CN114413745A - 一种检测发电机定子绝缘受潮深度的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测发电机定子绝缘受潮深度的装置及方法，该装置包括：传感器模块，控制模块和处理器模块，传感器模块包括设置在基板上的元电极，元电极处于地电极、高电极、感应电极或未通电状态中的一种，控制模块调整元电极电位使元电极状态在四种状态间切换从而改变子电极组包括的元电极的数量；传感器模块用于对试件不同深度介电特性值进行测量；处理器模块用于判断试件受潮深度。所述方法使用所述装置执行。本发明提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置及方法，通过叉指电极传感器对发电机定子绕组进行介电特性值测量，提高了测量介质介电特性值的准确性；以抽检方式进行局部介电特性测量，相比整机介损试验，破坏性小，难度系数低。

Description

一种检测发电机定子绝缘受潮深度的装置及方法
技术领域
本发明涉及电力设备检验技术领域，具体涉及一种检测发电机定子绝缘受潮深度的装置及方法。
背景技术
发电机定子绕组绝缘在运行中要经受电场力、热应力、机械应力和外部环境的影响，不可避免地受到损伤或侵蚀并在长期运行中逐渐劣化。大容量发电机通常是水冷型发电机，为了冷却发电机定子绕组，一般使用具有高功效的纯净水对其进行冷却，当发电机定子绕组的绝缘体吸收了湿气或水时，发电机的绝缘会被破坏，为了防止发电机运行可靠性下降并延长发电机运行寿命，需要定期对发电机定子绕组绝缘，尤其是吸水受潮情况进行检测。
现有技术中，对发电机定子绕组的吸水受潮情况主要是通过对整相绕组的电容量和介质损耗因数进行测量，从而判断定子绕组是否发生绝缘劣化，但是对整相绕组进行测量无法有效测试非贯穿性的局部缺陷，且整机介损试验检测难度系数高，破坏性大，相比于测量局部介电特性来精确判断指定位置的绝缘状态的抽样检测方式，经济性较差。并且现有技术中，利用平行板电极或者其他改进形式电极检测绝缘的方法，其本质上是与铜导体本身形成电场，无法克服因线棒绝缘厚度变化产生的误差，以及测量结果受杂散电容和边缘效应带来的影响，导致无法准确有效地测量介质本身特性。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种检测发电机定子绝缘受潮深度的装置及方法，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。
一方面，本发明提出一种检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，包括：
传感器模块，控制模块和处理器模块，所述控制模块与所述传感器模块相连，所述处理器模块分别与所述传感器模块和所述控制模块相连；
所述传感器模块包括设置在基板上的预设数量的元电极，所述预设数量的元电极并列设置于同一平面；每个元电极处于地电极状态、高电极状态、感应电极状态或未通电状态四种状态中的一种，所述控制模块通过调整所述元电极的电位使所述元电极的状态在所述四种状态间切换；
所述传感器模块用于对试件不同深度处的介电特性值进行测量，在测量介电特性值时，所述传感器模块存在至少一个电极组，每个所述电极组中存在四种子电极组，每种子电极组包括相同数量的元电极且每种子电极组包括的元电极的状态相同，每种子电极组对应一种状态，对应高电极状态的子电极组位于对应地电极状态的两个子电极组之间，对应地电极状态的一个子电极组位于对应感应电极状态的子电极组和对应高电极状态的子电极组之间；通过改变各个子电极组包括的元电极的数量实现对试件不同深度处的介电特性值的测量，获得所述试件不同深度的测量信号；
所述控制模块用于调整各个元电极的电位和更改每种子电极组包括的元电极的数量；
所述处理器模块用于接收所述传感器模块检测的所述试件不同深度的测量信号，并根据所述试件不同深度的测量信号获得发电机定子绝缘受潮深度。
进一步的，在测量介电特性值时，所述传感器模块存在2-15个电极组。
进一步的，所述元电极的宽度通过如下公式进行设置：
Figure BDA0003454555380000021
其中，W2为所述元电极宽度，W1为所述子电极组中包括的最大所述元电极的数量，P为待测试件厚度，a、b、c、d为常数。
进一步的，所述介电特性值为试件不同深度对应的电容值或相对介电常数。
进一步的，所述控制模块包括继电器。
进一步的，所述处理器模块包括信号处理单元、信号转换单元和数据分析单元，其中：
信号处理单元包括变压器，振荡器，移相器和信号放大器，所述变压器用于分支所述传感器模块的测量信号，所述振荡器与变压器连接，用于提供本地震荡器频率，所述移相器根据所述本地震荡频率将所述传感器模块的测量信号进行相位移相，所述信号放大器接收变压器分支的所述传感器模块的测量信号和移相后的所述传感器模块的测量信号，并将所述测量信号放大；
信号转换单元包括模拟信号/数字信号转换器,用于将信号处理单元处理后的模拟信号转化为数字信号；
数据分析单元用于接收所述信号转换单元的数字信号，并根据所述数字信号对试件的受潮方向和受潮深度进行判断。
另一方面，本发明提供一种检测发电机定子绝缘受潮深度的方法，包括：
处理器模块接收传感器模块检测的试件不同深度的测量信号，所述试件不同深度的测量信号是所述传感器模块在控制模块更改每种子电极组包括的元电极的数量下测量获得的；
所述处理器模块根据所述试件不同深度的测量信号获得对应的所述试件不同深度处的介电特性值，并根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向；
所述处理器模块根据所述试件的受潮方向以及所述试件不同深度处的介电特性值，确定受潮深度。
进一步的，所述根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向包括：
所述处理器模块若判断获知所述试件不同深度处的介电特性值中最浅处的介电特性值最大，则确定所述试件为外部受潮；
所述处理器模块若判断获知所述试件不同深度处的介电特性值中最浅处的介电特性值最小，则确定所述试件为外部受潮。
进一步的，所述处理器模块根据所述试件的受潮方向以及所述试件不同深度处的介电特性值，确定受潮深度包括：
若确定所述试件为外部受潮且a1＝…＝am>…>an，则确定述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度；
若确定所述试件为外部受潮且a1>a2＝a3＝…＝an，则确定所述试件的受潮深度小于等于a1对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮＝a1<a2<…<an，则确定述试件的受潮深度大于等于a1对应的深度且小于a2对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮＝a1＝…＝am<…<an，则确定述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮<a1<…<an，则确定所述试件的受潮深度小于等于a1；
其中，ai为子电极组包括的元电极数量为i个时，对应的测量深度处的介电特性值，其中i＝1,…,n，m为大于等于1且小于n的自然数，a未受潮为试件未受潮时的介电特性值，当构成所述子电极的所述元电极的个数为n个时，所述传感器模块所对应的测量深度等于试件的厚度。
进一步的，所述介电特性值为试件不同深度对应的电容值或相对介电常数。
本发明实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置及方法，包括：传感器模块，控制模块和处理器模块，所述控制模块与所述传感器模块相连，所述处理器模块分别与所述传感器模块和所述控制模块相连；所述传感器模块包括设置在基板上的预设数量的元电极，所述预设数量的元电极并列设置于同一平面；每个元电极处于地电极状态、高电极状态、感应电极状态或未通电状态四种状态中的一种，所述控制模块通过调整所述元电极的电位使所述元电极的状态在所述四种状态间切换；所述传感器模块用于对试件不同深度处的介电特性值进行测量，在测量介电特性值时，所述传感器模块存在多个电极组，每个所述电极组中存在四种子电极组，每种子电极组包括相同数量的元电极且每种子电极组包括的元电极的状态相同，每种子电极组对应一种状态，对应高电极状态的子电极组位于对应地电极状态的两个子电极组之间，对应地电极状态的一个子电极组位于对应感应电极状态的子电极组和对应高电极状态的子电极组之间；通过改变各个子电极组包括的元电极的数量实现对试件不同深度处的介电特性值的测量，获得所述试件不同深度的测量信号；所述控制模块用于调整各个元电极的电位和更改每种子电极组包括的元电极的数量；所述处理器模块用于接收所述传感器模块检测的所述试件不同深度的测量信号，并根据所述试件不同深度的测量信号获得发电机定子绝缘受潮深度。通过叉指电极传感器对发电机定子绕组进行介电特性值测量，提高了测量介质介电特性值的准确性。并且，以抽检的方式对发电机定子绕组进行局部介电特性测量，根据各个深度的介电特性值判断受潮深度，相比整机介损试验，破坏性小，难度系数低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置的结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的平面电极组结构示意图。
图3是本发明一实施例提供的驱动子电极组与感应子电极组间的测量介电特性值误差随子电极宽度比值变化的变化趋势图。
图4是本发明一实施例提供的电极组的结构示意图。
图5是传感器模块包括的电极组的数量与测量精度的曲线图。
图6是本发明一实施例提供的处理器模块是结构示意图。
图7是本发明一实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法的流程示意图。
图8是本发明一实施例提供的根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法的执行主体包括但不限于计算机。
图1是本发明一实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的吸附质气体的吸附方式确定方法，包括：传感器模块101，控制模块102和处理器模块103，控制模块102与所述传感器模块101相连，处理器模块103分别与传感器模块101控制模块102相连；
其中，控制模块102用于控制传感器模块101，改变传感器模块101中各个子电极组内的元电极电位及数量，从而改变传感器模块101的探测深度，从而实现传感器模块101对待测试件探测深度的逐级加深。处理器模块103用于控制控制模块102，使控制模块102实现对传感器模块101的控制，并且接收来自传感器模块101对试件探测得到的模拟信号，将其转换为数字信号后，执行对发电机定子试件绝缘受潮深度的测试。
传感器模块101包括设置在基板上的预设数量的元电极，所述预设数量的元电极并列设置于同一平面，元电极之间的宽度按实际需要进行设置，本说明书实施例不做具体限定，所述基板用于固定预设数量的元电极与同一水平面上并避免传感器模块101上的元电极在传感器模块101移动过程中损坏，确保传感器模块101在实际测量中的便携性；每个元电极处于地电极状态、高电极状态、感应电极状态或未通电状态四种状态中的一种，控制模块102通过调整所述元电极的电位使所述元电极的状态在所述四种状态间切换；传感器模块101用于对试件不同深度处的介电特性值进行测量，在测量介电特性值时，传感器模块101存在至少一个电极组，每个所述电极组中存在四种子电极组，每种子电极组包括相同数量的元电极且每种子电极组包括的元电极的状态相同，每种子电极组对应一种状态，对应高电极状态的子电极组位于对应地电极状态的两个子电极组之间，对应地电极状态的一个子电极组位于对应感应电极状态的子电极组和对应高电极状态的子电极组之间；通过改变各个子电极组包括的元电极的数量实现对试件不同深度处的介电特性值的测量，获得所述试件不同深度的测量信号。
本发明实施例中的传感器模块101的电极组，是基于Thompson-Lampard交叉电容原理，提出的实用有限尺寸平面电极组，图2是本发明一实施例提供的平面电极组结构示意图，如图2所示，电极组中每一根金属条为一个元电极，一个子电极由一个或若干元电极组成，一个电极组中包含四个子电极组，并按照间隔子电极组1(G1)、驱动子电极组(H)、间隔子电极组2(G2)、感应子电极组(L)的顺序排列，其中，间隔子电极组1(G1)和间隔子电极组2(G2)对应传感器模块101中地电极状态的子电极组、驱动子电极组(H)对应传感器模块101中高电极状态的子电极组、感应子电极组(L)对应传感器模块101中感应电极状态的子电极组。
在有限元仿真软件中建立电极组模型，驱动子电极和间隔子电极组2宽度均为x。间隔子电极组1和感应子电极组宽度设为y，以以下参数设定为例，元电极长度z为51.19cm、元电极间距w为0.05mm，元电极厚度h为0.015mm，将铜(εr＝1)材质的电极置于空气介质(εr＝1)中，在驱动子电极组上施加频率为1kHz幅值为1V的交流信号，对驱动子电极组与感应子电极组间的测量介电特性值误差随子电极宽度比值(y/x)的变化趋势进行仿真模拟，图3是本发明一实施例提供的驱动子电极组与感应子电极组间的测量介电特性值误差随子电极宽度比值(y/x)变化的变化趋势图，如图3所示，随着子电极宽度比值(y/x)的增加，驱动子电极组与感应子电极组构成的叉指电极测量误差减小，但是此时由于电极宽度比值(y/x)较大，导致电极组尺寸较大。
例如，当电极宽度比值(y/x)为6，即感应子电极组宽度是驱动子电极组宽度6倍时，驱动子电极组中每有1个元电极，则感应子电极组中也要相应配置6个元电极。
由此可见，采用电极宽度比值(y/x)较大的感应子电极组与驱动子电极组组合的电极组尺寸较大，无法满足实际测量中对便携性的需求，本发明实施例中提供的电极组使用的高电极状态、感应电极状态、地电极状态的子电极组的宽度比值为1:1:1，即每个电极组中的四个子电极组具有相同数量的元电极，有效减小了电极组的尺寸，增加了传感器模块101在实际测量中的便携性。
图4是本发明一实施例提供的电极组的结构示意图，如图4所示，电极组400是传感器模块101中的一个电极组，电极组400包括四个子电极组401，电极组401包括元电极402。
其中，元电极402处于地电极状态、高电极状态、感应电极状态或未通电状态四种状态中的一种，控制模块102通过改变元电极的电位，使元电极的状态在上述四种状态间切换。元电极402并列设置在一基板上(图中未示出)传感器101中所有的元电极402设置于同一水平面上。
子电极组401内的元电极402具有相同的状态，使子电极组401的状态为地电极状态、高电极状态或感应电极状态中的一种，高电极状态的子电极组401位于对应地电极状态的两个子电极组401之间，对应地电极状态的一个子电极组401位于对应感应电极状态的子电极组401和对应高电极状态的子电极组401之间。
例如，当四个子电极组402按照地电极状态的子电极组401、高电极状态的子电极组401、地电极状态的子电极组401和感应电极状态的子电极组401顺序排列时，电极组400的探测方向为向下的，待测试件置于电极组400的下方。
例如，当四个子电极组401按照感应电极状态的子电极组401、地电极状态的子电极组401、高电极状态的子电极组401和地电极状态的子电极组401顺序排列时，电极组400的探测方向为向上的，待测试件置于电极组400的上方。
控制模块102，用于调整各个元电极的电位和更改每种子电极组包括的元电极的数量。
具体的，控制模块102调整元电极402的电极电位，使元电极402具有地电极状态、高电极状态、感应电极状态，或者使元电极402电位为0，使元电极402处于未通电状态。通过控制一个子电极组401内包括的全部元电极402的电位相同，即控制子电极组401内的全部元电极402的状态相同，使该子电极组401的状态与其包括的元电极402的状态相同。
例如，当子电极组401中包括的元电极402均为地电极状态时，该子电极组401也处于地电极状态。
当对试件较浅深度进行探测时，每个子电极组401中包括较少的元电极402，此时传感器模块101包括的元电极402部分不工作，此时控制模块102调整不工作的元电极402，使其处于未通电状态，元电极电位为0。
处理器模块103，用于接收所述传感器模块检测的所述试件不同深度的测量信号，并根据所述试件不同深度的测量信号获得发电机定子绝缘受潮深度。
具体的，由于传感器模块101在对试件深度测量完后产生的信号为模拟信号，处理器模块103需要对接收的传感器模块101的模拟信号进行处理，将模拟信号转化为数字信号，根据收集到的传感器模块101的模拟信号转化后的数字信号，执行对待测试件受潮方向的判断和受潮深度的判断。
本发明实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，通过叉指电极传感器对发电机定子绕组进行介电特性值测量，提高了测量介质介电特性值的准确性。并且，以抽检的方式对发电机定子绕组进行局部介电特性测量，根据各个深度的介电特性值判断受潮深度，相比整机介损试验，破坏性小，难度系数低。
在上述各实施例的基础上，进一步地，在测量介电特性值时，传感器模块101中存在2-15个电极组。
通过增加传感器模块101包括的电极组400的数量，电极重复次数与电极测量值解耦，可以增强信号强度，进一步提高测量精确度。
例如，以使用宽度为1mm的元电极402，各个子电极组401包括的元电极402数量相同的电极组400组成的传感器模块101为例进行仿真实验，图5为传感器模块101包括的电极组400的数量与测量精度的曲线图，测量精度是指测量值与理论值的测量误差百分数，如图5所示，当传感器模块101仅有一个电极组400时，测量误差百分数约为10％，随着构成总电极的电极组数目增加，测量精确度逐渐提高，由此可见，通过增加传感器模块101包括的电极组400的数量，可以提高传感器模块101的测量精度。
当测量值在理论值1％误差范围内时，认为测量值与理论值相等，此时传感器模块101中的电极组400为10组。当电极组400数量继续增加时，传感器模块101的测量值相比于理论值的误差的下降幅度减缓。由此可见，传感器模块101中包括10组电极组400时，可以保证传感器模块101测量的精准度，同时使传感器模块101具有较小的尺寸，进一步增加了传感器模块101在实际测量中的便携性。如果需要近一步减少测量值与理论值的误差，可以根据待测试件的情况选择包括大于10组的电极组400的传感器模块101。
在上述各实施例的基础上，进一步地，在传感器模块101出厂前，需要根据待测发电机定子绕组试件的实际运行工况和测量精度要求，适配不同宽度的元电极402，通过
Figure BDA0003454555380000091
在传感器模块101出厂前对元电极402的宽度进行设置，其中，W2为元电极402的宽度，W1为子电极组401中包括的最大元电极402的数量，P为待测试件厚度，a、b、c、d为常数，从而使子电极组401每增加一个元电极402时，传感器模块101探测深度的增加量与测量所需的精度相等，当传感器模块101的探测深度与待测试件厚度相等时，此时子电极组401中的元电极402的数量为子电极组401中包括的最大元电极402的数量。
例如待测试件为5mm厚，检测结果要求精确到1mm，此时需要测量五次，即子电极组401中包括的元电极402的数量从1个逐级上升至5个，分别对待测试件对应深度进行测量。此时需要对元电极的宽度进行设置，确保子电极组401中每增加一个元电极402，传感器模块101的探测深度可以相应增加1mm。
元电极402的宽度计算公式
Figure BDA0003454555380000092
通过仿真模拟得出。
具体的，在仿真模拟中，将待测试件设置为云母(εr＝6)，记录随着只改变传感器模块101中的元电极402的宽度时，传感器模块101可以达到的穿透深度。利用最小二乘法计算得到子电极组401中包括的最大元电极402的数量W1、元电极402宽度W2和待测试件厚度P的回归直线方程式P＝a×W1×W2-b×W2+c×W1+d(公式2)，进而得到元电极402的宽度计算公式
Figure BDA0003454555380000101
例如，当采用包括电极厚度设为0.015mm、电极长度为40mm，电极厚度设为0.015mm、电极间距0.05mm的元电极402的传感器模块101进行仿真模拟时，利用最小二乘法计算可以得到子电极组401中包括的最大元电极402的数量W1、元电极402宽度W2和待测试件厚度P的回归直线方程式：
P＝1.9×W1×W2-0.15×W2+0.03×W1+0.28
进而得到元电极402的宽度计算公式
Figure BDA0003454555380000102
进一步的，待测试件厚度P的确定与发电机定子绕组实际运行情况有关，通过
δi≥0.24Un+1(mm) (公式3)
确定，其中δi为发电机主绝缘厚度，Un为发电机的额定电压。发电机主绝缘厚度δi即为待测试件厚度P。
例如，若以额定电压18kV水内冷发电机定子线棒绝缘为检测对象，根据公式3，定电压18kV水内冷发电机定子线棒绝缘的主绝缘厚度δi约为5.3mm，即待测试件厚度P为5.3mm。在此基础上，当用于检测该待测试件的传感器模块101包括10个电极组400，精度要求为1.75mm，即子电极组401中包括的最大元电极402的数量为3个时，元电极的宽度应当设置为0.8mm，从而确保子电极组401中每增加一个元电极402，传感器模块101的探测深度可以相应增加1.75mm，以满足测量精度的要求。
仍以对额定电压18kV水内冷发电机定子线棒绝缘的检测为例，当传感器模块101对为1.75mm的深度范围进行检测时，此时每个子电极组401均包括1个元电极402，由于此时的传感器模块101包括10个电极组400，此时一共有40个元电极在工作状态，即处于高电极状态、地电极状态或感应电极状态中的一种；当传感器模块101对为3.5mm的深度范围进行检测时，此时每个子电极组401均包括2个元电极402，此时一共有80个元电极在工作状态；当传感器模块101对为5.25mm的深度范围进行检测时，此时每个子电极组401均包括3个元电极402，此时一共有120个元电极在工作状态，由于对额定电压18kV水内冷发电机定子线棒绝缘的检测深度为5.3mm，因此此时传感器模块101中每个子电极组401最多包括3个元电极402，因此该传感器模块101一共包括120个元电极402。当对1.75mm深度进行检测时，处于中间位置，即第41-第80根元电极402处于工作状态，第1-第40及第81-第120根元电极不工作，处于未通电状态；当对3.5mm深度进行检测时，处于中间位置，即第21-第100根元电极402处于工作状态，第1-第20及第101-第120根元电极不工作，处于未通电状态；当对5.25mm深度进行检测时，120根元电极402均处于工作状态。
在上述各实施例的基础上，进一步地，传感器模块101测量的介电特性值为待测试件不同深度对应的相对介电常数或电容值。当元电极402结构固定时，传感器模块101测得的对介电常数或电容值之间可以相互转换，增强传感器模块101的适用性。
例如，通过以下公式，可以根据相对介电常数得出电容值：
Figure BDA0003454555380000111
Figure BDA0003454555380000112
其中εr为传感器模块101测得的相对介电常数，Cr为待换算的电容值。
在上述各实施例的基础上，进一步地，控制模块102包括继电器，用于控制元电极402在地电极状态、高电极状态、感应电极状态或未通电状态间切换。
具体的，控制模块102中的继电器，通过调整元电极402所处的回路，从而改变元电极402的电位，使元电极402在地电极状态、高电极状态、感应电极状态或未通电状态间切换。
图6是本发明一实施例提供的处理器模块的结构示意图，如图6所示，处理器模块包括信号处理单元61、信号转换单元62和数据分析单元63。
信号处理单元61，用于处理传感器模块101回传的模拟信号，处理后的传感器模块101回传的模拟信号在信号转换单元62中被转换为数字信号。信号处理单元61包括：变压器611，振荡器612，移相器613和信号放大器614。
变压器611，用于分支传感器模块101的测量信号，分支是指变压器611将传感器模块101的测量信号分别发送至移相器613和信号放大器614。
振荡器612，与变压器611连接，用于提供本地振荡器率。
移相器613，根据本地震荡频率将变压器611分支的传感器模块101的测量信号进行相位移相。
信号放大器614，用于将变压器611分支的传感器模块101的测量信号和移相后的传感器模块101的测量信号放大。
信号转换单元62，用于转换信号。信号转换单元62采用模拟信号/数字信号转换器，通过模拟信号/数字信号转换器将信号处理单元61放大后的模拟信号转化为数字信号。
数据分析单元63，用于接收并处理信号转换单元62转化后的信号数据。数据分析单元63在接收信号转换单元62将传感器模块101测量得到的模拟信号转化后的数字信号后，根据该数字信号，执行对试件受潮方向的判断和试件受潮深度的判断。
图7是本发明一实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法的流程示意图，如图7所示，发明实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法，包括：
S101：处理器模块接收传感器模块检测的试件不同深度的测量信号，所述试件不同深度的测量信号是所述传感器模块在控制模块更改每种子电极组包括的元电极的数量下测量获得的；
该步骤中，处理器模块接收传感器模块检测的试件不同深度的测量信号所述试件不同深度的测量信号是所述传感器模块在控制模块更改每种子电极组包括的元电极的数量下测量获得的。
