CN116109599B - 一种发电机碳刷打火监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发电机碳刷打火监测系统。所述系统包括：若干光感模块沿发电机机罩内壁周向布置；光感模块探测到火花并生成火花信号发送至对应关联的多个图像采集模块；每一图像采集模块均按照第一采集频率获取常规图像；当图像采集模块接收到火花信号后，图像采集模块按第二采集频率连续获取特征图像；图像采集模块将常规图像和特征图像均发送至处理器；处理器根据常规图像集合和特征图像集合，获取火花信号对应的若干火花图像；处理器还分析火花图像来获取火花的种类；处理器根据火花的种类生成对应等级报警信号并发送至管理员站。本发明解决了现有技术中存在的发电机碳刷打火发现不及时导致发电机运行风险增大的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备监测技术领域，尤其涉及一种发电机碳刷打火监测系统。
背景技术
水电站的运行过程中，集电环和大轴一起为发电机的旋转部件，碳刷为固定部件，两者依靠摩擦接触导电；由于集电环随大轴旋转存在一定的摆度和偏心，而碳刷组上下两层(对应正、负两极)多组分布，每组碳刷由刷握提供的紧固力和集电环压紧接触，因此当发电机高速旋转时，易由于偏心、振摆和刷握紧固力的不同而导致碳刷和集电环之间接触的不均衡，导致局部过热、打火等现象。
目前针对集电环和碳刷的监测依旧是依靠电厂运行人员每日多次设备巡视工作过程中，通过人工肉眼观测和判断集电环和碳刷的工作情况，来判断集电环和瘫痪对发电机的运行形成潜在的风险；不能及时发现集电环碳刷打火，更无法对运行情况进行风险评估。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种发电机碳刷打火监测系统，其解决了现有技术中存在的发电机碳刷打火发现不及时导致发电机运行风险增大的技术问题。
根据本发明一种发电机碳刷打火监测系统，所述系统包括：
光感模块、图像采集模块以及处理器；
所述光感模块有若干个，若干光感模块沿发电机机罩内壁周向布置；每一光感模块均用于探测发电机机罩内的火花，每一光感模块探测到火花并生成火花信号后，光感模块将火花信号发送至对应关联的多个图像采集模块；
所述图像采集模块设置有若干个，若干图像采集模块沿发电机机罩的内壁周向布置；且若干图像采集模块与若干光感模块交错分布；每一图像采集模块均按照第一采集频率获取集电环对应部位多个机位的常规图像并标记采集时间；多个机位包括俯位、平位以及仰位；
当图像采集模块接收到火花信号后，图像采集模块按第二采集频率连续获取若干张集电环对应部位多个机位的特征图像并标记采集时间；图像采集模块将常规图像和特征图像均发送至处理器；
光感模块还将火花信号发送至处理器，处理器根据火花信号产生的时间，获取采集时间在火花发生时设定时间范围内所有图像采集模块采集的常规图像集合，以及火花信号对应的特征图像集合；
处理器根据常规图像集合和特征图像集合，获取火花信号对应的若干火花图像；处理器还分析火花图像来获取火花的种类；处理器根据火花的种类生成对应等级报警信号并发送至管理员站。
进一步地，处理器根据常规图像集合和特征图像集合，获取火花信号对应的若干火花图像，包括：
根据常规图像集合，获取设定时间范围内每一时刻所有的常规图像；
根据常规图像对应图像采集模块的安装位置，对同一时刻多个机位的常规图像进行排列，将每一机位的所有常规图像的相邻边界进行融合处理后，获取所述时刻的全景图像；
按时间先后顺序排列多个时刻的全景图像；
根据特征图像集合，将特征图像集合中每一时刻对应的若干特征图像进行排列，并融合所有特征图像的相邻边界后，获取每一时刻的关联图像。
进一步地，处理器还分析火花图像来获取火花的种类，包括：
识别每一全景图像中的火花并标记第一火花框；识别每一时刻的关联图像中的火花并标记第二火花框；
根据若干全景图像中的第一火花框，获取火花范围；所述火花范围包括火花根部位置，火花中部位置以及火花端部位置；
根据若干关联图像中的第二火花框获取若干项火花数据，若干项所述火花数据包括火花亮度数据、火花粒径数据以及火花集中度数据；
根据火花范围和若干项火花数据，获取火花信号对应的火花种类；所述火花种类包括点状火花、粒状火花、火球状火花以及飞溅状火花。
进一步地，根据若干全景图像中的第一火花框，获取火花范围，包括：
分别根据每一时刻俯位、平位以及仰位的全景图像，获取该时刻每个监测区域对应的第一火花框的特征密度；所述特征密度包括该时刻监测区域俯位、平位以及仰位分别对应的第一火花框密度中的最大密度；所述监测区域包括每一图像采集模块对应的拍摄区域；
获取每个监测区域多个时刻的特征密度中最大的特征密度作为该监测区域的真实密度并标记时间；
根据各监测区域的第一火花框的真实密度以及对应时间，获取本次打火对应的火花根部位置、火花中部位置以及火花端部位置。
进一步地，根据若干关联图像中的第二火花框获取若干项火花数据；
分别根据每一时刻俯位、平位以及仰位的关联图像，获取所述时刻关联区域中每个单位区域内火花的平均亮度、火花的平均粒径以及火花的特征集中度；
将每个单位区域内多个时刻的平均亮度中的最大者作为所述单位区域火花的亮度；
将每个单位区域内多个时刻的火花的平均粒径的最大者作为所述单位区域火花的粒径；
将每个单位区域内多个时刻的特征集中度中的最大者作为所述单位区域火花的集中度。
进一步地，所述第二采集频率是第一采集频率的整数倍。
进一步地，获取设定时间范围，包括：
以生成火花信号的时刻作为邻域的中心点，以发电机主轴转动一圈所花费的时间作为邻域半径，获取火花信号对应的设定时间范围。
进一步地，与光感模块关联的多个图像采集模块，包括：
以每一光感模块的位置为起始位置，沿发电机主轴旋转方向上连续分布的若干图像采集模块；
还包括，与所述光感模块相邻且位于发电机主轴旋转相反方向的图像采集模块。
进一步地，每一图像采集模块均包括：
俯位相机、平位相机以及仰位相机；俯位相机、平位相机以及仰位相机均固定在发电机机罩内壁上且沿竖直方向由上而下间隔布置；平位相机与若干光感模块位于同一水平面上；俯位相机、平位相机以及仰位相机均用于采集集电环对应部位的常规图像和特征图像。
进一步地，还包括：
测温模块，所述测温模块用于按第一采集频率获取若干项温度数据，所述若干项温度数据包括集电环温度数据、碳刷温度数据、刷握温度数据以及刷辫温度数据；测温模块将若干项温度数据发送至处理器，处理器将若干项温度数据与同一时刻的常规图像关联并发送至管理员站。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明中，通过在发电机机罩内壁周向设置多个光感模块，以便碳刷打火时能够及时触发光感模块生成火花信号，同时火花信号触发与光感模块关联的图像采集模块以数倍于第一采集频率的第二采集频率获取特征图像集合以便更加精确获取火花的图像；同时获取设定时间范围内的常规图像集合以便于获取打火的范围；通过处理器对常规图像集合与特征图像集合进行分析获取火花图像，然后根据火花图像准确获取火花的种类；处理器根据火花的种类生成对应等级报警信号并发送至管理员站。解决了现有技术中存在的发电机碳刷打火发现不及时导致发电机运行风险增大的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例的原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
如图1所示，一种发电机碳刷打火监测系统，所述系统包括：
光感模块、图像采集模块以及处理器；
所述光感模块有若干个，若干光感模块沿发电机机罩内壁周向布置；每一光感模块均用于探测发电机机罩内的火花，每一光感模块探测到火花并生成火花信号后，光感模块将火花信号发送至对应关联的多个图像采集模块；
所述图像采集模块设置有若干个，若干图像采集模块沿发电机机罩的内壁周向布置；且若干图像采集模块与若干光感模块交错分布；每一图像采集模块均按照第一采集频率获取集电环对应部位多个机位的常规图像并标记采集时间；多个机位包括俯位、平位以及仰位；
当图像采集模块接收到火花信号后，图像采集模块按第二采集频率连续获取若干张集电环对应部位多个机位的特征图像并标记采集时间；图像采集模块将常规图像和特征图像均发送至处理器；
光感模块还将火花信号发送至处理器，处理器根据火花信号产生的时间，获取采集时间在火花发生时设定时间范围内所有图像采集模块采集的常规图像集合，以及火花信号对应的特征图像集合；
处理器根据常规图像集合和特征图像集合，获取火花信号对应的若干火花图像；处理器还分析火花图像来获取火花的种类；处理器根据火花的种类生成对应等级报警信号并发送至管理员站。
本实施例的具体实施过程包括：
在水电站运行过程中，发电机组运行过程中，发电机机罩设在发电机上轴以及集电环外侧以形成密闭空间，机罩的侧壁上开设有观察孔，电站的巡检人员在巡检过程中通过观察孔观察集电环运行情况。
本实施例中，光感模块包括光电传感器，因机罩内部为密闭空间，且机罩整体为不透光的材质制成，因此机罩的内部空间光线有限，当集电环与碳刷发生打火时，光电传感器就被触发，生成触发信号。若干光感模块沿发电机机盖内壁沿周向布置，且位于机盖的中段位置并正对集电环；本实施例中，光感模块的感应距离略大于机盖内壁到集电环的最小距离。
本实施例中，每一图像采集模块均包括：
俯位相机、平位相机以及仰位相机；俯位相机、平位相机以及仰位相机均固定在发电机机罩内壁上且沿竖直方向由上而下间隔布置；平位相机与若干光感模块位于同一水平面上；俯位相机、平位相机以及仰位相机均用于采集集电环对应部位的常规图像和特征图像。本实施例中，与光感模块关联的多个图像采集模块，包括：以每一光感模块的位置为起始位置，沿发电机主轴旋转方向上连续分布的若干图像采集模块；还包括，与所述光感模块相邻且位于发电机主轴旋转相反方向的图像采集模块。如图1所示，每一光感模块与相邻位置与发电机主轴旋转相反方向的图像采集模块关联，与沿发电机株洲旋转方向的连续分布的一个图像采集模块关联。本实施例中发电机主轴旋转方向为顺时针，如图1中沿处理器的顺时针方向为发电机主轴旋转方向。在其他的实施例中以每一光感模块的位置为起始位置，沿发电机主轴旋转方向上连续分布的两个图像采集模块与所述光感模块关联。
当光感模块受火花感应生成火花信号时，图像采集模块改变采集频率，且所述第二采集频率是第一采集频率的整数倍，因此图像采集模块采集特征图像过程中，一部分特征图像的采集时间与一部分常规图像的采集时间相同，因此这部分特征图像又可作为常规图像并出现在常规图像集合中。
本实施例中，通过在发电机机罩内壁周向设置多个光感模块，以便碳刷打火时能够及时触发光感模块生成火花信号，同时火花信号触发与光感模块关联的图像采集模块以数倍于第一采集频率的第二采集频率获取特征图像集合以便更加精确获取火花的图像；同时获取设定时间范围内的常规图像集合以便于获取打火的范围；通过处理器对常规图像集合与特征图像集合进行分析获取火花图像，然后根据火花图像准确获取火花的种类；处理器根据火花的种类生成对应等级报警信号并发送至管理员站。解决了现有技术中存在的发电机碳刷打火发现不及时导致发电机运行风险增大的技术问题。
本发明的另一实施例，处理器根据常规图像集合和特征图像集合，获取火花信号对应的若干火花图像，包括：
根据常规图像集合，获取设定时间范围内每一时刻所有的常规图像；
根据常规图像对应图像采集模块的安装位置，对同一时刻多个机位的常规图像进行排列，将每一机位的所有常规图像的相邻边界进行融合处理后，获取所述时刻的全景图像；
按时间先后顺序排列多个时刻的全景图像；
根据特征图像集合，将特征图像集合中每一时刻对应的若干特征图像进行排列，并融合所有特征图像的相邻边界后，获取每一时刻的关联图像。
本实施例的具体实施过程包括：
本实施例中，处理器还分析火花图像来获取火花的种类，包括：识别每一全景图像中的火花并标记第一火花框；识别每一时刻的关联图像中的火花并标记第二火花框；
根据若干全景图像中的第一火花框，获取火花范围；所述火花范围包括火花根部位置，火花中部位置以及火花端部位置；
根据若干关联图像中的第二火花框获取若干项火花数据，若干项所述火花数据包括火花亮度数据、火花粒径数据以及火花集中度数据；
根据火花范围和若干项火花数据，获取火花信号对应的火花种类；所述火花种类包括点状火花、粒状火花、火球状火花以及飞溅状火花。
其中，根据若干全景图像中的第一火花框，获取火花范围，包括：
分别根据每一时刻俯位、平位以及仰位的全景图像，获取该时刻每个监测区域对应的第一火花框的特征密度；所述特征密度包括该时刻监测区域俯位、平位以及仰位分别对应的第一火花框密度中的最大密度；所述监测区域包括每一图像采集模块对应的拍摄区域；
获取每个监测区域多个时刻的特征密度中最大的特征密度作为该监测区域的真实密度并标记时间；
根据各监测区域的第一火花框的真实密度以及对应时间，获取本次打火对应的火花根部位置、火花中部位置以及火花端部位置。
其中，根据若干关联图像中的第二火花框获取若干项火花数据，包括：
分别根据每一时刻俯位、平位以及仰位的关联图像，获取所述时刻关联区域中每个单位区域内火花的平均亮度、火花的平均粒径以及火花的特征集中度；
将每个单位区域内多个时刻的平均亮度中的最大者作为所述单位区域火花的亮度；
将每个单位区域内多个时刻的火花的平均粒径的最大者作为所述单位区域火花的粒径；
将每个单位区域内多个时刻的特征集中度中的最大者作为所述单位区域火花的集中度。
本实施例中，所述通过火花范围判断识别区域对应的火花位置，所述识别区域包括：与光感模块关联的图像采集模块对应的监测区域组合形成的；将若干项火花数据和火花位置输入火花识别模型，来判断火花的种类。所述火花识别模型为卷积神经网络模型，所述卷积神经网络模型通过多组训练数据训练训练，并通过多组校验数据校验合格后获得。
本发明的另一实施例，获取设定时间范围，包括：
以生成火花信号的时刻作为邻域的中心点，以发电机主轴转动一圈所花费的时间作为邻域半径，获取火花信号对应的设定时间范围。
本实施例的实施过程包括：
发电机主轴转速的倒数为发电机主轴转动一圈所花费的时间；以生成火花信号的时刻作为邻域的中心点，以发电机主轴转动一圈所花费的时间作为邻域半径的范围为设定时间范围。
本发明的另一实施例，还包括：
测温模块，所述测温模块用于按第一采集频率获取若干项温度数据，所述若干项温度数据包括集电环温度数据、碳刷温度数据、刷握温度数据以及刷辫温度数据；测温模块将若干项温度数据发送至处理器，处理器将若干项温度数据与同一时刻的常规图像关联并发送至管理员站。
本实施例的具体实施过程包括：
所述测温模块包括若干红外测温相机，若干红外测温相机沿周向设置在发电机机罩的内壁上，若干红外测温相机均按照第一采集频率获取红外图像，根据红外图像获取若干项温度数据。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种发电机碳刷打火监测系统，其特征在于：所述系统包括：
光感模块、图像采集模块以及处理器；
所述光感模块有若干个，若干光感模块沿发电机机罩内壁周向布置；每一光感模块均用于探测发电机机罩内的火花，每一光感模块探测到火花并生成火花信号后，光感模块将火花信号发送至对应关联的多个图像采集模块；
所述图像采集模块设置有若干个，若干图像采集模块沿发电机机罩的内壁周向布置；且若干图像采集模块与若干光感模块交错分布；每一图像采集模块均按照第一采集频率获取集电环对应部位多个机位的常规图像并标记采集时间；多个机位包括俯位、平位以及仰位；
当图像采集模块接收到火花信号后，图像采集模块按第二采集频率连续获取若干张集电环对应部位多个机位的特征图像并标记采集时间；图像采集模块将常规图像和特征图像均发送至处理器；
光感模块还将火花信号发送至处理器，处理器根据火花信号产生的时间，获取采集时间在火花发生时设定时间范围内所有图像采集模块采集的常规图像集合，以及火花信号对应的特征图像集合；
处理器根据常规图像集合和特征图像集合，获取火花信号对应的若干火花图像；处理器还分析火花图像来获取火花的种类；处理器根据火花的种类生成对应等级报警信号并发送至管理员站；
所述处理器根据常规图像集合和特征图像集合，获取火花信号对应的若干火花图像，包括：
根据常规图像集合，获取设定时间范围内每一时刻所有的常规图像；
根据常规图像对应图像采集模块的安装位置，对同一时刻多个机位的常规图像进行排列，将每一机位的所有常规图像的相邻边界进行融合处理后，获取所述时刻的全景图像；
按时间先后顺序排列多个时刻的全景图像；
根据特征图像集合，将特征图像集合中每一时刻对应的若干特征图像进行排列，并融合所有特征图像的相邻边界后，获取每一时刻的关联图像；
处理器还分析火花图像来获取火花的种类，包括：
识别每一全景图像中的火花并标记第一火花框；识别每一时刻的关联图像中的火花并标记第二火花框；
根据若干全景图像中的第一火花框，获取火花范围；所述火花范围包括火花根部位置，火花中部位置以及火花端部位置；
根据若干关联图像中的第二火花框获取若干项火花数据，若干项所述火花数据包括火花亮度数据、火花粒径数据以及火花集中度数据；
根据火花范围和若干项火花数据，获取火花信号对应的火花种类；所述火花种类包括点状火花、粒状火花、火球状火花以及飞溅状火花；
所述根据若干全景图像中的第一火花框，获取火花范围，包括：
分别根据每一时刻俯位、平位以及仰位的全景图像，获取该时刻每个监测区域对应的第一火花框的特征密度；所述特征密度包括该时刻监测区域俯位、平位以及仰位分别对应的第一火花框密度中的最大密度；所述监测区域包括每一图像采集模块对应的拍摄区域；
获取每个监测区域多个时刻的特征密度中最大的特征密度作为该监测区域的真实密度并标记时间；
根据各监测区域的第一火花框的真实密度以及对应时间，获取本次打火对应的火花根部位置、火花中部位置以及火花端部位置；
所述根据若干关联图像中的第二火花框获取若干项火花数据；
分别根据每一时刻俯位、平位以及仰位的关联图像，获取所述时刻关联区域中每个单位区域内火花的平均亮度、火花的平均粒径以及火花的特征集中度；
将每个单位区域内多个时刻的平均亮度中的最大者作为所述单位区域火花的亮度；
将每个单位区域内多个时刻的火花的平均粒径的最大者作为所述单位区域火花的粒径；
将每个单位区域内多个时刻的特征集中度中的最大者作为所述单位区域火花的集中度。
2.如权利要求1所述的一种发电机碳刷打火监测系统，其特征在于：所述第二采集频率是第一采集频率的整数倍。
3.如权利要求1所述的一种发电机碳刷打火监测系统，其特征在于：获取设定时间范围，包括：
以生成火花信号的时刻作为邻域的中心点，以发电机主轴转动一圈所花费的时间作为邻域半径，获取火花信号对应的设定时间范围。
4.如权利要求1所述的一种发电机碳刷打火监测系统，其特征在于：与光感模块关联的多个图像采集模块，包括：
以每一光感模块的位置为起始位置，沿发电机主轴旋转方向上连续分布的若干图像采集模块；
还包括，与所述光感模块相邻且位于发电机主轴旋转相反方向的图像采集模块。
5.如权利要求1所述的一种发电机碳刷打火监测系统，其特征在于：每一图像采集模块均包括：
俯位相机、平位相机以及仰位相机；俯位相机、平位相机以及仰位相机均固定在发电机机罩内壁上且沿竖直方向由上而下间隔布置；平位相机与若干光感模块位于同一水平面上；俯位相机、平位相机以及仰位相机均用于采集集电环对应部位的常规图像和特征图像。
6.如权利要求1所述的一种发电机碳刷打火监测系统，其特征在于：还包括：
测温模块，所述测温模块用于按第一采集频率获取若干项温度数据，所述若干项温度数据包括集电环温度数据、碳刷温度数据、刷握温度数据以及刷辫温度数据；测温模块将若干项温度数据发送至处理器，处理器将若干项温度数据与同一时刻的常规图像关联并发送至管理员站。
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