用于监控发电机的绕组头振动的方法和设备的制作方法
【专利摘要】一种用于监控发电机（2）的绕组头振动的方法，其包括下述步骤：-检测绕组头（15）在发电机运行期间的振动；-将振动的信号变换到频域；-将多个单独振动从频率信号变换到模态范围；和-确定模态形式和/或单独杆振动相对于基准响应的偏差。
【专利说明】用于监控发电机的绕组头振动的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及用于监控发电机、尤其是电厂发电机的绕组头振动的一种方法和一种设备。
【背景技术】
[0002]电厂发电机的绕组头在运行时和在电气干扰期间受激励而振动。过大的振动会导致绕组头受损，结果直至导致发电机损毁。
[0003]至今为止，以费事执行的所谓冲击试验的形式确定发电机的绕组头的状态。为此，必须停止要检查的发电机，排空冷却气体并且打开发电机。借助该方法可以良好地确定绕线头的固有频率和固有模态。然而不利的是，在运行中该频率由于运行温度移动并且状态评价只能经济地以较大的时间间隔进行。已经针对各个绕组头，在分散的位置上进行绕组头振动的连续记录，然而这缺乏用于分析的适当的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，改进对绕组头振动的监控。
[0005]该目的根据本发明借助权利要求1或11所述的特征来实现。本发明的有利的改进形式在从属权利要求中予以限定。
[0006]本发明根据第一方面涉及用于监控发电机的绕组头振动的方法，其包括下述步骤:
[0007]-检测绕组头在发电机运行期间的振动；
[0008]-将振动的信号变换到频域；
[0009]-将多个单独振动从频率信号变换到模态范围；和
[0010]-确定模态形式相对于基准响应的偏差。
[0011]可选地，能够附加地关于系统误差进行信号分析，以便实现传感器检查。
[0012]对在运行期间的振动能够实现进行针对绕组头制定的监控或诊断。借助于模态变换可将多个绕组头位置的振动信息相互结合并且重新定义针对绕组头制定的评定标准。模态变换允许对绕组头的振动响应进行快速、可靠和简单的分析。模态形式能够与所学习的与运行有关的基准响应相比较，所述基准响应例如可以经由经训练的神经网络、基于历史数据的数值回归或用于仿真振动响应的其他方法来描述。模态形式可以通过数学方法，如也经由黎曼和，根据最小方差法、多边形法、样条内插的拟合和/或贝塞耳函数等来确定。附加地，可以考虑发电机的绕组杆的或切换杆的单独杆振动。
[0013]可以检测发电机的运行参数如有功功率、无功功率和/或温度。主要运行参数如有功功率、无功功率和/或绕组头附近(例如冷却气体)的温度以测量技术来检测并且提供用于分析。测量数据可以在时间上高分辨并且被连续地记录。在确定或分析相对于基准响应的偏差时，现在考虑发电机的运行参数，以至于可与运行的状态无关地单独考虑偏差。
[0014]可以检验和/或存储振动的信号和/或运行参数。针对随时间的振动变化过程以及运行参数的信号可以就似然性进行检验并且规律地或连续地(例如现场的环形存储器)存储，用于以后的评估。除绝对的边界值之外，也可以考虑信号的时间上的导数。可以设计为，只在信号有效时才进行接下来的步骤:变换到频率空间。这提高该方法的可靠性和效率并且改进了模态变换的结果。
[0015]可以降低、检验和/或存储振动的测量信号和/或运行参数。也可以对频谱就其似然性进行检验。这首先通过观察两个转速谐波的一阶振动分量和全部剩余的频率分量之和来实现。在此，可以检查与运行参数的关联。有利地，不断地检查与运行参数的关联。通过对主要频率分量和其余值(其余的频率分量之和)进行后续观察实现数据减少。同样，经减少的数据组可以为进一步的评估而被存储并且经受传感器验证和/或信号验证。
[0016]可在多个测量面中执行到模态范围的变换。如果将模态变换应用到多个绕组头平面，那么可以以三维的方式分析振动响应，这改进了分析。
[0017]模态形式和/或其偏差可经受边界值观察，所述边界值观察必要时通过专家或专家系统输出用于评估的警告或警报。
[0018]模态形式可以经受趋势观测，所述趋势观测必要时通过专家或专家系统输出用于评估的警告或警报。趋势观测评估在模态形式的取向和数值上的跳变的或非�？斓谋浠约熬灾�。
[0019]可以将模态形式的特征值输送给计数器。为了观察递增的使用寿命消耗，将模态形式的特征值输送给一个或多个计数器(Counter )。所述计数器记录检测到的应变(主要由于运行干扰引起)并且由此实现关于绕组头老化的预测。因为瞬时的补偿过程由于网络中的干扰而快速地消退，为此振动数据可以被高度分辨并且被连续地分析。在检测到具有瞬时的补偿过程的干扰的情况下，可以持久存储来自环形存储器中的时间信号并且详细地进行分析。
[0020]为了确定由运行干扰(网络故障、短暂中断、缺乏同步等)引起的应变，可以进行连续的分析。在此，到频域中的变换例如可以基于达到320ms的短时间段。
[0021]可以在时域和在频域执行趋势观察、边界值观察和偏差观察。
[0022]基于模态形式、所存储的信号和/或所存储的频率信号可以对绕组头振动进行评估。因此，该方法超越纯粹监控或诊断并且可以给出例如关于绕组头的或发电机的改进的或最佳的运行参数或使用寿命方面的评估或建议。
[0023]本发明根据另一方面涉及一种用于监控发电机的绕组头振动的设备，其具有:至少一个振动传感器，用于检测绕组头的振动；和分析单元，用于分析传感器的信号，其中分析单元具有模态变换器，用于将信号的多个单独振动变换到模态范围，并且分析单元具有比较器，用于确定模态形式相对于基准响应的偏差。与针对方法所描述的相同的优点和修改方案是适用的。
[0024]传感器优选可以是光纤加速度感测器或振动感测器或者是压电传感器。所述传感器类型提供可靠的信号并且可以简单地安装。
[0025]传感器居中地设置在发电机的两个绕组杆或切换杆之间。替选地，传感器可以非居中地或直接地设置在杆上。
[0026]在绕组头附近可以设置有用于检测发电机的运行参数如有功功率、无功功率和/或温度的另外的传感器，并且另外的传感器与分析单元连接。这在考虑相应的运行状态的情况下实现综合的分析。
[0027]比较器可以具有选择装置，用于基于运行变量选择基准响应。因此，基准响应可以根据运行情况来选择，这改进了监控的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]下面根据附图详细地描述本发明，在附图中:
[0029]图1示出根据本发明的用于监控发电机的绕组头振动的设备的示意图。
[0030]图2示出根据本发明的用于监控发电机的绕组头振动的方法的流程图。
[0031]图3示出传感器在发电机的绕组头上的安置的示意图。
【具体实施方式】
[0032]附图仅用于阐述本发明而非限制本发明。附图和各个部件并不一定是符合比例的。相同的附图标记表示相同的或类似的部件。
[0033]图1示出用于监控发电机2的绕组头的振动的设备I。传感器3、例如如呈光纤加速度感测器或振动感测器或压电传感器形式的振动传感器或加速度传感器记录发电机2的绕组头的或绕组头的一部分的或位于绕组头附近的其他组成部分的振动，所述其他组成部分例如为绕组杆或切换杆。例如，可以在绕组头的环周之上以径向取向方式分布六个传感器3。
[0034]另外的传感机构或传感器4检测发电机的运行参数，例如有功功率、无功功率和/或绕组头附近的温度(例如冷却气体的温度)。
[0035]传感器3和4与设备I的分析单元5连接。首先，传感器3和4与信号验证装置6连接，在所述信号验证装置中对传感器3和4的全部的或所选择的信号就似然性进行检验。此外，在此对信号的噪声、边界值和恒定性进行检查。同样可以进行信号预处理，其中例如抑制噪声和/或调节信号电平。如果可以校正和/或输出故障通知或警告，那么舍弃非似然的信号。似然的或有效的信号被转发。
[0036]传感器3和4还与设备I的存储器7连接。这例如可以是环形存储器，所述环形存储器存储或暂存传感器3和4的原始数据。可以连续地或间隔地进行存储。必要时，在检测到具有瞬时的补偿过程的干扰的情况下，可以持久地存储来自环形存储器的时间信号并且对其详细地分析。
