CN110208848A - 一种发电机定转子间金属异物检测装置 - Google Patents

Abstract

一种发电机定转子间金属异物检测装置，它包括信号采集装置，信号采集装置的输入端与噪声传感器的输出端连接，信号采集装置的输出端分别与滤波器模块的输入端、金属撞击噪声时频分析模块的输入端连接，滤波器模块的输出端与时域分析模块的输入端连接、时域分析模块的输出端与金属撞击噪声时域特征识别模块的输入端连接；金属撞击噪声时频分析模块的输出端与金属撞击噪声时频特征识别模块的输入端连接，金属撞击噪声时域特征识别模块以及金属撞击噪声时频特征识别模块的输出端与金属异物判定模块的输入端连接。本发明提供了一种基于声学传感器的用于水轮发电机组定子内膛或定转子间金属异物检测的装置及方法。

Description

一种发电机定转子间金属异物检测装置

技术领域

本发明属于水轮发电机组及其附属设备领域，具体涉及一种发电机定转子间金属异物检测装置及方法。

背景技术

在新投产机组或大修机组，在机组回装过程中可能遗留金属异物(工具、螺杆、螺帽、焊条头等)在定子內膛中，目前国内外发生过多起因为定子內膛遗留金属异物，导致发电机损坏的事故，造成上亿元的经济损失；另外在机组运行过程中，可能因为机组的振动导致螺帽等金属异物脱落，掉入发电机定子內膛或定转子间，损坏定子线棒或铁心，给水轮发电机组的运行带来重大的安全隐患，导致重大的经济损失。

新投产机组或大修机组启动时只是通过管理手段，在发电机风洞关门前仔细检查定子內膛内是否遗留有金属异物，目前没有任何技术手段可以检测发电机內膛中是否存在遗留的金属异物。

在机组运行过程中，目前更没有任何的管理和技术手段发现脱落的金属异物，直至机组出现故障导致非正常停机或者机组大修、发电机转子吊起后检查才能发现。由于水轮发电机组的高速旋转，脱落的金属异物在定转子间运动速度非常大，往往机组大修发现异物时，水轮发电机组的定子及转子已经发生了损坏，不仅增加了检修的难度和工期，而且严重影响机组的寿命。

申请公布号为CN107643549A的中国专利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，它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。它主要通过激光传感器来探测异物是否存在，但该方式对异物检测的准确度有待提高，而且对激光传感器发射端、接收端的安装有较高的要求。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于声学传感器的用于水轮发电机组定子内膛或定转子间金属异物检测的装置及方法。

一种发电机定转子间金属异物检测装置，它包括信号采集装置，信号采集装置的输入端与噪声传感器的输出端连接，信号采集装置的输出端分别与滤波器模块的输入端、金属撞击噪声时频分析模块的输入端连接，滤波器模块的输出端与时域分析模块的输入端连接、时域分析模块的输出端与金属撞击噪声时域特征识别模块的输入端连接；金属撞击噪声时频分析模块的输出端与金属撞击噪声时频特征识别模块的输入端连接，金属撞击噪声时域特征识别模块以及金属撞击噪声时频特征识别模块的输出端与金属异物判定模块的输入端连接。

上述滤波器模块包括高通滤波器。

上述若干噪声传感器均匀布置在水轮发电机组风洞内定子基座外侧，噪声传感器通过绑扎带绑扎在发电机定子基座外侧支撑处。

一种用异物检测装置进行发电机定转子间异物检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在水轮发电机组风洞内定子基座外侧安装若干只噪声传感器，通过噪声传感器采集风洞内的原始声波信号，噪声传感器通过绑扎带均匀绑扎在发电机定子基座外侧支撑处；

2)对采集的原始声波信号进行进行高通滤波，滤除指定频率f以下的背景噪声，对高通滤波后的声波信号进行时域分析，检查声波信号，进行金属撞击噪声时域特征识别；

3)对采集的原始声波进行时频分析，对时频分析图谱进行查看，进行金属撞击噪声时频特征识别；

4)如果前述的2)和3)特征均满足，则可认为定子内膛或定转子间存在金属异物，则对定子内膛或定转子间进行检查和/或维修。

上述金属撞击噪声时域特征识别模块对输入的信号进行识别并检查录波后的声波时域信号是否存在高频成分。

上述金属撞击噪声时频特征识别模块检查时频分析图谱中是否存在高于f频率的高频信号。

上述指定频率f为2000Hz。

上述信号采集装置包括多通道数据采集卡，多通道数据采集卡的信号输入端与噪声传感器连接，多通道数据采集卡对噪声传感器的模拟量信号进行数字采样，并与存储器模块、处理器模块连接。

上述多通道数据采集卡将噪声传感器输入的原始声波信号通过存储器模块进行存储，多通道数据采集卡将噪声传感器输入的原始声波模拟信号数字采样后，由处理器模块处理。

上述处理器模块包括DSP处理卡。

采用上述技术方案，能带来以下技术效果：

本发明可以在新投运机组和大修机组启动时，发现可能遗留在定子內膛及定转子间的金属；也可及时发现运行机组脱落在定子內膛及定转子间的金属部件。从技术上及早提醒用户停机检查，避免遗留或脱落金属异物损坏发电机定子和转子从而造成重大的经济损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明实施例中风洞内原始声波信号的示意图；

图3是本发明实施例中高通滤波后声波信号的示意图；

图4是本发明中信号采集装置的结构示意图；

图5是本发明外壳结构前面板的结构示意图；

图6是本发明外壳结构后面板的结构示意图；

图7是本发明实施例中声波信号的时频分析图谱。

具体实施方式

如图1至图7所示一种发电机定转子间金属异物检测装置及方法，它包括信号采集装置2，信号采集装置2的输入端与噪声传感器1的输出端连接，信号采集装置2的输出端分别与滤波器模块3的输入端、时频分析4的输入端连接，滤波器模块3的输出端与时域分析模块5的输入端连接、时域分析模块5的输出端与金属撞击噪声时域特征识别6的输入端连接，时频分析4的输出端与金属撞击噪声时频特征识别7的输入端连接，金属撞击噪声时域特征识别6以及金属撞击噪声时频特征识别7的输出端与金属异物判定模块8的输入端连接。

优选的，滤波器模块3包括高通滤波器。金属撞击噪声时域特征识别的主要方法是：检查录波后的声波时域信号是否存在高频成分，且高频成分出现的频次与发电机的转速及发电机磁极对数相关；金属撞击噪声时频特征识别的主要方法是检查时频分析图谱中是否存在高于f频率的高频信号，且高频信号出现的频次与发电机的转速及发电机磁极对数相关。

关于噪声传感器1的安装方式，若干噪声传感器1通过绑扎带均匀绑在在水轮发电机组风洞内定子基座外侧支撑处。

在具体的实施例中，关于各个组件的性能指标如下：

噪声传感器1：测量范围：30db-130db(A)；频率范围：20Hz-20kHz；

信号采集装置2：单通道采样频率：≥40kHz；通道数：8个；

一种用所述的异物检测装置进行发电机定转子间异物检测的方法，包括以下步骤：

1)在水轮发电机组风洞内定子基座外侧安装若干只噪声传感器1，通过噪声传感器1采集风洞内的原始声波信号，噪声传感器1通过绑扎带均匀绑扎在发电机定子基座外侧支撑处；

2)对采集的原始声波信号进行进行高通滤波，滤除指定频率f以下的背景噪声，对高通滤波后的声波信号进行时域分析，检查声波信号，进行金属撞击噪声时域特征识别；

3)对采集的原始声波进行时频分析，对时频分析图谱进行查看，进行金属撞击噪声时频特征识别；

4)如果前述的2)和3)特征均满足，则可认为定子内膛或定转子间存在金属异物，则对定子内膛或定转子间进行检查和/或维修。

其中，指定频率f为2000Hz；且高频信号出现的频次与发电机的转速及发电机磁极对数相关。

在信号采集装置2具体的结构中，信号采集装置2包括多通道数据采集卡9，多通道数据采集卡9的信号输入端与噪声传感器1连接，多通道数据采集卡9的输出端分别与存储器模块10、处理器模块11连接。

