專利名稱:發(fā)電機定子繞組的診斷系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明一般性地涉及到一種用于發(fā)電機的在線診斷系統(tǒng)，特別是氣體冷卻類的發(fā)電機。
現(xiàn)代發(fā)電設備，比如說那些由蒸汽渦輪機驅(qū)動的發(fā)電機，其定子繞組具有承載幾千安培電流的能力。由于定子繞組的電阻以及通風損耗，這種裝置會產(chǎn)生非常大量的熱，因此必須提供一個冷卻系統(tǒng)，以防止在正常運行時由于發(fā)熱可能導致的發(fā)電機過熱。
冷卻系統(tǒng)的一種型式，是利用發(fā)電機外殼中以及轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)中冷卻氣體(諸如氫氣)的流動將產(chǎn)生的熱量帶走。在一種典型設計中，由許多疊片組成的發(fā)電機定子鐵心，具有均勻分布的沿整個鐵心長度延伸的軸向槽。每槽的深度足以容納兩個上下布置的分別繞制的線圈元件邊(即線棒)，每個線圈元件邊被認為是“半匝”。冷卻氣體在線圈元件邊里面通過，所以定義為氣體內(nèi)冷型冷卻方式。
在一種氣體內(nèi)冷型設計中，在每半匝線圈中裝了兩組分開的矩形截面的通風管，以容納冷卻氣體，設置了許多溫度傳感器，以獲得由所選定的半匝線圈中的通風管出來的氣體的溫度讀數(shù)。一般來說，對于多相發(fā)電機，繞組每一相帶用一對溫度傳感器。
溫度傳感器的輸出被監(jiān)測;這樣，任何非正常的指示或讀數(shù)將表示傳感所監(jiān)測的那一相帶中的某一線圈或一些線圈可能存在的問題。將溫度讀數(shù)規(guī)格化而不是比較每一原始的溫度輸出，更為方便。這就是說，在發(fā)電機各種特定的負荷條件下，對每一傳感器輸出的讀數(shù)都建立一個校正系數(shù)。對于正常運行，每一傳感器的輸出信號將轉(zhuǎn)換成規(guī)格化的平均溫升(等于100%)的百分值(PAR)。如果PAR超過了某一限額，例如105%，即給操作人員發(fā)出一個報警信號，表示已經(jīng)超過了限額。
盡管這種裝置為操作人員提供了一個可能存在問題的指示，但并沒有詳細說明是什么問題，也不能考慮為可能是其中某一個溫度傳感器失效。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種有很大改進的診斷系統(tǒng)，用于上面敘述過的那種類型的發(fā)電機。在這種診斷系統(tǒng)中，對包括傳感器工作失常在內(nèi)的各種特定的狀態(tài)失常情況，都會向操作人員作出分類說明，這樣，使操作人員得以采取正確措施。
考慮到這一目的，本發(fā)明具備對發(fā)電機的繞組系統(tǒng)的狀態(tài)進行診斷的診斷裝置;發(fā)電機有許多內(nèi)部帶有第一和第二組通風管道的線棒，冷卻氣體就流經(jīng)這些通風管道。該診斷裝置包括對從選定的一些線棒中的第一和第二組通風管道中引出的冷卻氣體的溫度進行監(jiān)測的設備，并提供相應的第一和第二溫度指示信號。此診斷裝置的特征為由一臺診斷計算機將上述第一和第二溫度指示信號作為輸入而接收，此計算機又產(chǎn)生相應的第一和第二規(guī)格化的溫度指示信號，以確定上述規(guī)格化的溫度指示信號是否偏離正常范圍;該計算機還產(chǎn)生在上述范圍內(nèi)和范圍外的規(guī)格化的信號的預定的組合;這樣，診斷計算機就可根據(jù)上述的組合給出被監(jiān)測線棒之預計的可能發(fā)生的非正常狀態(tài)的指示，并向操作人員發(fā)出非正常狀態(tài)的信號指示。
參考附圖，并用實例對本發(fā)明的較佳實施方案進行說明如下，其中
圖1是一個發(fā)電機的簡化截面圖。
圖2是一個表示在發(fā)電機定子的一個槽中安排的兩個“半匝”線圈的截面圖。
圖3是一個視圖，表示兩個“半匝”線圈的端部電氣連接頭以及通風管和溫度檢測器。
圖4用來表示圖1的發(fā)電機的各相帶及溫度檢測器的布置。
圖5是一個表示發(fā)電機繞組電氣接線的圖。
圖6A和6B是表示溫度讀數(shù)的測取和將這些讀數(shù)傳送至診斷裝置的方框圖。
圖7和圖8是用來說明本發(fā)明可能采用的一種專家系統(tǒng)的結(jié)點圖。
圖9A和9B用來說明可以用在這種專家系統(tǒng)中的典型函數(shù)。
圖10是一個表示本發(fā)明工作的流程圖。
圖1中的發(fā)電機10包括一個轉(zhuǎn)子12，它由具有許多槽的定子14所包圍，定子的槽用以容納定子繞組或線圈。圖中簡單地示出一些線棒，特別是半匝線圈16;同時，每半匝線圈與裝在定子另外槽中的另外半匝線圈在電氣上相連。
