CN1442683A - 大型发电机定子绕组端部振动在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型发电机定子绕组端部振动在线监测方法，利用了石英光纤的共振特性，在发电机定子绕组端部安装一个光纤共振探头，光纤共振探头中振动光纤的固定端引出连接外部光源，圆形光纤传像束连接外部CCD摄像头，振动光纤的固有频率与发电机的定子绕组端部固定频率一致，光源和CCD摄像头远离发电机强电磁场，CCD摄像头接收光纤传像束传出的光纤振动图像，并送计算机进行图像后期处理，得到关于发电机定子绕组端部振动的大小和方向，并在异常情况下报警，处理后的数据存储在计算机内。本发明简单易行，测量精确可靠，可提高发电机的保养能力和运营效率。
Description
技术领域：
本发明涉及一种大型发电机定子绕组端部振动在线监测方法，利用石英光纤的共振特性，采用光纤共振探头在线监测大型发电机定子绕组端部的振动情况，属于光电子测量技术类领域。
背景技术：
大型发电机由于其大工作量及连续运作的特性，使得发电机的内部定子很容易产生各种故障，由于内部的高电压(接近2万伏)以及强磁场，使得普通的检测技术难以应用。发电机厂只能在不知发电机内部情况的条件下，进行一些基本的维护工作，为了防止重大事故，国内一般三年左右就要进行停止运行检修。目前大型发电机如果停机检修，每停一小时损失30万千瓦能力(30万度电)，一度电以0.6元计，每天将损失432万元，2～3天即损失上千万元人民币。
因此寻求一种全新的探测技术显得尤为重要，这样可以使我们有机会在对发电机定子进行维修及替换前了解发电机中的损坏程度，并进行适当的调整。通过对探测系统获得的一段时间的数据进行编辑并与其他数据进行比较，可以更深入的估测发电机的运行状况，对于制定调整维修计划以提高电机的保养水平，从而做到有的放矢，提高发电机的运营效率有重要意义。
美国的产品“关于持续定量光纤测振仪振幅的方法”，美国专利号5146776。它采用两根独立的光纤轴心对准，在两光纤之间放置共振铜片，共振铜片与一光栅相连，外界振动引起共振铜片的共振，带动光栅振动，接收光纤将接收到周期性波动图像，即疏密间隔排列的波形图，通过分析周期及波峰、波谷的情况，可以得到外界振动振幅的大小。但该专利技术存在明显的缺陷，由于其使用的是光栅，其灵敏度不高。利用这种技术做成的发电机定子测振系统测不出10-5米级的振动，也得不到振动的方向，而且其接收设备过于复杂，使用不便，不利于计算机的分析记录。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种大型发电机定子绕组端部振动在线监测方法，简单易行，测量精确可靠，满足大型发电机在线检测的迫切需要。
为实现这样的目的，本发明利用了石英光纤的共振特性，在发电机定子绕组端部安装一个光纤共振探头，光纤共振探头的一端引出振动光纤连接外部光源，另一端为光纤传像束连接外部CCD摄像头，CCD摄像头将接收到的发电机定子绕组振动信息传送给计算机进行分析处理。
石英光纤具有弹性，当一端固定而另一端为自由端时，它的振动具有固定的频率，是悬臂梁结构。因此，对于不同的密度和长度的等截面光纤，就可以计算出其固有的振动频率。光纤在策动力的作用下会发生共振，振幅的大小与两者的频率有关，当策动频率与光纤基频相同时，振幅最大，光纤的振动方向跟策动力的振动方向一致。根据这一原理本发明设计了光纤共振探头，其振动光纤的固定端接输入的激光光源，在其自由端间隔一段距离放置光纤传像束，外面加共振探头保护套，将共振光纤和光纤传像束图像接收端固定在一起。
根据对发电机机组振动的模拟，正常状态下发电机定子绕组端部振动的振幅稳定，振动的频率在一个固定值。当发电机组出现异常时，发电机定子绕组端部的振动振幅会发生改变而频率不变。因此，利用本发明的检测方法是可行的。
当发电机组正常运转时，光纤跟发电机的定子产生谐振，由于发电机定子的振动方向是固定的，因此光纤的自由端就会产生一维振动，并具有一定的振幅。当光纤固定端输入光时，在光纤自由端传出的光就会形成一条稳定长度的直光线。当发电机的振幅变大时，自由端因振动产生的光线长度也就相应的变长。知道了发电机的临界振幅，就可以由光纤共振系统得到相应的光线的临界长度。
光纤自由端静止时，光纤中的光线经过聚焦成像在光纤传像束的中心，光纤传像束做成圆形。当振动光纤静止时，光点位于光纤传像束的圆心，这样不论光纤振动的方向如何，在光纤传像束接收端面上会形成一条经过圆心的对称直光线。这条直光线的长度和方向与发电机的振动是有关系的。当发电机稳定工作时，振幅不大，形成的直光线不会超过临界长度。当发电机振动变大时，光纤传像束端面上形成的光线就相应的变大。同时光线的方向反映了定子的振动方向。当发电机振动超过临界异常状态下的振幅时，光纤传像束端面上的光线长度就超过临界光线长度，由计算机控制的图像采集设备就会报警。这样，就可以对发电机定子绕组端部的振动情况进行实时监控。
本发明采用的光纤共振探头具有设计简单，成本低，灵敏度高的优点，不会受到强电磁场的干扰，非常适合测量发电机定子绕组端部的振动，而且可以测量定子绕组端部的振动方向。计算机控制可以实时检测发电机定子绕组端部的振动情况，通过长期的数据记录及数据对比，可以了解任何期间内发电机定子绕组端部的运行情况，从而解决了发电机固定检修所带来的经济损失，具有很大的市场应用前景。
附图说明：
图1为本发明进行发电机定子绕组端部振动状态在线监测示意图。
图2为光纤共振探头结构示意图。
图2中，1为振动光纤，2为共振探头保护套，3为光纤传像束，4为CCD摄像头。
图3为CCD摄像头采集到的光纤振动图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明利用光纤共振的方法对发电机定子绕组端部的振动状态进行在线监测的流程如图1所示。在发电机定子绕组端部安装一个光纤共振探头，光纤共振探头的结构及传输原理如图2所示。光纤共振探头中，振动光纤1的固定端引出连接外部光源，与振动光纤自由端间隔一段距离放置圆形光纤传像束3，共振探头保护套2将共振光纤1和光纤传像束3的图像接收端固定在一起。光纤传像束3连接外部CCD摄像头4，CCD摄像头将接收到的发电机定子绕组振动信息传送给计算机进行分析处理。
振动光纤1的固有频率为100Hz，与发电机的定子绕组端部频率为固定的100Hz一致。作为光源的激光器放置于远离发电机强电磁场的地方，激光器发出的光通过多模光纤传输后进入光纤共振探头，并由光纤传像束传出发电机内部。
在远离发电机内部强电磁场的外部设置CCD摄像头，接收光纤共振探头中光纤传像束传出的图像。
CCD摄像头接收的光纤振动图像如图3所示，送计算机进行图像后期处理，得到关于发电机定子绕组端部振动的大小和方向，并在异常情况下报警，处理后的数据存储在计算机内。
当发电机工作时，发电机的定子绕组端部振动，振动频率为固定的100Hz，共振探头内的振动光纤1已通过选取适当的长度使之固有频率为100Hz，因此共振探头内的石英光纤就发生共振，形成一条直的亮光线。光线的长短反映了发电机定子绕组端部振动的大小，方向反映了定子绕组端部的振动方向。这条包含发电机定子绕组端部振动信息的光线经过光纤传像束3传出发电机内部，
在远离发电机内部强电磁场的CCD摄像头4接收光纤振动图像并将图像送到计算机进行处理。计算机内装有图像采集卡，通过编写程序，对得到的光线的长度和方向进行处理，对光线的粗细则不进行考虑，这样就得到关于发电机定子绕组端部振动的大小和方向，在异常情况下计算机就可以报警。处理后的数据存储在计算机内。这样不但可以得到发电机定子的实时振动情况，而且，还可以对探测系统获得的一段时间的数据进行编辑并与其他数据进行比较，从而能更深入的估测发电机的运行状况，提高发电机的保养能力，从而做到有的放矢，提高发电机的运营效率。
在振动台100Hz的振动频率下，本发明可以测量1*10-5m的微振动；通过在30万千瓦发电机定子上的装机实验验证，本发明测出了发电机定子绕组端部振动的大小，而且得到了定子的振动方向。
Claims (1)
1、一种大型发电机定子绕组端部振动在线监测方法，其特征在于包括：在发电机定子绕组端部安装一个光纤共振探头，光纤共振探头中振动光纤(1)的固定端引出连接外部光源，圆形光纤传像束(3)连接外部CCD摄像头，振动光纤(1)的固有频率与发电机的定子绕组端部固定频率一致，光源和CCD摄像头远离发电机强电磁场，CCD摄像头接收光纤传像束(3)传出的光纤振动图像，并送计算机进行图像后期处理，得到关于发电机定子绕组端部振动的大小和方向，并在异常情况下报警，处理后的数据存储在计算机内。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |