CN1402015A - 基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法及装置，涉及大型发电机主绝缘老化状态无损检测。本发明利用冲击源敲击大型发电机定子线棒的主绝缘表面，由声传感器接收所辐射的声波。对接收到的声信号进行小波变换，求取其在尺度1下的模极大值，通过该模极大值确定大型发电机主绝缘的老化状态。其装置包括冲击源、信号检测电路、声传感器、数据处理显示部件以及与各部分相连的数控板和相应控制软件。本发明的工作模式简单，显示、存储、处理、分析功能强，可方便地应用于现场检测。

Description

基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法及其装置

一、所属技术领域：

本发明属于电机技术领域，涉及大型发电机主绝缘老化状态无损检测，特别涉及一种基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法及其装置。

二、背景技术：

在大型发电机的运行过程中，定子绕组绝缘要经受电、热、机械应力以及各种环境因素的联合作用而逐渐老化。绝缘的老化不仅降低了电机的机械强度和电气强度，甚至还会引起发电机的运行故障。因此，对绝缘老化状态进行准确的诊断对于提高发电机的运行可靠性以及预测发电机主绝缘的剩余寿命都具有十分重要的意义。

绝缘结构的电气试验是传统的绝缘老化状态诊断方法，其基本原理是通过施加电压，测量绝缘结构的电参量来诊断主绝缘的老化状态。主要包括以下几种试验项目：绝缘电阻和极化指数的测定、介质损耗角正切tgδ及其增量Δtgδ的测定以及局部放电测量。

电气试验方法中的每一种试验项目只能考查主绝缘的某一种性能，因而往往要经过好几种试验才能确定绝缘的老化状态，而且有些试验设备比较复杂、笨重，现场试验都很不方便。由于现场电磁干扰很大，电气实验结果容易受电磁干扰的影响。

三、发明内容

针对上述电气试验方法存在的缺陷或不足，本发明的一个目的是，提供一种应用声学技术对大型发电机的主绝缘老化状态进行检测的基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法及其装置。本发明的诊断方法从绝缘老化过程中材料和结构所发生的本征变化这个角度出发进行检测，克服了电气实验只能表征绝缘老化过程中电参量的改变这一局限性，并且该方法可以有效地避免现场测试中的电磁干扰。本发明的另一个目的是提供实现上述方法的一种装置，该装置为便携式，操作界面简单，显示、存储、处理、分析功能强，可方便地应用于现场检测。

由于定子线棒绝缘可以看成是一个声谐振子，存在多个谐振模式，当大型发电机主绝缘老化后，绝缘材质的变化以及内部出现的缺陷会对其各个模式产生扰动，使谐振频率等声学特征发生变化，因此敲击绝缘时产生的声信号就能够有效地反应大电机主绝缘在老化过程中材料和结构发生的变化，从而可以达到检测大型发电机主绝缘老化状态的目的。

基于以上原理，本发明所提出的技术方案是，一种检测大型发电机主绝缘老化状态的基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法，包括以下各步骤：

1)由冲击源产生冲击力敲击大型发电机定子线棒的主绝缘表面；

2)采用声传感器接收主绝缘在冲击力作用下辐射的声波；

3)对产生的声波进行采样；对采集到的信号进行保持，数字化后再进行处理显示；

4)将得到的声信号利用小波分析技术对该声信号进行处理，求取小波变换在尺度一下的模极大值，与设定好的阈值相比较，判断绝缘的老化状态。

所述小波变换是采用离散二进小波变换；其定义如下：

若函数ψ∈L²(IR)满足容许性条件 $C_{\mathrm{\&psi;}}={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\frac{{\left|\mathrm{\&psi;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\right|}^2}{\left|\mathrm{\&omega;}\right|}\mathrm{d\&omega;}<\&infin;------\left(1\right)$ 则称ψ为小波母函数。容许性条件又等价于 ${\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\mathrm{\&psi;}\left(t\right)\mathrm{dt}=0-------\left(2\right)$

将尺度因子记作a，则ψ_a(t)＝(1/a)ψ(t/a)称作小波基。小波变换就是将信号f(x)与小波基做卷积，

W_ψf(a，t)＝f*ψ_a(t)           (3)若将尺度因子按二进格点离散化，记作a＝2^j，则有离散二进小波变换 $W_{\mathrm{\&psi;}}f(2^j,t)=f*{\mathrm{\&psi;}}_2^j\left(t\right)------\left(4\right)$

根据式(4)，求取尺度因子j＝0，尺度a＝1下声信号的小波变换，即可算出小波变换的模极大值。

实现上述基于小波变换的电机绝缘老化方法的诊断装置，包括一冲击源1和—声检测仪2构成，冲击源1由直流线圈101，腔体102，冲击小球103和声传感器104组成；

声检测仪2包括声信号检测电路，声信号检测电路由脉冲放大器、采样脉冲源、采样保持电路和滤波器构成；数据处理和显示部件，数据处理和显示部件包括微型计算机、键盘、D/A、A/D接口板和显示器；以及与各部分相连的数控板和相应的控制软件所组成。

本发明应用于大型发电机主绝缘的老化状态检测，可以避免现场测试中的电磁干扰，从绝缘老化过程中材料和结构的改变这个角度进行检测，为大型发电机主绝缘老化状态的诊断提供更为丰富的数据。本发明的装置实现了全自动化，操作简便，软件界面友好，不仅可以在实验室中对大型发电机主绝缘的老化状态进行诊断，也可以在各个电厂中应用，现场诊断大型发电机主绝缘的老化状态。

