專利名稱：基于小波變換的電機(jī)絕緣老化診斷方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)無損檢測，特別涉及一種基于小波變換的電機(jī)絕緣老化診斷方法及其裝置。
絕緣結(jié)構(gòu)的電氣試驗(yàn)是傳統(tǒng)的絕緣老化狀態(tài)診斷方法，其基本原理是通過施加電壓，測量絕緣結(jié)構(gòu)的電參量來診斷主絕緣的老化狀態(tài)。主要包括以下幾種試驗(yàn)項(xiàng)目絕緣電阻和極化指數(shù)的測定、介質(zhì)損耗角正切tgδ及其增量Δtgδ的測定以及局部放電測量。
電氣試驗(yàn)方法中的每一種試驗(yàn)項(xiàng)目只能考查主絕緣的某一種性能，因而往往要經(jīng)過好幾種試驗(yàn)才能確定絕緣的老化狀態(tài)，而且有些試驗(yàn)設(shè)備比較復(fù)雜、笨重，現(xiàn)場試驗(yàn)都很不方便。由于現(xiàn)場電磁干擾很大，電氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易受電磁干擾的影響。
由于定子線棒絕緣可以看成是一個(gè)聲諧振子，存在多個(gè)諧振模式，當(dāng)大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化后，絕緣材質(zhì)的變化以及內(nèi)部出現(xiàn)的缺陷會(huì)對(duì)其各個(gè)模式產(chǎn)生擾動(dòng)，使諧振頻率等聲學(xué)特征發(fā)生變化，因此敲擊絕緣時(shí)產(chǎn)生的聲信號(hào)就能夠有效地反應(yīng)大電機(jī)主絕緣在老化過程中材料和結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，從而可以達(dá)到檢測大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)的目的。
基于以上原理，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案是，一種檢測大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)的基于小波變換的電機(jī)絕緣老化診斷方法，包括以下各步驟1)由沖擊源產(chǎn)生沖擊力敲擊大型發(fā)電機(jī)定子線棒的主絕緣表面；2)采用聲傳感器接收主絕緣在沖擊力作用下輻射的聲波；3)對(duì)產(chǎn)生的聲波進(jìn)行采樣；對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行保持，數(shù)字化后再進(jìn)行處理顯示；4)將得到的聲信號(hào)利用小波分析技術(shù)對(duì)該聲信號(hào)進(jìn)行處理，求取小波變換在尺度一下的模極大值，與設(shè)定好的閾值相比較，判斷絕緣的老化狀態(tài)。
所述小波變換是采用離散二進(jìn)小波變換；其定義如下若函數(shù)ψ∈L2(IR)滿足容許性條件Cψ=∫-∞∞|ψ(ω)|2|ω|dω<∞------(1)]]>則稱ψ為小波母函數(shù)。容許性條件又等價(jià)于∫-∞∞ψ(t)dt=0-------(2)]]>將尺度因子記作a，則ψa(t)＝(1/a)ψ(t/a)稱作小波基。小波變換就是將信號(hào)f(x)與小波基做卷積，Wψf(a，t)＝f*ψa(t) (3)若將尺度因子按二進(jìn)格點(diǎn)離散化，記作a＝2j，則有離散二進(jìn)小波變換Wψf(2j,t)=f*ψ2j(t)------(4)]]>根據(jù)式(4)，求取尺度因子j＝0，尺度a＝1下聲信號(hào)的小波變換，即可算出小波變換的模極大值。
實(shí)現(xiàn)上述基于小波變換的電機(jī)絕緣老化方法的診斷裝置，包括一沖擊源1和—聲檢測儀2構(gòu)成，沖擊源1由直流線圈101，腔體102，沖擊小球103和聲傳感器104組成；聲檢測儀2包括聲信號(hào)檢測電路，聲信號(hào)檢測電路由脈沖放大器、采樣脈沖源、采樣保持電路和濾波器構(gòu)成；數(shù)據(jù)處理和顯示部件，數(shù)據(jù)處理和顯示部件包括微型計(jì)算機(jī)、鍵盤、D/A、A/D接口板和顯示器；以及與各部分相連的數(shù)控板和相應(yīng)的控制軟件所組成。
本發(fā)明應(yīng)用于大型發(fā)電機(jī)主絕緣的老化狀態(tài)檢測，可以避免現(xiàn)場測試中的電磁干擾，從絕緣老化過程中材料和結(jié)構(gòu)的改變這個(gè)角度進(jìn)行檢測，為大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)的診斷提供更為豐富的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，操作簡便，軟件界面友好，不僅可以在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)大型發(fā)電機(jī)主絕緣的老化狀態(tài)進(jìn)行診斷，也可以在各個(gè)電廠中應(yīng)用，現(xiàn)場診斷大型發(fā)電機(jī)主絕緣的老化狀態(tài)。
四

圖1是本發(fā)明的大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)聲檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的沖擊源結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的控制軟件流程圖。
本發(fā)明的檢測大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)的聲檢測方法，包括以下各步驟由沖擊源產(chǎn)生沖擊力敲擊大型發(fā)電機(jī)定子線棒的主絕緣表面；采用聲傳感器接收主絕緣在沖擊力作用下輻射的聲波；對(duì)產(chǎn)生的聲波進(jìn)行采樣；對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行保持，數(shù)字化后再進(jìn)行處理顯示；由于得到的聲信號(hào)較難辨識(shí)，利用小波分析技術(shù)對(duì)該聲信號(hào)進(jìn)行處理，求取小波變換在尺度一下的模極大值，與設(shè)定好的閾值相比較，判斷絕緣的老化狀態(tài)。
參見圖1，根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)的基于小波變換的電機(jī)絕緣老化診斷裝置，由沖擊源和聲檢測儀組成。沖擊源由直流線圈，腔體，沖擊小球和聲傳感器組成；聲信號(hào)檢測電路，數(shù)據(jù)處理和顯示部件以及與各部分相連的數(shù)控板和相應(yīng)的控制軟件所組成。聲信號(hào)檢測電路由脈沖放大器、采樣脈沖源、采樣保持電路和濾波器構(gòu)成；數(shù)據(jù)處理和顯示部件包括微型計(jì)算機(jī)、鍵盤、D/A、A/D接口板和顯示器。
沖擊源利用直流線圈通電時(shí)產(chǎn)生的電磁力來敲擊大型發(fā)電機(jī)主絕緣表面。聲傳感器以空氣耦合的方式接收主絕緣在沖擊力作用下輻射的聲信號(hào)，沖擊源結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示；該結(jié)構(gòu)中的各部分說明如下101是直流線圈，通電后可以產(chǎn)生電磁吸力，使得沖擊小球103敲擊絕緣表面。由于流過直流線圈的電流可調(diào)，所產(chǎn)生的電磁吸力隨該電流的改變而改變，因而沖擊小球敲擊絕緣表面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊力也可以調(diào)節(jié)。
102是腔體，用于屏蔽外界噪音。
103是沖擊小球，用于敲擊絕緣表面，該小球在敲擊前的高度可以上下垂直調(diào)節(jié)。
104是聲傳感器，用于接收主絕緣輻射的聲波，該聲傳感器的高度也可以上下垂直調(diào)節(jié)。
聲檢測儀包括了信號(hào)檢測電路、數(shù)據(jù)處理和顯示部件以及與各部分相連的數(shù)控板和相應(yīng)的控制軟件。該檢測儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)沖擊源的控制、聲信號(hào)的采集以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)采集到的聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，將檢測結(jié)果直接顯示于屏幕上。
該控制軟件的流程如圖3所示。
本系統(tǒng)采用小波分析技術(shù)對(duì)接收到的聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。小波分析法是一種新的時(shí)頻分析方法，從頻域上看，用不同尺度作小波變換就相當(dāng)于用一組帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。本方法利用聲信號(hào)的小波變換在尺度1下的模極大值作為表征大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化的特征參量，依據(jù)該參量值來檢測主絕緣的老化狀態(tài)。針對(duì)不同的應(yīng)用需求，存在多種小波變換形式。本發(fā)明采用離散二進(jìn)小波變換。對(duì)接收到的聲信號(hào)進(jìn)行小波變換，求取其在尺度1下的模極大值，通過該模極大值確定大型發(fā)電機(jī)主絕緣的老化狀態(tài)。本發(fā)明的工作模式簡單，顯示、存儲(chǔ)、處理、分析功能強(qiáng)，可方便地應(yīng)用于現(xiàn)場檢測。
權(quán)利要求
1.一種檢測大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)的基于小波變換的電機(jī)絕緣老化診斷方法，其特征在于，包括以下各步驟1)由沖擊源產(chǎn)生沖擊力敲擊大型發(fā)電機(jī)定子線棒的主絕緣表面；2)采用聲傳感器接收主絕緣在沖擊力作用下輻射的聲波；3)對(duì)產(chǎn)生的聲波進(jìn)行采樣；對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行保持，數(shù)字化后再進(jìn)行處理顯示；4)將得到的聲信號(hào)利用小波分析技術(shù)對(duì)該聲信號(hào)進(jìn)行處理，求取小波變換在尺度一下的模極大值，與設(shè)定好的閾值相比較，判斷絕緣的老化狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于小波變換的電機(jī)絕緣老化診斷方法，其特征在于，所述小波變換是采用離散二進(jìn)小波變換；其定義如下若函數(shù)ψ∈L2(IR)滿足容許性條件Cψ=∫-∞∞|ψ(ω)|2|ω|dω<∞------(1)]]>則稱ψ為小波母函數(shù)。容許性條件又等價(jià)于∫-∞∞ψ(t)dt=0-------(2)]]>將尺度因子記作a，則ψa(t)＝(1/a)ψ(t/a)稱作小波基。小波變換就是將信號(hào)f(x)與小波基做卷積，Wψf(a，t)＝f*ψa(t) (3)若將尺度因子按二進(jìn)格點(diǎn)離散化，記作a＝2j，則有離散二進(jìn)小波變換Wψf(2j,t)=f*ψ2j(t)------(4)]]>根據(jù)式(4)，求取尺度因子j＝0，尺度a＝1下聲信號(hào)的小波變換，即可算出小波變換的模極大值。
3.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的基于小波變換的電機(jī)絕緣老化方法的診斷裝置，其特征在于，該裝置包括一沖擊源1和—聲檢測儀2構(gòu)成，沖擊源1由直流線圈101，腔體102，沖擊小球103和聲傳感器104組成；聲檢測儀2包括聲信號(hào)檢測電路，聲信號(hào)檢測電路由脈沖放大器、采樣脈沖源、采樣保持電路和濾波器構(gòu)成；數(shù)據(jù)處理和顯示部件，數(shù)據(jù)處理和顯示部件包括微型計(jì)算機(jī)、鍵盤、D/A、A/D接口板和顯示器；以及與各部分相連的數(shù)控板和相應(yīng)的控制軟件所組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于小波變換的電機(jī)絕緣老化診斷方法及裝置，涉及大型發(fā)電機(jī)主絕緣老化狀態(tài)無損檢測。本發(fā)明利用沖擊源敲擊大型發(fā)電機(jī)定子線棒的主絕緣表面，由聲傳感器接收所輻射的聲波。對(duì)接收到的聲信號(hào)進(jìn)行小波變換，求取其在尺度1下的模極大值，通過該模極大值確定大型發(fā)電機(jī)主絕緣的老化狀態(tài)。其裝置包括沖擊源、信號(hào)檢測電路、聲傳感器、數(shù)據(jù)處理顯示部件以及與各部分相連的數(shù)控板和相應(yīng)控制軟件。本發(fā)明的工作模式簡單，顯示、存儲(chǔ)、處理、分析功能強(qiáng)，可方便地應(yīng)用于現(xiàn)場檢測。
文檔編號(hào)G01R31/34GK1402015SQ0213942
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者謝恒堃, 馬小芹, 項(xiàng)添春 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)