进一步的，多通道数据采集卡9将噪声传感器1输入的原始声波模拟信号进行数字化采样，通过存储器模块10进行存储，处理器模块11对多通道数据采集卡9输出的数字化采样进行进行处理。

优选的，处理器模块11包括DSP处理卡，在DSP处理卡上设有网口，DSP处理卡可以与显卡接口板12、光电拉远设备13，显卡接口板12还与显示器14连接，除此之外，显卡接口板12的输入端还与按键模块15连接，显卡接口板12的输出端还与报警装置16连接。

Claims (10)

1.一种发电机定转子间金属异物检测装置，其特征在于：它包括信号采集装置（2），信号采集装置（2）的输入端与噪声传感器（1）的输出端连接，信号采集装置（2）的输出端分别与滤波器模块（3）的输入端、金属撞击噪声时频分析模块（4）的输入端连接，滤波器模块（3）的输出端与时域分析模块（5）的输入端连接、时域分析模块（5）的输出端与金属撞击噪声时域特征识别模块（6）的输入端连接；金属撞击噪声时频分析模块（4）的输出端与金属撞击噪声时频特征识别模块（7）的输入端连接，金属撞击噪声时域特征识别模块（6）以及金属撞击噪声时频特征识别模块（7）的输出端与金属异物判定模块（8）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的发电机定转子间金属异物检测装置，其特征在于：所述滤波器模块（3）包括高通滤波器。

3.根据权利要求1所述的发电机定转子间金属异物检测装置，其特征在于：所述若干噪声传感器（1）均匀布置在水轮发电机组风洞内定子基座外侧，噪声传感器（1）通过绑扎带绑扎在发电机定子基座外侧支撑处。

4.一种用权利要求1至3其中之一所述的异物检测装置进行发电机定转子间异物检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在水轮发电机组风洞内定子基座外侧安装若干只噪声传感器（1），通过噪声传感器（1）采集风洞内的原始声波信号；

2）对采集的原始声波信号进行进行高通滤波，滤除指定频率f以下的背景噪声，对高通滤波后的声波信号进行时域分析，检查声波信号，进行金属撞击噪声时域特征识别；

3）对采集的原始声波进行时频分析，查看时频分析图谱，进行金属撞击噪声时频特征识别；

4）如果前述的2）和3）特征均满足，则可认为定子内膛或定转子间存在金属异物，而后停机，对定子内膛或定转子间进行检查和/或维修。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述金属撞击噪声时域特征识别模块（6）对输入的信号进行识别并检查录波后的声波时域信号是否存在高频成分，且高频信号出现的频次与发电机的转速及发电机磁极对数相关。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述金属撞击噪声时频特征识别模块（4）检查时频分析图谱中是否存在高于f频率的高频信号，且高频信号出现的频次与发电机的转速及发电机磁极对数相关。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述指定频率f为2000Hz。

8.根据权利要求1或2或3或5或6或7所述的发电机定转子间金属异物检测装置，其特征在于：所述信号采集装置（2）包括多通道数据采集卡（9），多通道数据采集卡（9）的信号输入端与噪声传感器（1）连接，多通道数据采集卡（9）的输出端分别与存储器模块（10）、处理器模块（11）连接。

9.根据权利要求8所述的发电机定转子间金属异物检测装置，其特征在于：所述多通道数据采集卡（9）将噪声传感器（1）输入的原始声波模拟量信号进行数字采样，通过存储器模块（10）进行存储，处理器模块（11）对多通道数据采集卡（9）的数字采样信号进行处理。

10.根据权利要求9所述的发电机定转子间金属异物检测装置，其特征在于：所述处理器模块（11）包括DSP处理卡。