位移数据。
本实施例中，步骤2）中基于激励脉冲电流信号、感应电流信号判断定子绕组端部是否产生机械裂纹的步骤包括：获取感应电流信号中与激励脉冲电流信号同频率的感应电流分量，判断感应电流分量是否超出标定感应电流分量的150%，如果感应电流分量超出标定感应电流分量的150%，则判定定子绕组端部已产生机械裂纹，否则感应电流分量未超出标定感应电流分量的150%，则判定定子绕组端部未产生机械裂纹；标定感应电流分量是指预先在大型发电机正常停止时向激励线圈产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号中与激励脉冲电流信号同频率的感应电流分量。
如图2和图3所示，本实施例的大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置包括传感器单元1、脉冲电源2和数据采集单元3，传感器单元1包括位移传感器11和电磁探伤线圈12，位移传感器11埋设于待检测大型发电机的定子绕组端部4的振幅最大区域，电磁探伤线圈12由相互耦合的激励线圈121和接收线圈122组成，激励线圈121和接收线圈122均埋设于大型发电机的定子绕组端部4的应力最大区域，脉冲电源2的输出端与激励线圈121相连，位移传感器11、接收线圈122的输出端分别与数据采集单元3相连。在定子绕组端部4机械故障检测时，如果待检测大型发电机处于运行状态，则通过位移传感器11采集定子绕组端部4的振幅最大区域的位移数据，根据位移数据判断定子绕组端部4是否发生故障振动；否则如果待检测大型发电机处于停止状态，则向激励线圈121产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈122响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号，基于激励脉冲电流信号、感应电流信号判断定子绕组端部4是否产生机械裂纹。
如图3所示，应力最大区域是指定子绕组端部4位于定子绕组从定子槽引出部位的转角处A。根据定子绕组的结构可知，定子绕组从定子槽引出部位的转角处A所受应力最大，力最大的转角处A显然是最容易发生机械裂缝的位置，因此转角处A埋设由相互耦合的激励线圈和接收线圈组成的电磁探伤线圈，能够最直接有效地检测处定子绕组端部4是否产生机械裂纹，以及随着时间变化来诊断该机械裂纹的变化趋势。
本实施例中，激励线圈121和接收线圈122分别埋设于大型发电机的定子绕组端部4的应力最大区域的两侧，且激励线圈121和接收线圈122的线圈平面与待检测大型发电机的定子绕组端部4的应力最大区域的表面平行，通过上述结构，能够实现对定子绕组端部4的应力最大区域的最佳探测效果。
如图4所示，激励线圈121和接收线圈122之间大小相同，且相互平行布置。基于上述激励线圈121和接收线圈122之间的耦合结构，能够实现激励线圈121和接收线圈122之间的信号良好耦合，确保实现对定子绕组端部4的应力最大区域的最佳探测效果。
实施例二：
本实施例的方法与实施例一的方法相同，其主要区别点为本实施例的结构与实施例一的结构中电磁探伤线圈的结构不同。如图5所示，本实施例中激励线圈121比接收线圈122小，激励线圈121平行布置于接收线圈122的内部。基于上述激励线圈121和接收线圈122之间的耦合结构，同样也能够实现激励线圈121和接收线圈122之间的信号良好耦合，确保实现对定子绕组端部4的应力最大区域的最佳探测效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法，其特征在于步骤包括：
1）预先在待检测大型发电机的定子绕组端部的振幅最大区域埋设位移传感器；在所述定子绕组端部的应力最大区域埋设由相互耦合的激励线圈和接收线圈组成的电磁探伤线圈；
2）检测大型发电机运行状态，如果待检测大型发电机处于运行状态，则通过位移传感器采集所述定子绕组端部的振幅最大区域的位移数据，根据位移数据判断所述定子绕组端部是否发生故障振动；否则如果待检测大型发电机处于停止状态，则向所述激励线圈产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号，基于激励脉冲电流信号、感应电流信号判断定子绕组端部是否产生机械裂纹。
2.根据权利要求1所述的大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法，其特征在于：所述应力最大区域是指定子绕组端部位于定子绕组从定子槽引出部位的转角处A。
3.根据权利要求2所述的大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法，其特征在于，所述步骤2）中根据位移数据判断所述定子绕组端部是否发生故障振动的步骤包括：判断所述位移数据是否超出标定位移数据的一倍，如果所述位移数据超出标定位移数据的一倍，则判定定子绕组端部发生故障振动，否则如果所述位移数据未超出标定位移数据的一倍，则判定定子绕组端部未发生故障振动；所述标定位移数据是指预先通过位移传感器采集定子绕组端部的振幅最大区域在大型发电机正常运行时的位移数据。
4.根据权利要求3所述的大型发电机定子绕组端部机械故障检测方法，其特征在于，所述步骤2）中基于激励脉冲电流信号、感应电流信号判断定子绕组端部是否产生机械裂纹的步骤包括：获取感应电流信号中与激励脉冲电流信号同频率的感应电流分量，判断所述感应电流分量是否超出标定感应电流分量的150%，如果所述感应电流分量超出标定感应电流分量的150%，则判定定子绕组端部已产生机械裂纹，否则所述感应电流分量未超出标定感应电流分量的150%，则判定定子绕组端部未产生机械裂纹；所述标定感应电流分量是指预先在大型发电机正常停止时向激励线圈产生激励脉冲电流信号，采集接收线圈响应激励脉冲电流信号所产生的感应电流信号中与激励脉冲电流信号同频率的感应电流分量。
5.一种大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置，其特征在于：包括传感器单元（1）、脉冲电源（2）和数据采集单元（3），所述传感器单元（1）包括位移传感器（11）和电磁探伤线圈（12），所述位移传感器（11）埋设于待检测大型发电机的定子绕组端部（4）的振幅最大区域，所述电磁探伤线圈（12）由相互耦合的激励线圈（121）和接收线圈（122）组成，所述激励线圈（121）和接收线圈（122）均埋设于大型发电机的定子绕组端部（4）的应力最大区域，所述脉冲电源（2）的输出端与激励线圈（121）相连，所述位移传感器（11）、接收线圈（122）的输出端分别与数据采集单元（3）相连。
6.根据权利要求5所述的大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置，其特征在于：所述应力最大区域是指定子绕组端部（4）位于定子绕组从定子槽引出部位的转角处A。
7.根据权利要求6所述的大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置，其特征在于：所述激励线圈（121）和接收线圈（122）分别埋设于大型发电机的定子绕组端部（4）的应力最大区域的两侧，且所述激励线圈（121）和接收线圈（122）的线圈平面与待检测大型发电机的定子绕组端部（4）的应力最大区域的表面平行。
8.根据权利要求7所述的大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置，其特征在于：所述激励线圈（121）和接收线圈（122）之间大小相同，且相互平行布置。
9.根据权利要求7所述的大型发电机定子绕组端部机械故障检测装置，其特征在于：所述激励线圈（121）比接收线圈（122）小，所述激励线圈（121）平行布置于接收线圈（122）的内部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |