[发明专利]基于应变和声波传感的发电机定子故障监测的方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于应变和声波传感的发电机定子故障监测的方法和装置，包括：安装用于测量大型发电机定子应变和声波信号的传感光缆；将传感光缆的长度与发电机定子的三维坐标进行标定；通过采集大型发电机定子的各类故障产生的应变‑声波信号，构建发电机定子故障监测的卷积神经网络训练模型；进行发电机定子故障监测，并结合现场的人工检修结果更新故障样本库；使用更新的故障样本库对发电机定子故障监测模型重新训练，利用更新后的发电机定子故障监测模型对运行中的大型发电机基于异常应变‑声波信号进行故障类型识别和预测。本发明扩大了发电机定子故障监测范围和精度，并可对大型发电机定子的故障进行预测。

技术领域

本发明涉及大型发电机定子故障监测技术领域，具体地讲，是涉及一种基于应变和声波传感的发电机定子故障监测的方法和装置。

背景技术

大型发电机是电力工业生产的重要设备，大型发电机一旦发生故障，将会造成停电事故，甚至危及电力系统的正常稳定运行，而且事故涉及面大，修理周期长，费用高，经济损失巨大。因此，大型发电机的安全可靠运行已成为电力系统正常运行过程中的关键因素。由于发电机定子工作中需承受不断变化的机械力、电场、热力作用，容易出现定子铁心变形、定子线棒局部放电等故障，对发电机定子故障监测是保证大型发电机安全运行的重要方式。

大型发电机定子故障主要包括：铁心松弛，绝缘损坏，表面绝缘磨损，定子线棒局部放电，绝缘击穿等。发电机定子铁心变形导致线棒表面绝缘被磨损破坏，线棒表面绝缘被磨损破坏会产生局部放电现象。定子振动过大将进一步加剧表面绝缘磨损，或者造成铁心松弛，绝缘损坏。并且发电机局部放电，绝缘击穿此类故障还往往伴随着声发射的现象。

目前，国内外的研究学者已经对大型发电机定子故障监测技术进行了一些研究，提出过一些大型发电机定子故障监测方法，如基于电学类传感器（射频电流互感器、加速度传感器、振动传感器）的发电机定子故障监测，又如基于准光纤分布式传感器的发电机定子振动监测和基于光纤分布式温度传感器的发电机定子温度监测。

由于大型发电机运行现场电磁环境复杂，用于监测发电机定子故障的电学类传感器会受到电磁干扰的强烈影响，导致测量精度较低，无法准确反映发电机定子状态。而光纤传感不受电磁干扰，使用基于光纤传感的发电机定子故障监测能够克服大型发电机运行现场的电磁干扰问题，例如文献一João Paulo Bazzo等人在Thermal Imaging ofHydroelectric Generator Stator Using a DTS System报道的光纤分布式温度传感器用于水电站发电机的定子温度监测并定位发电机定子故障；又如文献二Uilian José Dreyer等人报道的Quasi-Distributed Optical Fiber Transducer for SimultaneousTemperature and Vibration Sensing in High-Power Generators将光纤准分布式振动传感器布设于发电机定子中监测发电机定子的温度与振动异常并定位发电机定子故障。

大型发电机定子故障导致的温度变化较慢，并且温度变化是故障带来的间接变化。文献一中使用了基于拉曼散射的DTS，由于拉曼散射信号较弱，需要很多次平均才能得到结果，导致响应速度慢。大型发电机的体积很大，定子槽数量很多，如果采用文献二中的光纤光栅方案，需要的测量点数需要达到上万个，而文献二中使用的光纤光栅的串联点数不超过几千个，当串联的点数增加后，通道之间的多径反射严重，带来的通道串扰严重，从而影响测量精度。发明人对比研究后发现，采用声波参数可以快速检测到定子故障，采用应变参数可以直接探测例如铁芯变形类型的故障，故在大型发电机定子内部非常有必要引入声波量与应变量的测量。而且，上述文献中也没有利用光纤传感信号进行发电机定子故障自动识别算法，因此无法对发电机定子故障进行有效的识别和预警。

发明内容