CN108872856A - 发电机转子绕组状态检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机转子绕组状态检测装置及方法，属于大型发电机转子绕组单端无损检测领域的产品。其中，所述装置中时序电路产生全周波脉冲，高压全周波脉冲匹配发生器将时序电路生成的全周波脉冲耦合成相应的瞬态双向旋转磁场脉冲，瞬态双向旋转磁场脉冲通过阻抗匹配的连接线传导到发电机转子绕组的两端及大轴，所述瞬态双向旋转磁场脉冲与转子内每个大线圈产生谐振效应，脉冲信号耦合反馈采集电路将发电机转子反射回的全部波形耦合成磁场波形，所述磁场波形通过运放传送到数据采集系统；中央处理单元将数字信息流传送到上位机中。本发明可在单端接线测量情况下，无损的测量出大型发电机1或多个极对数转子的每个大线圈的健康状况。

Description

发电机转子绕组状态检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种发电机转子绕组状态检测装置及方法，属于大型发电机绕组单端无损检测领域的产品。

背景技术

现有的国内外大型发电机，例如大型水力、火力发电机，大型的核能发电机，转子需要定期进行检修，检修内容主要为其内部绕组，在检修过程中发掘问题并及时处理，但是检修都是定期的，如果故障出现在两次检修的间隙，则无法保证发电机在计划内正常运行，大大的影响生产。现有国内外对于大型发电机转子绕组状态检测普遍采用一次参数检测，二次参数也仅有交流阻抗分压法、RSO行波法，这种检测方式可以在不拆开发电机取出绕组的前提下对发电机进行检测，对发电机的转子变化进行检测。但是现有的方法对于绕组的检测精度比较粗糙，只能对转子有个大概的判断，针对绕组细节的检测靠现有仪器无法实现。如果针对每个大线圈，详细检查，又存在探针接触绕组，存在各种因素对绕组造成的隐患，对于大型发电机的转子价值动辄上千万甚至上亿，所以使用探针接触绕组进行详细检查这种方法是不科学、不符合操作规程的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发电机转子绕组状态检测装置及方法，其可在单端接线测量情况下，无损的测量出大型发电机1或多个极对数转子的每个大线圈的健康状况，可在时域位置上，准确判断转子绕组故障点萌芽期、发展期、故障期的细微变化，可作为每次大修非常重要的电气试验参数。

为解决上述问题，本发明提供一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其中，所述装置包括中央处理单元、存储单元、时序电路、高压全周波脉冲匹配发生器、脉冲信号耦合反馈采集电路、数据采集系统、上位机管理系统、波形数据分析系统；中央处理单元控制时序电路，所述时序电路与高压全周波脉冲匹配发生器连接，所述高压全周波脉冲匹配发生器将波形施加给发电机转子，脉冲信号耦合反馈采集电路收集发电机转子反射回的波形，通过运放传送给数据采集系统；数据采集系统将磁场信号转换成数字信息，中央处理单元将数字信息传送到上位机中，上位机与波形数据分析系统相连；

所述时序电路：实现具体测试时序波形的生成、切换，采集数据、数据传输、缓存；

所述高压全周波脉冲匹配发生器：将时序电路生成的数字波形耦合成与负载匹配的瞬态双向磁场旋转脉冲，施加给发电机转子；

所述脉冲信号耦合反馈采集电路：将发电机转子反射回的全部波形耦合成磁场波形，通过运放传送到采集部分；

所述数据采集系统：将运放放大的瞬态信号，采用DMA方式，转换为数字信息流，存储在缓存中，传送到上位机中；

所述上位机管理系统：将所有可控参数传递到中央处理单元，并实时收取所有数据；

所述波形数据分析系统：综合的后台存储、处理、打印、输出功能。

具体的，所述中央处理单元用于系统的通信、执行、交互协调。

进一步的，所述装置还包括人机接口和存储单元，所述人机接口和存储单元分别与中央处理单元连接。

进一步的，所述人机接口包括人机对话功能，包含输入信息、更换模式、通断状态；所述存储单元包括暂存功能、采集状态存储。

进一步的，所述发电机转子绕组状态检测装置及方法,其方法是，瞬态双向旋转磁场脉冲在经过转子每个大线圈时，如果旋转方向与线圈旋转方向相同会有延迟波特性，相反会有超前波特性；如合成的整个周波的起止周期相同，会在对应的大线圈时域位置，有相对应的瞬态叠加全反射波，每个周波波形完全反映对应大线圈的瞬态电磁特性，真实体现大线圈的健康状况。