四、附图说明

图1是本发明的大型发电机主绝缘老化状态声检测装置的结构示意图；

图2是本发明的冲击源结构示意图；

图3是本发明的控制软件流程图。

五、具体实施方式

下面结合附图和发明人依本发明的技术方案对本发明的检测方法和装置的结构和数据处理作进一步的详细说明。

本发明的检测大型发电机主绝缘老化状态的声检测方法，包括以下各步骤：由冲击源产生冲击力敲击大型发电机定子线棒的主绝缘表面；采用声传感器接收主绝缘在冲击力作用下辐射的声波；对产生的声波进行采样；对采集到的信号进行保持，数字化后再进行处理显示；由于得到的声信号较难辨识，利用小波分析技术对该声信号进行处理，求取小波变换在尺度一下的模极大值，与设定好的阈值相比较，判断绝缘的老化状态。

参见图1，根据上述方法设计的基于小波变换的电机绝缘老化诊断装置，由冲击源和声检测仪组成。冲击源由直流线圈，腔体，冲击小球和声传感器组成；声信号检测电路，数据处理和显示部件以及与各部分相连的数控板和相应的控制软件所组成。声信号检测电路由脉冲放大器、采样脉冲源、采样保持电路和滤波器构成；数据处理和显示部件包括微型计算机、键盘、D/A、A/D接口板和显示器。

冲击源利用直流线圈通电时产生的电磁力来敲击大型发电机主绝缘表面。声传感器以空气耦合的方式接收主绝缘在冲击力作用下辐射的声信号，冲击源结构示意图如图2所示；该结构中的各部分说明如下：

101是直流线圈，通电后可以产生电磁吸力，使得冲击小球103敲击绝缘表面。由于流过直流线圈的电流可调，所产生的电磁吸力随该电流的改变而改变，因而冲击小球敲击绝缘表面时所产生的冲击力也可以调节。

102是腔体，用于屏蔽外界噪音。

103是冲击小球，用于敲击绝缘表面，该小球在敲击前的高度可以上下垂直调节。

104是声传感器，用于接收主绝缘辐射的声波，该声传感器的高度也可以上下垂直调节。

声检测仪包括了信号检测电路、数据处理和显示部件以及与各部分相连的数控板和相应的控制软件。该检测仪实现了对冲击源的控制、声信号的采集以及模数转换，并对采集到的声信号进行数据处理和分析，将检测结果直接显示于屏幕上。

该控制软件的流程如图3所示。

本***采用小波分析技术对接收到的声信号进行数据处理。小波分析法是一种新的时频分析方法，从频域上看，用不同尺度作小波变换就相当于用一组带通滤波器对信号进行处理。本方法利用声信号的小波变换在尺度1下的模极大值作为表征大型发电机主绝缘老化的特征参量，依据该参量值来检测主绝缘的老化状态。针对不同的应用需求，存在多种小波变换形式。本发明采用离散二进小波变换。对接收到的声信号进行小波变换，求取其在尺度1下的模极大值，通过该模极大值确定大型发电机主绝缘的老化状态。本发明的工作模式简单，显示、存储、处理、分析功能强，可方便地应用于现场检测。

Claims (3)

1.一种检测大型发电机主绝缘老化状态的基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法，其特征在于，包括以下各步骤：

1)由冲击源产生冲击力敲击大型发电机定子线棒的主绝缘表面；

2)采用声传感器接收主绝缘在冲击力作用下辐射的声波；

3)对产生的声波进行采样；对采集到的信号进行保持，数字化后再进行处理显示；

4)将得到的声信号利用小波分析技术对该声信号进行处理，求取小波变换在尺度一下的模极大值，与设定好的阈值相比较，判断绝缘的老化状态。

2.如权利要求1所述的基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法，其特征在于，所述小波变换是采用离散二进小波变换；其定义如下：

若函数ψ∈L²(IR)满足容许性条件 $C_{\mathrm{\&psi;}}={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\frac{{\left|\mathrm{\&psi;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\right|}^2}{\left|\mathrm{\&omega;}\right|}\mathrm{d\&omega;}<\&infin;------\left(1\right)$ 则称ψ为小波母函数。容许性条件又等价于 ${\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\mathrm{\&psi;}\left(t\right)\mathrm{dt}=0-------\left(2\right)$

将尺度因子记作a，则ψ_a(t)＝(1/a)ψ(t/a)称作小波基。小波变换就是将信号f(x)与小波基做卷积，

  W_ψf(a，t)＝f*ψ_a(t)                   (3)若将尺度因子按二进格点离散化，记作a＝2^j，则有离散二进小波变换 $W_{\mathrm{\&psi;}}f(2^j,t)=f*{\mathrm{\&psi;}}_2^j\left(t\right)------\left(4\right)$

根据式(4)，求取尺度因子j＝0，尺度a＝1下声信号的小波变换，即可算出小波变换的模极大值。

3.实现权利要求1所述的基于小波变换的电机绝缘老化方法的诊断装置，其特征在于，该装置包括一冲击源【1】和—声检测仪【2】构成，冲击源【1】由直流线圈【101】，腔体【102】，冲击小球【103】和声传感器【104】组成；

声检测仪【2】包括声信号检测电路，声信号检测电路由脉冲放大器、采样脉冲源、采样保持电路和滤波器构成；数据处理和显示部件，数据处理和显示部件包括微型计算机、键盘、D/A、A/D接口板和显示器；以及与各部分相连的数控板和相应的控制软件所组成。

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