具体的，处理器模块接收的传感器模块检测的试件不同深度的测量信号是所述传感器模块在控制模块依次增加每种子电极组包括的元电极的数量，对对应试件深度进行测量获得的。
S102：所述处理器模块根据所述试件不同深度的测量信号获得对应的所述试件不同深度处的介电特性值，并根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向；
该步骤中，所述处理器模块根据所述试件不同深度的介电特性值对试件的受潮方向为内侧受潮或者是外侧受潮进行判断。
具体的，所述处理器模块对传感器模块的所述试件不同深度的测量信号进行处理，将所述试件不同深度的模拟信号转换为数字信号，所述数字信号的介电特性值为相对介电常数或者电容值中的一种，相对介电常数或电容值之间可以相互转换，增强了本发明实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法的适用性。
例如，通过以下公式，可以根据相对介电常数得出电容值：
Figure BDA0003454555380000121
Figure BDA0003454555380000122
其中εr为传感器模块测得的相对介电常数，Cr为待换算的电容值。
S103：所述处理器模块根据所述试件的受潮方向以及所述试件不同深度处的介电特性值，确定受潮深度。
该步骤中，所述处理器模块根据所述试件的受潮方向和所述传感器模块测得的所述试件不同深度的介电特性值，确定受潮深度范围。
具体的，根据S102中所述处理器模块根据所述试件不同深度的介电特性值对试件的受潮方向为内侧受潮或者是外侧受潮的判断结果，根据所述试件不同深度的介电特性值，确定受潮深度范围。所述介电特性值为相对介电常数或者电容值中的一种，相对介电常数或电容值之间可以相互转换，增强了本发明实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法的适用性。
图8是本发明一实施例提供的根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向的流程示意图，如图8所示，在上述各个实施例的基础上，进一步的，根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向的步骤包括：
所述处理器模块若判断获知所述试件不同深度处的介电特性值中最浅处的介电特性值最大，则确定所述试件为外部受潮；所述处理器模块若判断获知所述试件不同深度处的介电特性值中最浅处的介电特性值最小，则确定所述试件为外部受潮。
该步骤中，所述试件最浅处的介电特性值与其他深度处的介电特性值进行比较，根据比较结果，判断试件受潮方向为内部受潮或外部受潮。
具体的，所述处理器模块若判断获知所述试件最浅处的介电特性值为所述试件不同深度处的介电特性值中的最大值，表明最浅处的试件发生受潮，导致介电特性值升高，随着探测深度的增加，探测范围内试件受潮的部分比例逐渐减少，所述传感器模块测得的介电特性值逐渐减小，因此，若所述处理器模块判断获知所述试件最浅处的介电特性值为所述试件不同深度处的介电特性值中的最大值，则试件是外部受潮。
具体的，所述处理器模块若判断获知所述试件最浅处的介电特性值为所述试件不同深度处的介电特性值中的最小值，表明最浅处的试件未受潮，介电特性值处于最小，随着探测深度的增加，探测范围内试件受潮的部分比例逐渐增加，所述传感器模块测得的介电特性值逐渐增大，因此，若所述处理器模块判断获知所述试件最浅处的介电特性值为所述试件不同深度处的介电特性值中的最小值，则试件是内部受潮。
在上述各个实施例的基础上，进一步的，所述处理器模块根据所述试件的受潮方向以及所述试件不同深度处的介电特性值，确定受潮深度的步骤包括：
若确定所述试件为外部受潮且a1＝…＝am>…>an，则确定所述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度；
若确定所述试件为外部受潮且a1>a2＝a3＝…＝an，则确定所述试件的受潮深度大于等于a1对应的深度且小于a2对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮＝a1<a2<…<an，则确定所述试件的受潮深度大于等于a1对应的深度且小于a2对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮＝a1＝…＝am<…<an，则确定所述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮<a1<…<an，则确定所述试件的受潮深度小于等于a1；
其中，ai为子电极组包括的元电极数量为i个时，对应的测量深度处的介电特性值，其中i＝1,…,n，m为大于等于1且小于n的自然数，a未受潮为试件未受潮时的介电特性值，当构成所述子电极的所述元电极的个数为n个时，所述传感器模块所对应的测量深度等于试件的厚度。
该步骤中，根据所述试件的受潮方向是内部受潮或外部受潮，分别对所述各个测量深度的介电特性值的变化趋势进行分析。
具体的，本实施例中，ai表示子电极组包括的元电极数量为i个时，对应的测量深度处的介电特性值，其中i＝1,…,n，m为大于等于1且小于n的自然数，a未受潮为试件未受潮时的介电特性值，当构成所述子电极的所述元电极的个数为n个时，所述传感器模块所对应的测量深度等于试件的厚度。
