[發明專利]基于應變和聲波傳感的發電機定子故障監測的方法和裝置

有效

• 申請號: 202110792506.0
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113251942B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 彭飛;胡明昊
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01N29/04;G01N29/44;G06N3/04
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 鐘顯毅

本發明公開了一種基于應變和聲波傳感的發電機定子故障監測的方法和裝置，包括：安裝用于測量大型發電機定子應變和聲波信號的傳感光纜；將傳感光纜的長度與發電機定子的三維坐標進行標定；通過采集大型發電機定子的各類故障產生的應變?聲波信號，構建發電機定子故障監測的卷積神經網絡訓練模型；進行發電機定子故障監測，并結合現場的人工檢修結果更新故障樣本庫；使用更新的故障樣本庫對發電機定子故障監測模型重新訓練，利用更新后的發電機定子故障監測模型對運行中的大型發電機基于異常應變?聲波信號進行故障類型識別和預測。本發明擴大了發電機定子故障監測范圍和精度，并可對大型發電機定子的故障進行預測。

技術領域

本發明涉及大型發電機定子故障監測技術領域，具體地講，是涉及一種基于應變和聲波傳感的發電機定子故障監測的方法和裝置。

背景技術

大型發電機是電力工業生產的重要設備，大型發電機一旦發生故障，將會造成停電事故，甚至危及電力系統的正常穩定運行，而且事故涉及面大，修理周期長，費用高，經濟損失巨大。因此，大型發電機的安全可靠運行已成為電力系統正常運行過程中的關鍵因素。由于發電機定子工作中需承受不斷變化的機械力、電場、熱力作用，容易出現定子鐵心變形、定子線棒局部放電等故障，對發電機定子故障監測是保證大型發電機安全運行的重要方式。

大型發電機定子故障主要包括：鐵心松弛，絕緣損壞，表面絕緣磨損，定子線棒局部放電，絕緣擊穿等。發電機定子鐵心變形導致線棒表面絕緣被磨損破壞，線棒表面絕緣被磨損破壞會產生局部放電現象。定子振動過大將進一步加劇表面絕緣磨損，或者造成鐵心松弛，絕緣損壞。并且發電機局部放電，絕緣擊穿此類故障還往往伴隨著聲發射的現象。

目前，國內外的研究學者已經對大型發電機定子故障監測技術進行了一些研究，提出過一些大型發電機定子故障監測方法，如基于電學類傳感器（射頻電流互感器、加速度傳感器、振動傳感器）的發電機定子故障監測，又如基于準光纖分布式傳感器的發電機定子振動監測和基于光纖分布式溫度傳感器的發電機定子溫度監測。

由于大型發電機運行現場電磁環境復雜，用于監測發電機定子故障的電學類傳感器會受到電磁干擾的強烈影響，導致測量精度較低，無法準確反映發電機定子狀態。而光纖傳感不受電磁干擾，使用基于光纖傳感的發電機定子故障監測能夠克服大型發電機運行現場的電磁干擾問題，例如文獻一Jo?o Paulo Bazzo等人在Thermal Imaging ofHydroelectric Generator Stator Using a DTS System報道的光纖分布式溫度傳感器用于水電站發電機的定子溫度監測并定位發電機定子故障；又如文獻二Uilian José Dreyer等人報道的Quasi-Distributed Optical Fiber Transducer for SimultaneousTemperature and Vibration Sensing in High-Power Generators將光纖準分布式振動傳感器布設于發電機定子中監測發電機定子的溫度與振動異常并定位發電機定子故障。

大型發電機定子故障導致的溫度變化較慢，并且溫度變化是故障帶來的間接變化。文獻一中使用了基于拉曼散射的DTS，由于拉曼散射信號較弱，需要很多次平均才能得到結果，導致響應速度慢。大型發電機的體積很大，定子槽數量很多，如果采用文獻二中的光纖光柵方案，需要的測量點數需要達到上萬個，而文獻二中使用的光纖光柵的串聯點數不超過幾千個，當串聯的點數增加后，通道之間的多徑反射嚴重，帶來的通道串擾嚴重，從而影響測量精度。發明人對比研究后發現，采用聲波參數可以快速檢測到定子故障，采用應變參數可以直接探測例如鐵芯變形類型的故障，故在大型發電機定子內部非常有必要引入聲波量與應變量的測量。而且，上述文獻中也沒有利用光纖傳感信號進行發電機定子故障自動識別算法，因此無法對發電機定子故障進行有效的識別和預警。

發明內容