具体的,其方法包括以下步骤：

(1)时序电路产生可控脉宽的正向脉冲，经过可控间隔时间产生延迟的负向脉冲,继而形成全周波脉冲；

(2)高压全周波脉冲匹配发生器将步骤(1)中时序电路生成的全周波脉冲耦合成与负载匹配的瞬态双向旋转磁场脉冲；

(3)瞬态双向旋转磁场脉冲经过阻抗匹配的连接线传导到转子绕组的两端及大轴，施加在正极与大轴之间和负极与大轴之间；

(4)瞬态双向旋转磁场脉冲经过转子绕组大线圈后与转子内每个大线圈产生谐振效应,形成瞬态叠加全反射波，所述瞬态叠加全反射波包含每个大线圈电磁瞬态特性；

(5)脉冲信号耦合反馈采集电路将发电机转子反射回的瞬态叠加全反射波耦合成磁场波形，传递到上位机中；

(6)因为转子正负极电磁特性完全对称，比较正、负极两端的测试波形，可清晰的判断正负极对应每个大线圈的真实电磁特性及健康状况。

本发明有益效果：

本发明可在单端接线测量情况下，能非常直观、简单、方便的无损测量出大型发电机1或多个极对数转子的每个大线圈的健康状况。高压全周波脉冲匹配发生器将时序电路生成的数字波形耦合成与负载匹配的瞬态双向旋转磁场脉冲，施加给发电机转子，瞬态双向旋转磁场脉冲在经过转子每个大线圈时，如果旋转方向与线圈旋转方向相同会有延迟波特性，相反会有超前波特性；如合成的整个周波的起止周期相同，会在对应的大线圈时域位置，有相对应的瞬态叠加全反射波，每个周波波形完全反映对应大线圈的瞬态电磁特性，真实体现大线圈的健康状况；可在时域位置上，准确判断转子绕组故障点萌芽期、发展期的细微变化，可作为每次大修非常重要的电气试验参数。转子检查人员可快速定位分析、判断转子的健康状况以及存在的薄弱点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例1瞬态双向旋转磁场脉冲波形示意图；

图3为实施例1全周波脉冲波形示意图；

图4为实施例1全周波脉冲经过转子正负绕组波形示意图；

图5为实施例1全周波脉冲经过转子正负绕组波形示意图二；

图6为实施例1磁场波形示意图；

图7为实施例2磁场波形示意图。

具体实施方式

实施例1：

参照说明书附图，本发明提供一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其中，所述装置包括中央处理单元、存储单元、时序电路、高压全周波脉冲匹配发生器、脉冲信号耦合反馈采集电路、数据采集系统、上位机管理系统、波形数据分析系统；中央处理单元控制时序电路，所述时序电路与高压全周波脉冲匹配发生器连接，所述高压全周波脉冲匹配发生器将波形施加给发电机转子，脉冲信号耦合反馈采集电路收集发电机转子反射回的波形，通过运放传送给数据采集系统；数据采集系统将磁场信号转换成数字信息，中央处理单元将数字信息传送到上位机中，上位机与波形数据分析系统相连；