具体的，在实际测量中，由于测量环境、待测试件受潮情况不规则等影响，an的测量值相比于仿真实验中得到的仿真值会存在误差，应当认为，上述不同测量深度处对应的介电特性值之间在相差5％的误差范围内均可以认为是相等的情况。
具体的，当试件确定为外部受潮时，所述处理器模块若判断获知a1＝…＝am>…>an时，此时am对应的范围内全部受潮，因此a1＝…＝am且为各个深度测量的介电特性值中的最大值，当am+1开始减小时，表明am+1对应的探测深度范围内存在为受潮的部分，在am+1对应的探测深度范围内的试件受潮部分的比例减小，由此可以确定所述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度。
具体的，当试件确定为外部受潮时，所述处理器模块若判断获知a1>a2＝a3＝…＝an，此时a1对应的范围内受潮，因此a1为最大值，当a2开始逐渐减小时，表面漆对应探测范围内试件受潮比例减小。
例如，以额定电压18kV水内冷发电机定子线棒绝缘为检测对象，根据公式3，定电压18kV水内冷发电机定子线棒绝缘的主绝缘厚度δi约为5.3mm，即待测试件厚度P为5.3mm。在此基础上，当用于检测该待测试件的传感器模块101包括10个电极组400，精度要求为1.75mm，即子电极组中包括的最大元电极的数量为3个的情况，当i＝3时，所述处理器模块若判断获知a1＝a2>a3时，则可以确定所述试件的受潮深度大于等于a2对应的深度且小于a3对应的深度，即所述试件的受潮深度由外到内起算，在3.5mm与5.25mm之间；所述处理器模块若判断获知a1>a2＝a3时，则可以确定所述试件的受潮深度大于等于a1对应的深度且小于a2对应的深度，即所述试件的受潮深度由外到内起算，在1.75mm与3.5mm之间。
具体的，当试件确定为内部受潮时，所述处理器模块若判断获知a未受潮＝a1<a2<…<an，由于a2对应的探测深度内存在受潮部分，受潮部分比例开始增加，由此可以确定所述试件的受潮深度大于等于a1对应的深度且小于a2对应的深度。
具体的，当试件确定为内部受潮时，所述处理器模块若判断获知a未受潮＝a1＝…＝am<…<an，由于am对应的探测深度内存在受潮部分，受潮部分比例开始增加，由此可以确定所述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度。
具体的，试件确定为内部受潮时，所述处理器模块若判断获知a未受潮<a1<…<an，由于a1对应的探测深度内存在受潮部分，受潮部分比例开始增加，由此可以确定所述试件的受潮深度小于等于a1对应的深度。
仍以上述实施例中对额定电压18kV水内冷发电机定子线棒绝缘检测为例，当试件确定为内部受潮时，所述处理器模块若判断获知a未受潮＝a1<a2<a3，由此可以确定所述试件的受潮深度大于等于a1对应的深度且小于a2对应的深度，即所述试件的受潮深度由内到外，起算在1.75mm与3.5mm之间；所述处理器模块若判断获知a未受潮＝a1＝a2<a3，由此可以确定所述试件的受潮深度大于等于a2对应的深度且小于a3对应的深度，即所述试件的受潮深度由内到外起算，在3.5mm与5.25mm之间；所述处理器模块若判断获知a未受潮<a1<a2<a3，由此可以确定所述试件的受潮深度小于等于a1对应的深度，即所述试件的受潮深度由内到外起算，在1.75mm之内。
本发明实施例提供的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法，通过使用叉指电极传感器对发电机定子绕组进行介电特性值测量，提高了测量介质介电特性值的准确性。并且，以抽检的方式对发电机定子绕组进行局部介电特性测量，根据各个深度的介电特性值判断受潮深度，相比整机介损试验，破坏性小，难度系数低。
本发明实施例提供的服务器的实施例具体可以用于执行上述各方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，其特征在于，包括：
传感器模块，控制模块和处理器模块，所述控制模块与所述传感器模块相连，所述处理器模块分别与所述传感器模块和所述控制模块相连；
所述传感器模块包括设置在基板上的预设数量的元电极，所述预设数量的元电极并列设置于同一平面；每个元电极处于地电极状态、高电极状态、感应电极状态或未通电状态四种状态中的一种，所述控制模块通过调整所述元电极的电位使所述元电极的状态在所述四种状态间切换；
所述传感器模块用于对试件不同深度处的介电特性值进行测量，在测量介电特性值时，所述传感器模块存在至少一个电极组，每个所述电极组中存在四种子电极组，每种子电极组包括相同数量的元电极且每种子电极组包括的元电极的状态相同，每种子电极组对应一种状态，对应高电极状态的子电极组位于对应地电极状态的两个子电极组之间，对应地电极状态的一个子电极组位于对应感应电极状态的子电极组和对应高电极状态的子电极组之间；通过改变各个子电极组包括的元电极的数量实现对试件不同深度处的介电特性值的测量，获得所述试件不同深度的测量信号；
所述控制模块用于调整各个元电极的电位和更改每种子电极组包括的元电极的数量；
