CN107643549A - 非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构及报警方法 - Google Patents

非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构及报警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构及其报警方法，报警结构包括发电机本体和检测报警系统；所述的发电机本体包括定子和转子，定子和转子同轴配合且转子与定子之间存在气隙；所述的检测报警系统包括激光传感器、处理器、报警器和主机，激光传感器、处理器、主机和报警器依次连接；所述的激光传感器固定在发电机本体上，激光传感器包括发射端和接收端，发射端和接收端均正对气隙，且发射端的数量至少为一。本发明使光信号穿过气隙，当气隙中出现异物之后遮挡光信号，根据光信号传播的长度即可准确判断异物在气隙中的位置；同时，本发明在一个周期内进行多次检测判断，降低了误判率，检测精度高。

Description

非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构及报警方法
技术领域
本发明涉及发电机技术领域,具体涉及非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构及报警方法。
背景技术
大型水轮发电机转子在高速运行过程中可能因为离心力导致转子上的附件脱离，脱离的物体可能挂擦到发电机定子，定子线棒外的绝缘材料会因为转子上异物的挂擦而破坏。因为转子离定子间的距离很近，极有可能导致定子线棒绝缘破坏后高压放电，造成人员伤亡和设备损坏。
现有相近技术发电机定子与转子间的气隙在线检测采用AGMS系列传感器。该传感器是一种基于电容原理的非接触式位移传感器,在高磁场、振动和高温等复杂的工业环境下,可准确测量探头表面与被测物体间的距离。
目前广泛运用的AGMS系列传感器仅仅只能检测传感器安装处的气隙，且只能检测导体之间的距离，不能检测转子的非金属附件与定子间的距离，也不能检测整个转子的Z方向的气隙。AGMS系列传感器安装在定子表面，具有一定高压击穿的危险性。该传感器响应较慢，不能反映小截面积物体引起的气隙变化。
现在还没有一种手段能准确检测发电机的气隙衣物并准确发现故障，因此该领域还不能做到在事故发生前进行检测报警，防止事故的发生。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明公开了一种非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构及报警方法，旨在解决目前的检测装置和检测方法只能针对点对点的检测，而不能针对整个气隙面进行线性检测，容易出现检测遗漏的问题。
本发明采用的技术方案是：
非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，包括发电机本体和检测报警系统。
具体地说，所述的发电机本体包括定子和转子，定子和转子同轴配合且转子与定子之间存在气隙；所述的检测报警系统包括激光传感器、处理器、报警器和主机，激光传感器、处理器、主机和报警器依次连接。
进一步的，所述的激光传感器固定在发电机本体上，激光传感器包括发射端和接收端，发射端和接收端均正对气隙，且发射端的数量至少为一。
发射端和接收端传递光信号，光信号由发射端发出并穿过气隙，当光信号没有遇到异物阻挡将到达接收端。
进一步的，所述的发射端和接收端分别位于气隙的上部和下部，发射端和接收端对齐。此种布置方式为对射式布置，即发射端正对接收端，由发射端发出的光信号直接射往接收端。
进一步的，作为优选的方案，所述的发射端的数量至少为二，接收端的数量与发射端的数量相同，发射端沿转子的圆周周向布置，接收端与发射端对应布置。发射端和接收端优选沿圆周均布，这样设置的意义在于，在一个旋转周期T内进行多次检测，当一个气隙高度在一个检测处出现异物遮挡时，在下一个检测处继续进行检测，若遮挡消失则可判断为误报，若继续检测到遮挡物则可能是存在异物；这样多次检测有利于减少误判。
进一步的，作为另一种优选的方案，所述的发射端的数量至少为二，接收端的数量与发射端的数量相同，发射端沿转子的径向连续布置，接收端与发射端对应布置。这样设置的意义在于，多个发射端和接收端分别传输独立的光信号，根据异物遮挡住的光信号数量可判断异物的突出高度，从而实现高精确度的检测。
进一步的，所述的激光传感器还包反射端，发射端和接收端均位于气隙的上部或者下部，反射端对应位于气隙的下部或者上部，反射端对向发射端，将发射端的光信号反射给接收端。
这种布置方式为反射式布置，即发射端的光信号经过反射端之后回到接收端，光信号在气隙中的行程略大于气隙高度的二倍。这种布置方式也存在多个发射端和接收端的方案，即发射沿转子圆周周向布置或沿转子的径向布置，接收端与发射端对应布置。