[0037]信号验证装置6与处理装置8连接，在所述处理装置中通过例如借助傅里叶变换来变换到频域以进一步处理有效的信号。通过后续地观察主要频率分量和其余值(其余频率分量之和)执行数据减少。经减少的数据同样为了进一步评估而存储在存储器7中并且输送给传感器和信号验证装置9。在此，也检验信号的有效性。如果可以校正和/或输出故障通知或警告，那么舍弃非似然的信号。将似然的或有效的信号转发给模态变换器10。来自处理装置8的未经处理的信号同样被输送给模态变换器10或者输送给后续的部件。
[0038]模态变换器10将有效信号的多个单独振动变换到模态范围。此外，在模态范围中可以根据固有值和/或固有频率对信号进行可靠的且有效力的分析。
[0039]模态范围中的信号以多种方式进行分析。信号被输送给比较器或偏差计算装置11，在所述比较器或偏差计算装置中(例如借助于神经网络)确定与运行参数有关的模态形式相对于基准响应的偏差。基准响应基于运行参数来选择或调整，以便因此在考虑运行状态的情况下实现准确的偏差。为此，比较器11可以包含选择装置，所述选择装置根据运行参数中的一个或多个信号选择相应的基准响应。附加的分析是趋势观测，所述趋势观测评估在模态形式的取向和数值上的跳变的或非�？斓谋浠�。
[0040]模态形式以及其偏差后续被输送给边界值观察装置12，在那里对信号和/或其偏差(从比较器11中获得)在其边界值方面进行检查。
[0041]此外，将模态形式输送给一个或多个计数器13，用于观察递增的使用寿命消耗。所述计数器记录检测到的应变(主要由于运行干扰引起)并且由此允许得出关于绕组头老化的预测。因为瞬时的补偿过程由于网络中的干扰而快速地消退，那么需要为此对振动数据高度分辨并且连续地进行分析。
[0042]边界值观察装置12、计数器13和存储器7与分析单元14连接，在所述分析单元中处理结果。分析单元14可以包含专家系统或者通过专家或专家系统输出对于评估的提示、警告和警报。这例如可以是对绕组头的剩余使用寿命、当前的振动、在危险运行情况下的警告或紧急断开的提示。
[0043]对模态范围中的信号的分析可以如所示出那样运行或者仅部分地或并行地运行。同样，计数器13可以设置在边界值观察装置12之后或者比较器11可以具有到分析单元14的直接的连接。
[0044]除发电机2和传感器3之外，分析单元5可以包括在图1中示出的全部元件。分析单元5至少包括处理装置8、模态变换器10和比较器11。
[0045]在图2中示出用于监控发电机2的绕组头振动的方法的流程图。
[0046]在第一步骤20中，检测绕组头在发电机2运行期间的振动。附加地，可以检测发电机的运行参数、如有功功率、无功功率和/或温度。在第二步骤21中，将振动的信号变换到频域。可选地，当检验和/或存储振动的信号和/或运行参数时，上述内容才可以进行。
[0047]在第三步骤22中，将频率信号的多个单独振动变换到模态范围。到模态范围的变换在当前的实施例中可以在达到三个的测量面中执行，这实现三维检查。可选地，当减少、检验和/或存储振动的频率信号和/或运行参数时，才可以进行变换。
[0048]在第四步骤23中，分析模态形式和/或单独杆振动，例如通过确定模态形式和/或单独杆振动相对于基准响应的偏差、通过观察模态形式的和/或单独杆振动的和/或其偏差的边界值、通过模态形式的和/或单独杆振动的趋势观测和/或通过将模态形式的和/或单独杆振动的特征值输送至计数器来进行分析。
[0049]在第五步骤24中，可以基于模态形式、所存储的信号和/或所存储的频率信号进行绕组头振动的评估。该评估或警报可以输出给专家或专家系统或者设有如紧急断开装置的直接的干预装置。
[0050]图3示意地示出发电机2的绕组头15的端侧的一部分。用于检测绕组头15的振动的传感器3在发电机2的两个切换杆16b之间居中地设置在绕组杆16a上。
[0051]绕组头15的该实施例示例地是关于具有六个在端侧连接部上且在径向方向上安置的形式为光纤振动感测器的传感器3的双极发电机的装备，其中传感器3在应用在切换侧上的情况下分别尽可能居中地在线圈组中位于两个切换杆16b之间并且安装在杆上。除振动之外，附加地时间上高度分辨运行参数:有功功率、无功功率和绕组头15附近的冷却气体温度，并且连续地记录。时间原始数据经受信号检查，以便检测测量链中的可能的干扰。例如，每个小时存储关于转子的十六个旋转周期的时间原始数据。接下来，有效信号经受傅里叶变换。经变换的数据被验证并且例如以分钟为节拍来存储。接下来，进行模态变换。模态形式与所学习的、运行相关的基准响应相比较，所述基准响应例如可以经由经训练的神经网络来描述。模态形式的和/或单独杆振动的绝对特征值以及所确定的偏差经受边界值观察，所述边界值观察输出警告和警报。超出边界值也通过计数器来检测和加合。由此提供关于绕组头15的老化状态的信息。
【权利要求】
1.一种用于监控发电机(2)的绕组头振动的方法，其包括下述步骤: -检测绕组头(15)在所述发电机运行期间的振动； -将振动的信号变换到频域； -将多个单独振动从频率信号变换到模态范围；和 -确定模态形式和/或单独杆振动相对于基准响应的偏差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述发电机(2)的运行参数、如有功功率、无功功率和/或温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中检验和/或存储所述振动的信号和/或所述运行参数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中减少、检验和/或存储所述振动的测量信号和/或所述运行参数。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在多个测量面中执行到模态范围和/或单独杆振动中的变换。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中对所述模态形式和/或单独杆振动和/或其偏差进行边界值观察。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中对所述模态形式和/或单独杆振动进行趋势观测。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中将所述模态形式和/或单独杆振动的特征值输送给计数器(13)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中基于所述模态形式和/或单独杆振动、所存储的信号和/或所存储的频率信号对所述绕组头振动进行评估。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在系统误差方面进行信号分析。
11.一种用于监控发电机(2)的绕组头振动的设备，具有: 至少一个振动传感器(3)，用于检测绕组头(15)的振动；和分析单元(5)，用于分析传感器(3)的信号， 其中所述分析单元(5)具有:模态变换器，用于将信号的多个单独振动变换到模态范围；和比较器(11)，用于确定模态形式和/或单独杆振动相对于基准响应的偏差。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述传感器(3)是光纤加速度感测器或振动感测器或者是压电传感器。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其中所述传感器(3)居中地设置在所述发电机(2)的两个绕组杆(16a)或切换杆(16b)之间。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其中在绕组头附近设置有用于检测所述发电机(2)的运行参数、如有功功率、无功功率和/或温度的另外的传感器(4)，并且所述另外的传感器(4)与所述分析单元(5)连接。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述比较器(11)具有选择装置，用于基于至少一个另外的传感器(4)的信号选择基准响应。
【文档编号】G01H1/00GK103733034SQ201280035930
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2011年7月20日
【发明者】克里斯蒂安·克赖舍, 蒂莫·维尔 申请人:西门子公司
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