所述时序电路：实现具体测试时序波形的生成、切换，采集数据、数据传输、缓存；

所述高压全周波脉冲匹配发生器：将时序电路生成的数字波形耦合成负载匹配的瞬态双向旋转磁场脉冲，施加给发电机转子；

所述脉冲信号耦合反馈采集电路：将发电机转子反射回的全部波形耦合成磁场波形，通过运放传送到采集部分；

所述数据采集系统：将运放放大的瞬态信号，采用DMA方式，转换为数字信息流，存储在缓存中，传送到上位机中；

所述上位机管理系统：将所有可控参数传递到中央处理单元，并实时收取所有数据；

所述波形数据分析系统：综合的后台存储、处理、打印、输出功能。

具体的，所述中央处理单元用于系统的通信、执行、交互协调。

进一步的，所述装置还包括人机接口和存储单元，所述人机接口和存储单元分别与中央处理单元连接。

进一步的，所述人机接口包括人机对话功能，包含输入信息、更换模式、通断状态；所述存储单元包括暂存功能、采集状态存储。

进一步的，所述发电机转子绕组状态检测装置及方法,其方法是，瞬态双向旋转磁场脉冲在经过转子每个大线圈时，如果旋转方向与线圈旋转方向相同会有延迟波特性，相反会有超前波特性；如合成的整个周波的起止周期相同，会在对应的大线圈时域位置，有相对应的瞬态叠加全反射波，每个周波波形完全反映对应大线圈的瞬态电磁特性，真实体现大线圈的健康状况。

具体的,其方法包括以下步骤：

(1)时序电路产生可控脉宽的正向脉冲，经过可控间隔时间产生延迟的负向脉冲,继而形成全周波脉冲；

(2)高压全周波脉冲匹配发生器将步骤(1)中时序电路生成的全周波脉冲耦合成与负载匹配的瞬态双向旋转磁场脉冲；

(3)瞬态双向旋转磁场脉冲经过阻抗匹配的连接线传送到转子绕组的两端及大轴，施加在正极与大轴之间和负极与大轴之间；

(4)瞬态双向旋转磁场脉冲经过转子绕组大线圈后与转子内每个大线圈产生谐振效应,形成瞬态叠加全反射波，所述瞬态叠加全反射波包含每个大线圈电磁瞬态特性；

(5)脉冲信号耦合反馈采集电路将发电机转子反射回的瞬态叠加全反射波耦合成磁场波形，传递到上位机中；

(6)因为转子正负极电磁特性完全对称，比较正、负极两端的测试波形，可清晰的判断正负极对应每个大线圈的真实电磁特性健康状况。

具体工作过程为：如图2所示：P00为时序电路产生的可控脉宽的正脉冲，P11&P21为经过C0-1电路产生P11正脉冲，同时生成P21负脉冲，P22&P22为经过C1-2电路后将P21负脉冲延迟；W00为经过C2-3电路，通过高压全周波脉冲匹配发生器产生实际的瞬态双向旋转磁场脉冲，如图3所示，W00波形Tw0为沿轴向顺时旋转脉冲的起始时刻，Tw1为顺时旋转到90°相位时的时域时刻，Tw2为旋转脉冲旋转到180°的时域时刻，Tw3为反向逆旋脉冲起始时刻，Tw4为经90°反向逆旋旋转到270°相位时的时域时刻，Tw5为逆旋旋转脉冲旋转到180°的时域时刻。中间Tw2与Tw3的间隔由实际耦合线圈的总周期及波长来调节。所述C0-1和C1-2电路为时序电路，C2-3电路为高压全周波脉冲匹配发生器。

瞬态双向旋转磁场脉冲通过阻抗匹配的连接线传导到发电机转子绕组的两端及大轴，如图4所示，W01为瞬态双向旋转磁场脉冲在转子绕组一整个大线圈上，耦合生成的瞬态叠加全反射波，W02为瞬态双向旋转磁场脉冲经过极间连线或中性点，经反向大线圈衰减，幅度变小，脉宽变宽的反射波。

装置生成发射的瞬态双向旋转磁场脉冲W11&W21，施加在正极与大轴和负极与大轴上，如图5所示，W12为在转子绕组1#整个大线圈L11上，耦合生成的瞬态叠加全反射波，L11和L12上相同；W13为在转子绕组3#整个大线圈L13上，耦合生成的瞬态叠加全反射波，L13和L14上相同；W14为在转子绕组5#整个大线圈L15上，耦合生成的瞬态叠加全反射波，幅度开始衰减。W15为在转子绕组7#整个大线圈L17上，耦合生成的瞬态叠加全反射波，幅度继续衰减，脉冲波长变宽。在L18上幅度继续衰减，波长变宽；W16为经过极间连线或中性点，反向大线圈经衰减，L28上的W16幅度变得更小，脉宽变得更宽；W17为到了负极的首端附近，波形因为衰减，瞬态叠加全反射波很难识别。

因为转子正负极电磁特性完全对称，比较正负极两端的测试波形，可清晰的判断正负极对应每个大线圈的真实电磁特性健康状况。

如图6所示，正负极完全重合，1-8对应1#到8#大线圈的瞬态叠加全反射波特征波形，9为对应对称的反极性绕组全部反射波形。正负1-7#共14个大线圈全部正常，正极8#大线圈波形正常，负极8#大线圈波形显示存在槽楔松动或存在污损的隐患。

实施例2：

解决问题的装置与方法和实施例1相同，不同点在于波形。

如图7所示，正负极除1、2#线圈，其余基本重合，1-8对应1#到8#线圈的瞬态叠加全反射波特征波形，9为对应对称的反极性绕组瞬态叠加全反射波反射波形。

根据此波形可判断，浅色波形负极绕组在1#线圈尾部及2#线圈前部存在槽楔松动或污损隐患，其余14个大线圈正常。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其特征在于，所述装置包括中央处理单元、存储单元、时序电路、高压全周波脉冲匹配发生器、脉冲信号耦合反馈采集电路、数据采集系统、上位机管理系统、波形数据分析系统；中央处理单元控制时序电路，所述时序电路与高压全周波脉冲匹配发生器连接，所述高压全周波脉冲匹配发生器将波形施加给发电机转子绕组，脉冲信号耦合反馈采集电路收集发电机转子反射回的波形，通过运放传送给数据采集系统；数据采集系统将磁场信号转换成数字信息，中央处理单元将数字信息传送到上位机中，上位机与波形数据分析系统相连；

所述时序电路：实现具体测试时序波形的生成、切换，采集数据、数据传输、缓存；

所述高压全周波脉冲匹配发生器：将时序电路生成的数字波形耦合成与负载匹配的瞬态双向磁场旋转脉冲，施加给发电机转子；

所述脉冲信号耦合反馈采集电路：将发电机转子反射回的全部波形耦合成磁场波形，通过运放传送到采集部分；

所述数据采集系统：将运放放大的瞬态信号，采用DMA方式，转换为数字信息流，存储在缓存中，传送到上位机中；

所述上位机管理系统：将所有可控参数传递到中央处理单元，并实时收取所有数据；

所述波形数据分析系统：综合的后台存储、处理、打印、输出功能。

2.根据权利要求1所述的一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其特征在于，所述中央处理单元用于系统的通信、执行、交互协调。

3.根据权利要求2所述的一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其特征在于，所述装置还包括人机接口和存储单元，所述人机接口和存储单元分别与中央处理单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其特征在于，所述人机接口包括人机对话功能，包含输入信息、更换模式、通断状态；所述存储单元包括暂存功能、采集状态存储。

5.根据权利要求1所述的一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其方法是，瞬态双向旋转磁场脉冲在经过转子每个大线圈时，如果旋转方向与线圈旋转方向相同会有延迟波特性，相反会有超前波特性；如合成的整个周波的起止周期相同，会在对应的大线圈时域位置，有相对应的瞬态叠加全反射波，每个周波波形完全反映对应大线圈的瞬态电磁特性，真实体现大线圈的健康状况。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种发电机转子绕组状态检测装置及方法,其方法具体包括以下步骤：

(1)时序电路产生可控脉宽的正向脉冲，经过可控间隔时间产生延迟的负向脉冲,继而形成全周波脉冲；

(2)高压全周波脉冲匹配发生器将步骤(1)中时序电路生成的全周波脉冲耦合成负载匹配的瞬态双向旋转磁场脉冲；

(3)瞬态双向旋转磁场脉冲经过阻抗匹配的连接线传送到转子绕组的两端及大轴，施加在正极与大轴之间和负极与大轴之间；

(4)瞬态旋转磁场脉冲经过转子绕组大线圈后与转子内每个大线圈产生谐振效应,形成瞬态叠加全反射波，所述瞬态叠加全反射波包含每个大线圈电磁瞬态特性；

(5)脉冲信号耦合反馈采集电路将发电机转子反射回的瞬态叠加全反射波耦合成磁场波形，传递到上位机中；

(6)因为转子正负极电磁特性完全对称，比较正、负极两端的测试波形，可清晰的判断正负极对应每个大线圈的真实电磁特性，从而判断转子的健康状况。