所述处理器模块用于接收所述传感器模块检测的所述试件不同深度的测量信号，并根据所述试件不同深度的测量信号获得发电机定子绝缘受潮深度。
2.如权利要求1所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，其特征在于，在测量介电特性值时，所述传感器模块存在2-15个电极组。
3.如权利要求1所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，其特征在于，所述元电极的宽度通过如下公式进行设置：
Figure FDA0003454555370000011
其中，W2为所述元电极宽度，W1为所述子电极组中包括的最大所述元电极的数量，P为待测试件厚度，a、b、c、d为常数。
4.如权利要求1所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，其特征在于，所述介电特性值为试件不同深度对应的电容值或相对介电常数。
5.如权利要求1所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，其特征在于，所述控制模块包括继电器。
6.如权利要求1-5中任一项所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置，其特征在于，所述处理器模块包括信号处理单元、信号转换单元和数据分析单元，其中：
信号处理单元包括变压器，振荡器，移相器和信号放大器，所述变压器用于分支所述传感器模块的测量信号，所述振荡器与变压器连接，用于提供本地震荡器频率，所述移相器根据所述本地震荡频率将所述传感器模块的测量信号进行相位移相，所述信号放大器接收变压器分支的所述传感器模块的测量信号和移相后的所述传感器模块的测量信号，并将所述测量信号放大；
信号转换单元包括模拟信号/数字信号转换器,用于将信号处理单元处理后的模拟信号转化为数字信号；
数据分析单元用于接收所述信号转换单元的数字信号，并根据所述数字信号对试件的受潮方向和受潮深度进行判断。
7.一种采用权利要求1至6任一项所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的装置的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法，其特征在于，包括：
处理器模块接收传感器模块检测的试件不同深度的测量信号，所述试件不同深度的测量信号是所述传感器模块在控制模块更改每种子电极组包括的元电极的数量下测量获得的；
所述处理器模块根据所述试件不同深度的测量信号获得对应的所述试件不同深度处的介电特性值，并根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向；
所述处理器模块根据所述试件的受潮方向以及所述试件不同深度处的介电特性值，确定受潮深度。
8.如权利要求7所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法，其特征在于，所述根据所述试件不同深度处的介电特性值判断所述试件的受潮方向包括：
所述处理器模块若判断获知所述试件不同深度处的介电特性值中最浅处的介电特性值最大，则确定所述试件为外部受潮；
所述处理器模块若判断获知所述试件不同深度处的介电特性值中最浅处的介电特性值最小，则确定所述试件为外部受潮。
9.如权利要求8所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法，其特征在于，所述处理器模块根据所述试件的受潮方向以及所述试件不同深度处的介电特性值，确定受潮深度包括：
若确定所述试件为外部受潮且a1＝…＝am>…>an，则确定所述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度；
若确定所述试件为外部受潮且a1>a2＝a3＝…＝an，则确定所述试件的受潮深度小于等于a1对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮＝a1<a2<…<an，则确定所述试件的受潮深度大于等于a1对应的深度且小于a2对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮＝a1＝…＝am<…<an，则确定所述试件的受潮深度大于等于am对应的深度且小于am+1对应的深度；
若确定所述试件为内部受潮且a未受潮<a1<…<an，则确定所述试件的受潮深度小于等于a1
其中，ai为子电极组包括的元电极数量为i个时，对应的测量深度处的介电特性值，其中i＝1,…,n，m为大于等于1且小于n的自然数，a未受潮为试件未受潮时的介电特性值，当构成所述子电极的所述元电极的个数为n个时，所述传感器模块所对应的测量深度等于试件的厚度。
10.如权利要求7-9任一项所述的检测发电机定子绝缘受潮深度的方法，其特征在于，所述介电特性值为试件不同深度对应的电容值或相对介电常数。
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