CN117110944A - 基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法及设备，该方法通过使用超声波传感器在发电机基座外进行局部放电超声波信号的监测，利用绕组电树枝发展过程中局部放电会产生超声波的特点，通过监测风力发电机整个绕组中局部放电超声波信号数据，根据监测数据实现对风力发电机匝间短路故障的监测和定位，参考电机绕组匝间短路故障时的局部放电超声波信号特征，实现对电机绕组绝缘匝间短路故障的检测和定位检测速度快、无需对设备进行拆卸，同时可以应用于已服役的风力发电机，适用范围广，可有效降低风力发电机维护难度。
Description
技术领域
本发明涉及故障检测技术领域，尤其涉及一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
近年来，风力发电技术迅速发展，风力发电机组作为风电场的重中之重，因长期工作在高温差、潮湿、盐雾等复杂多变的环境中，其绕组发生匝间短路等故障的频率也相对较高，且匝间短路故障前期症状不明显，难以及时发现。同时，传统的检测方法通常需要先停机，再对整个风力发电机进行拆卸、全面检修，费时费力，还可能对设备造成损伤。因此，开发一种在线、准确、无损的风力发电机绕组匝间短路故障监测方法十分重要。
发明内容
本发明提供一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法、装置、设备及存储介质，旨在利用绕组电树枝发展过程中局部放电会产生超声波的特点，通过监测风力发电机整个绕组中局部放电超声波信号数据，参考电机绕组匝间短路故障时的局部放电超声波信号特征，实现对电机绕组绝缘匝间短路故障的检测和定位。
为此，本发明的目的在于提出一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，包括：
获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号，并结合发电机结构信息，构建发电机模型；
通过设置于待检测发电机基座的超声波传感器，实时采集待检测发电机运行时产生的超声波信号；
将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障；
在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置。
其中，构建发电机模型，包括：
根据发电机结构信息中的发电机结构、尺寸、材料及超声波传感器安装位置信息，构建发电机的三维模型；
测定不同频率超声波在设定温湿度下，在指定材料类型的发电机中的传播速率。
其中，获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号的步骤中，
设置多个超声波传感器，进行局部放电超声波数据采集；其中，超声波传感器分为两列安装，分别安装在发电机基座外壳的指定位置，每列超声波传感器沿轴向均匀安装，紧贴外壳表面，减少空气对超声波信号的反射；超声波传感器的数量和位置根据发电机结构和尺寸进行合理调整，以覆盖发电机外表关键区域。
其中，将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障，包括：
使用频域分析的方法分析超声信号频域特征，分离出风力发电机无故障运行状态下的局部放电超声波数据；
与同型号发电机在匝间短路故障下的局放超声波信号进行对比，实现对风力发电机绕组匝间短路故障的检测；
提前对该型号风力发电机正常运行状态下和发生匝间短路时的局放超声波信号进行采集，并使用标准脉冲电压对测量仪器进行校正；
监测过程中持续采集发电机局放超声波信号，并对超声信号进行频域分析，去除正常运行状态下的信号，若检测到特定频率范围内的局放信号，且其声压超过阈值，可判断绕组匝间短路故障已经出现。
其中，在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置，包括：
利用多个超声波传感器接收到超声信号的时间差，结合发电机模型中发电机内部结构，参考环境温度、发电机材料、超声波频率信息确定的超声波传播速率，实现对匝间短路点的定位。
其中，超声波传感器先后利用压电转换、电光转换将声信号转化为光信号，通过光纤传出，再通过光电转化将光信号转换为电信号。
其中，超声波传感器接收频率要求为10kHz～500kHz，以采集完整的超声波信号。
此外，本发明的目的还在于提出一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测装置，包括：
模型构建模块，用于获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号，并结合发电机结构信息，构建发电机模型；
信号采集模块，用于通过设置于待检测发电机基座的超声波传感器，实时采集待检测发电机运行时产生的超声波信号；
故障检测模块，用于将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障；
位置判断模块，用于在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置。
本发明的目的还在于提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如前述技术方案任一的方法。
本发明的目的还在于提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述技术方案的方法。
区别于现有技术，本发明提供的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，通过使用超声波传感器在发电机基座外进行局部放电超声波信号的监测，利用绕组电树枝发展过程中局部放电会产生超声波的特点，通过监测风力发电机整个绕组中局部放电超声波信号数据，根据监测数据实现对风力发电机匝间短路故障的监测和定位，参考电机绕组匝间短路故障时的局部放电超声波信号特征，实现对电机绕组绝缘匝间短路故障的检测和定位检测速度快、无需对设备进行拆卸，同时可以应用于已服役的风力发电机，适用范围广，可有效降低风力发电机维护难度。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明提供的一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法的流程示意图。
图2是本发明提供的一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法中超声波传感器的设置示意图。
图3是本发明提供的一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法的故障诊断流程示意图。
图4是本发明提供的一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测装置的结构示意图。
图5是本发明提供的一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法。
超声波局放成像技术是一种常用的局部放电非电测法，可以通过超声波的定向传播特性测定设备局部放电的部位。当绕组出现匝间短路时，故障区域的绝缘介质会发生剧烈局部放电，在固体介质中，局部放电会形成电树枝通道，期间伴随着微弱的爆破，爆破产生的压力变化会发出超声波，由于放电是一连串脉冲形式的，所以发出的超声波也是脉冲形式的，通过检测这种脉冲形式的超声波可以实现对局部放电的检测和定位。
该技术检测速度快、无需拆卸设备，在电力行业中得到了广泛应用，将超声波局放成像技术应用于风力发电机匝间短路故障监测中，可以对风力发电机绕组进行在线监测，及时发现匝间短路故障，减少损失。
图1为本发明实施例所提供的一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法方法的流程示意图。该方法的实现步骤如下：
步骤110：获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号，并结合发电机结构信息，构建发电机模型。
构建发电机模型，包括：
根据发电机结构信息中的发电机结构、尺寸、材料及超声波传感器安装位置信息，构建发电机的三维模型；
测定不同频率超声波在设定温湿度下，在指定材料类型的发电机中的传播速率。
故障诊断流程图具体如图3所示，数据处理模块首先根据发电机结构、尺寸、材料以及传感器安装位置等信息构建发电机模型，测定不同频率超声波在不同温湿度下在发电机中的传播速率。
步骤120：通过设置于待检测发电机基座的超声波传感器，实时采集待检测发电机运行时产生的超声波信号。
局部放电超声波数据采集时，通过四个或更多超声波传感器以预设方式安装，如图2所示，本发明的实施例中将超声波传感器分为两列安装，分别安装在发电机基座外壳的上方和下方，每列传感器沿轴向均匀安装，紧贴外壳表面，减少空气对超声波信号的反射。其中，1为超声波传感器，2为发电机基座，3为发电机定子绕组，4为发电机转子。传感器的具体数量和位置也可根据发电机结构和尺寸进行合理调整，以覆盖发电机整个关键区域为准。
步骤130：将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障。
对监测所得超声波数据进行频域分析，提取信号频域特征，去除发电机正常运行时产生的背景噪声，再与同型号发电机在匝间短路故障下特定频率的局放超声波信号进行对比，判断是否出现特定频率下的超声波信号以及信号强度是否超过阈值。
具体的，包括：
使用频域分析的方法分析超声信号频域特征，分离出风力发电机无故障运行状态下的局部放电超声波数据；
与同型号发电机在匝间短路故障下的局放超声波信号进行对比，实现对风力发电机绕组匝间短路故障的检测；
提前对该型号风力发电机正常运行状态下和发生匝间短路时的局放超声波信号进行采集，并使用标准脉冲电压对测量仪器进行校正；
监测过程中持续采集发电机局放超声波信号，并对超声信号进行频域分析，去除正常运行状态下的信号，若检测到特定频率范围内的局放信号，且其声压超过阈值，可判断绕组匝间短路故障已经出现。
步骤140：在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置。
若周期性出现特定频率超声波信号，且强度超过阈值，再根据超声波传播速率和不同位置传感器接收信号的时间差计算出局放源位置，并在模型中标出，实现对风力发电机匝间短路故障的检测和定位，后续可进行进一步故障验证。
如图4所示，本发明还提供了一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测装置，包括：
模型构建模块310，用于获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号，并结合发电机结构信息，构建发电机模型；
信号采集模块320，用于通过设置于待检测发电机基座的超声波传感器，实时采集待检测发电机运行时产生的超声波信号；
故障检测模块330，用于将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障；
位置判断模块340，用于在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置。
为了实现实施例，本发明还提出一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行前述技术方案的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法中的各步骤。
如图5所示，非临时性计算机可读存储介质包括指令的存储器810，接口830，指令可由根据基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测处理器820执行以完成方法。可选地，存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质，例如，非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
为了实现实施例，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，其特征在于，包括：
获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号，并结合发电机结构信息，构建发电机模型；
通过设置于待检测发电机基座的超声波传感器，实时采集所述待检测发电机运行时产生的超声波信号；
将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入所述发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障；
在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置。
2.根据权利要求1所述的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述构建发电机模型，包括：
根据发电机结构信息中的发电机结构、尺寸、材料及超声波传感器安装位置信息，构建发电机的三维模型；
测定不同频率超声波在设定温湿度下，在指定材料类型的发电机中的传播速率。
3.根据权利要求1所述的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号的步骤中，
设置多个超声波传感器，进行局部放电超声波数据采集；其中，所述超声波传感器分为两列安装，分别安装在发电机基座外壳的指定位置，每列超声波传感器沿轴向均匀安装，紧贴外壳表面，减少空气对超声波信号的反射；超声波传感器的数量和位置根据发电机结构和尺寸进行合理调整，以覆盖发电机外表关键区域。
4.根据权利要求1所述的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入所述发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障，包括：
使用频域分析的方法分析超声信号频域特征，分离出风力发电机无故障运行状态下的局部放电超声波数据；
与同型号发电机在匝间短路故障下的局放超声波信号进行对比，实现对风力发电机绕组匝间短路故障的检测；
提前对该型号风力发电机正常运行状态下和发生匝间短路时的局放超声波信号进行采集，并使用标准脉冲电压对测量仪器进行校正；
监测过程中持续采集发电机局放超声波信号，并对超声信号进行频域分析，去除正常运行状态下的信号，若检测到特定频率范围内的局放信号，且其声压超过阈值，可判断绕组匝间短路故障已经出现。
5.根据权利要求4所述的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置，包括：
利用多个超声波传感器接收到超声信号的时间差，结合发电机模型中发电机内部结构，参考环境温度、发电机材料、超声波频率信息确定的超声波传播速率，实现对匝间短路点的定位。
6.根据权利要求1所述的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述超声波传感器先后利用压电转换、电光转换将声信号转化为光信号，通过光纤传出，再通过光电转化将光信号转换为电信号。
7.根据权利要求6所述的基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述超声波传感器接收频率要求为10kHz～500kHz，以采集完整的超声波信号。
8.一种基于局放成像的发电机绕组匝间短路故障监测装置，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于获取与待检测发电机同型号的发电机正常运行，以及发生匝间短路故障时绕组的局部放电超声波信号，并结合发电机结构信息，构建发电机模型；
信号采集模块，用于通过设置于待检测发电机基座的超声波传感器，实时采集所述待检测发电机运行时产生的超声波信号；
故障检测模块，用于将待检测发电机运行时产生的超声波信号数据输入所述发电机模型中，基于模型输出结果判断是否匝间短路故障；
位置判断模块，用于在判定发生匝间短路故障时，根据多传感器局放成像技术定位短路故障位置。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
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|---|---|
| CN (1) | CN117110944A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117706293A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-03-15 | 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统 |
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2023
- 2023-09-04 CN CN202311134150.7A patent/CN117110944A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117706293A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-03-15 | 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统 |
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