正常情况下发射端和接收端的测量距离大于转子的高度，发射端发出的光信号可到达接收端，光信号能够到达的位置距离为固定置；当转子外围有异物时，异物将因为离心力被进入气隙中，异物将遮挡发射端的光信号，这时光信号能够到达的位置距离变短。
作为优选的方案，根据现场安装条件可以用光纤替换激光收发装置的安装位置，使激光收发装置在物理距离上离发电机定子更远，电气隔离更彻底。
具体的方法为：将激光发射头安装在和激光光束直径相适应的光纤的一端，激光通过光纤的传导从光纤的另外一头射出。用另外的一根光纤，将该光纤的一头安装在接收激光光束的位置，另外一头安装在接收头上，当激光照射到光纤接收的那一端后，光束将通过光纤传递到接收头。光纤的长度可以根据现场实际安装需要任取。
进一步的，所述的处理器为MCU。
进一步的，所述的主机上设有显示屏，显示屏能显示检测的脉冲信号图和故障判断详细情况。
进一步的，所述的报警器为声光报警器。
本发明还公开了非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构的报警方法，包括以下步骤：
S01：当转子启动运转时，发射端启动，朝向气隙的另一端持续发射光信号；
S02：接收端持续接收来自发射端或反射端的光信号，将光信号转换成正常脉冲信号并发送至处理器，处理器分析该正常脉冲信号，向主机发送检测正常的电信号；
S03：当接收端未接收到来自发射端或者反射端的光信号，则立刻生成异常脉冲信号并发送至处理器，处理器启动中断程序，并向主机发出告警信号；
S04：中断程序中，处理器对接下来1-2个旋转周期内来自发射端或反射端的电信号进行分析，若仍出现异常脉冲信号则判断为气隙中有异物，处理器再次向主机发送告警信号并继续中断程序，若异常脉冲信号不再出现则判断为气隙内无异物，处理器停止中断程序，并向主机发送正常的电信号。
进一步的，当发射端的数量n大于等于二且发射端沿气隙的圆周周向均布时，步骤S04中处理器对接下来到个旋转周期内来自发射端或反射端的电信号进行分析，若仍出现异常脉冲信号则判断为气隙中有异物，处理器再次向主机发送告警信号并继续中断程序，若异常脉冲信号不再出现则判断为气隙内无异物，处理器停止中断程序，并向主机发送正常的电信号。
再进一步，当发射端的数量大于等于二且发射端沿转子的径向连续布置时，接收端持续接收到来自多个发射端或反射端的光信号，执行步骤S02；当接收端未能接收到至少一个发射端或者反射端的光信号时，执行步骤S03、步骤S04。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的检测报警系统采用激光传感器，利用光信号具有连续性的特点，使发射端的光信号穿过气隙，并通过对射或者反射的形式到达接收端，当气隙中出现异物之后遮挡光信号，根据光信号传播的长度即可准确判断异物在气隙中的位置；克服了现有的检测机构只能够进行点对点的感应判断方式。
2.本发明将发射端和接收端沿气隙的圆周进行布置，在一个周期内进行多次检测判断，降低了误判率。
3.本发明将发射端和接收端沿转子的径向进行布置，可根据异物遮挡住光信号的数量判断异物的大小，检测精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1是对射式布置的检测报警结构示意图。
图2是反射式布置的检测报警结构示意图。
图3是实施例一中检测报警结构的俯视结沟简图。
图4是实施例二中检测报警结构的俯视结沟简图。
图5是实施例三中检测报警结构的俯视结沟简图。
图6是实施例四中检测报警结构的俯视结沟简图。
图7是本发明的工作原理简图。
上述附图中，附图标记对应的名称为：1-转子，2-发射端，3-接收端，4-反射端，5-定子，6-气隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例一
如图1、图2、图3所示，本实施例公开了非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，包括发电机本体和检测报警系统。
具体地说，所述的发电机本体包括定子5和转子1，定子5和转子1同轴配合且转子1与定子5之间存在气隙6；所述的检测报警系统包括激光传感器、处理器、报警器和主机，激光传感器、处理器、主机和报警器依次连接。
优选地，本实施例中发电机为大型水轮发电机。
激光传感器固定在发电机本体上，激光传感器包括发射端2和接收端3，发射端2和接收端3均正对气隙6，且发射端2的数量至少为一。
优选地，发射端2和接收端3均通过螺栓固定的方式连接到发电机的壳体内，且发射端2和接收端3均位于气隙6的开口外部。
发射端2和接收端3分别位于气隙6的上部和下部，发射端2和接收端3对齐。
优选地，本实施例中采用对射式布置，发射端2位于气隙6的下部，接收端3位于气隙6的上部。
优选地，发射端2的数量为一，接收端3的数量为一。
优选地，根据现场安装条件可以用光纤替换激光收发装置的安装位置，使激光收发装置在物理距离上离发电机定子5更远，电气隔离更彻底。
优选地，处理器为AT90型MCU。
主机上设有显示屏，显示屏能显示检测的脉冲信号图和故障判断详细情况。
优选地，显示屏为高清液晶显示屏。
报警器为声光报警器。
如图7所示，本实施例还公开了非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构的报警方法，包括以下步骤：
S01：当转子1启动运转时，发射端2启动，朝向气隙6的另一端持续发射光信号；
S02：接收端3持续接收来自发射端2或反射端4的光信号，将光信号转换成正常脉冲信号并发送至处理器，处理器分析该正常脉冲信号，向主机发送检测正常的电信号；
S03：当接收端3未接收到来自发射端2或者反射端4的光信号，则立刻生成异常脉冲信号并发送至处理器，处理器启动中断程序，并向主机发出告警信号；
S04：中断程序中，处理器对接下来1-2个旋转周期内来自发射端2或反射端4的电信号进行分析，若仍出现异常脉冲信号则判断为气隙6中有异物，处理器再次向主机发送告警信号并继续中断程序，若异常脉冲信号不再出现则判断为气隙6内无异物，处理器停止中断程序，并向主机发送正常的电信号。
实施例二
如图4所示，本实施例公开了非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，包括发电机本体和检测报警系统。
本实施例中各部件的结构与实施例一中相同，其不同之处在于检测报警系统，具体如下：
本实施例中，激光传感器还包反射端4，发射端2和接收端3均位于气隙6的上部或者下部，反射端4对应位于气隙6的下部或者上部，反射端4对向发射端2，将发射端2的光信号反射给接收端3。
这种布置方式为反射式布置，即发射端2的光信号经过反射端4之后回到接收端3，光信号在气隙6中的行程略大于气隙6高度的二倍。这种布置方式也存在多个发射端2和接收端3的方案，即发射端2沿转子1圆周周向布置或沿转子1的径向布置，接收端3与发射端2对应布置。
优选地，发射端2的数量为二，接收端3的数量与发射端2的数量相同，发射端2沿气隙6的圆周周向均布，接收端3与发射端2对应布置。
这样设置的意义在于，在一个旋转周期T内进行多次检测，当一个气隙6高度在一个检测处出现异物遮挡时，在下一个检测处继续进行检测，若遮挡消失则可判断为误报，若继续检测到遮挡物则可能是存在异物；这样多次检测有利于减少误判。
与实施例一种的报警方式相比，本实施例中报警方式还包括如下步骤：
步骤S04中处理器对接下来n/T到2n/T个旋转周期内来自发射端2或反射端4的电信号进行分析，若仍出现异常脉冲信号则判断为气隙6中有异物，处理器再次向主机发送告警信号并继续中断程序，若异常脉冲信号不再出现则判断为气隙6内无异物，处理器停止中断程序，并向主机发送正常的电信号。
实施例三
如图5所示，本实施例公开了非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，包括发电机本体和检测报警系统。
本实施例中各部件的结构与实施例一中相同，其不同之处在于检测报警系统，具体如下：
本实施例中，发射端2的数量为二，接收端3的数量与发射端2的数量相同，发射端2和接收端3沿转子1的径向连续布置。
这样设置的意义在于，多个发射端2和接收端3分别传输独立的光信号，根据异物遮挡住的光信号数量可判断异物的突出高度，从而实现高精确度的检测。
与实施例一种的报警方式相比，本实施例中报警方式还包括如下步骤：
接收端3持续接收到来自多个发射端2或反射端4的光信号，执行步骤S02；当接收端3未能接收到至少一个发射端2或者反射端4的光信号时，执行步骤S03、步骤S04。
实施例四
如图6所示，本实施例公开了非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，包括发电机本体和检测报警系统。
本实施例中各部件的结构与实施例一中相同，其不同之处在于检测报警系统，具体如下：
本实施例结合实施例二和实施例三，发射端2的数量为八，接收端3的数量与发射端2的数量相同，且发射端2沿气隙6的周向按四处均布，每一处设有两个发射端2，且该处的发射端2沿转子1的径向连续布置。
这样设置的意义在于，既能够在一个周期内多次进行检测，降低误判率；同时还能够提高检测的精确度。
与实施例一种的报警方式相比，本实施例中报警方式还包括如下步骤：
步骤S04中处理器对接下来n/T到2n/T个旋转周期内来自发射端2或反射端4的电信号进行分析，若仍出现异常脉冲信号则判断为气隙6中有异物，处理器再次向主机发送告警信号并继续中断程序，若异常脉冲信号不再出现则判断为气隙6内无异物，处理器停止中断程序，并向主机发送正常的电信号。
接收端3持续接收到来自多个发射端2或反射端4的光信号，执行步骤S02；当接收端3未能接收到至少一个发射端2或者反射端4的光信号时，执行步骤S03、步骤S04。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案实质仍与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，包括发电机本体和检测报警系统；其特征在于，所述的发电机本体包括定子(5)和转子(1)，定子(5)和转子(1)同轴配合且转子(1)与定子(5)之间存在气隙(6)；所述的检测报警系统包括激光传感器、处理器、报警器和主机，激光传感器、处理器、主机和报警器依次连接；所述的激光传感器固定在发电机本体上，激光传感器包括发射端(2)和接收端(3)，发射端(2)和接收端(3)均正对气隙(6)，且发射端(2)的数量至少为一。
2.根据权利要求1所述的非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，其特征在于，所述的发射端(2)和接收端(3)分别位于气隙(6)的上部和下部，发射端(2)和接收端(3)对齐。
3.根据权利要求2所述的非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，其特征在于，所述的发射端(2)的数量至少为二，接收端(3)的数量与发射端(2)的数量相同，发射端(2)沿转子(1)的圆周周向布置，接收端(3)与发射端(2)对应布置。
4.根据权利要求2所述的非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，其特征在于，所述的发射端(2)的数量至少为二，接收端(3)的数量与发射端(2)的数量相同，发射端(2)沿转子(1)的径向连续布置，接收端(3)与发射端(2)对应布置。
5.根据权利要求2所述的非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，其特征在于，所述的激光传感器还包反射端(4)，发射端(2)和接收端(3)均位于气隙(6)的上部或者下部，反射端(4)对应位于气隙(6)的下部或者上部，反射端(4)对向发射端(2)，将发射端(2)的光信号反射给接收端(3)。
6.根据权利要求1所述的非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，其特征在于，所述的处理器为MCU。
7.根据权利要求1所述的非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构，其特征在于，所述的主机上设有显示屏。
8.根据权利要求1-7任一项所述的非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构的报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：当转子(1)启动运转时，发射端(2)启动，朝向气隙(6)的另一端持续发射光信号；
S02：接收端(3)持续接收来自发射端(2)或反射端(4)的光信号，将光信号转换成正常脉冲信号并发送至处理器，处理器分析该正常脉冲信号，向主机发送检测正常的电信号；
S03：当接收端(3)未接收到来自发射端(2)或者反射端(4)的光信号，则立刻生成异常脉冲信号并发送至处理器，处理器启动中断程序，并向主机发出告警信号；
S04：中断程序中，处理器对接下来1-2个转子(1)旋转周期内来自发射端(2)或反射端(4)的电信号进行分析，若仍出现异常脉冲信号则判断为气隙(6)中有异物，处理器再次向主机发送告警信号并继续中断程序，若异常脉冲信号不再出现则判断为气隙(6)内无异物，处理器停止中断程序，并向主机发送正常的电信号。
9.根据权利要求8所述的报警方法，其特征在于，当发射端(2)的数量(n)大于等于二且发射端(2)沿转子(1)的圆周周向均布时，步骤S04中处理器对接下来到个转子(1)旋转周期内来自发射端(2)或反射端(4)的电信号进行分析，若仍出现异常脉冲信号则判断为气隙(6)中有异物，处理器再次向主机发送告警信号并继续中断程序，若异常脉冲信号不再出现则判断为气隙(6)内无异物，处理器停止中断程序，并向主机发送正常的电信号。
10.根据权利要求8所述的报警方法，其特征在于，当发射端(2)的数量大于等于二且发射端(2)沿转子(1)的径向连续布置时，接收端(3)持续接收到来自多个发射端(2)或反射端(4)的光信号，执行步骤S02；当接收端(3)未能接收到至少一个发射端(2)或者反射端(4)的光信号时，执行步骤S03、步骤S04。
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