如圖1所示，冷卻氣體(例如氫氣)在截面圖的左手端處進入與每個線棒16相聯(lián)系的通風管系統(tǒng)20。該冷卻氣體將運行中所產(chǎn)生的熱量帶走，并在截面圖右手端線棒16處，從通風管系統(tǒng)20出來，在此，由一個軸流空壓風扇裝置22壓入熱交換器24中。加熱了氣體再一次被冷卻并經(jīng)導管26送入到通風管系統(tǒng)的入口，導管26其中的一根如圖所示。雖然此圖未加標明，氫氣實際上也流經(jīng)轉(zhuǎn)子12和定子鐵心14中的通路。
本裝置除了采用許多溫度檢測器外，還包括了兩個另外的傳感器器一個射頻監(jiān)測器(RFM)30以及一個發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測器(GCM)32。電弧通常是與定子絕緣或?qū)Ь€故障有關的一種癥候，它可以使發(fā)電機造成極嚴重的損壞。作為上述故障的后果，在金屬表面間可能出現(xiàn)小的間隙，這就是發(fā)生電弧的根源。通過RFM30可以檢測到由電弧發(fā)出的射頻信號，RFM30的輸出信號可用來作為診斷過程中的一個輸入量。這種傳感器正如GCM32，已是商品化產(chǎn)品，它包含一個離子室，用以檢測發(fā)電機的冷卻氫氣中由于發(fā)熱產(chǎn)生的顆粒物，由氣體導管35將冷卻氫氣送到GCM，并從氣體導管36返回到發(fā)電機。發(fā)電機內(nèi)的任何有機材料，如絕緣，熱到一定程度時就開始熱分解，此時就會有高密度的微小顆粒產(chǎn)生。從GCM發(fā)出的表示出現(xiàn)上述情況的信號，也可以在診斷系統(tǒng)中用作為一個輸入信號。
圖2示出兩個線棒，即定子鐵心14的槽42中下層線棒40和上層線棒41。每個線棒由許多彼此絕緣的導電體44組成，這些導電體也叫作匝線。每個線棒的匝線還要包上各自的絕緣層48和49，絕緣層48和49用適形墊50分開，各繞組借助槽楔54和波紋彈簧板55在槽內(nèi)固定。
匝線44置于通風管組的兩側(cè)，通風管組引導氫氣流動冷卻線棒。下層線棒40包括兩個通風管組60和61，每個管組由許多矩形截面的通風管子62組成。同樣，上層線棒41也包括通風管組64和65，它們也是由許多矩形截面通風管子62組成。
圖3示出兩個線棒以半匝線圈70和71形式位于定子的氫氣排出端的情況。線棒70的匝線被引入各自的導線組74并借助于釬焊并頭套76與線棒71的導體組75在電氣上連接。
在先有技術裝置以及本發(fā)明中，僅對每相帶的一個線棒的出氫進行監(jiān)測。如圖3所示，實現(xiàn)的辦法是將右邊通風管組82r的一個矩形截面通風管子80r的端頭封住，并經(jīng)過開口83r將氣流轉(zhuǎn)引入第一室84r，然后借助氣管或撓性導管86r引入第二室85r。
溫度傳感器90r置于小室85r中，90r可以是電阻-溫度監(jiān)測器(RTD)。一種熟知的監(jiān)測器，其電阻值的變化正好是通過它的冷卻氣體的溫度的函數(shù)。從第二室85r出來的氣體，又進入發(fā)電機的內(nèi)部環(huán)境使其冷卻并重復循環(huán)。
左邊的通風管組裝有同樣的設備，部件的參考編號與右邊的那些部件編號相同，然而帶有字母符號l。
圖4是一個從線棒(圖中以小方塊表示)的端部看去的一臺三相發(fā)電機的定子繞組的簡化圖。對于三相發(fā)電機，有六個相帶φA、φA′;φB、φB′;和φC、φC′。RTD1和2監(jiān)測相帶φA中的一個線棒，RTD3和4監(jiān)測相帶φB中的一個線棒，RTD5和6監(jiān)測相帶φC，RTD7和8監(jiān)測相帶φA′，RTD9和10監(jiān)測相帶φB′，RTD11和12監(jiān)測相帶φC′。有六個相帶的典型發(fā)電機繞組的等值電路圖如圖5所示。在圖5中，六個相帶中的每一個都具有12個獨立的繞組，這里所說的每個繞組由半匝線圈所組成。
圖6A和6B示出把RTD數(shù)據(jù)提供給一臺診斷計算機，從而可以檢測出早期狀態(tài)失常的兩個方法。在圖6A中，和圖3一樣，RTD1至12是在發(fā)電機內(nèi)部，導線從這些檢測器引出并與一個接線盒100相接。各個接線端子被連接到一個掃描和轉(zhuǎn)換電路102，該電路周期地對每個電阻進行掃描，并將它轉(zhuǎn)換成相應的溫度指示T1至T12。將這些溫度指示輸出至一個就地數(shù)據(jù)中心104，數(shù)據(jù)中心不僅周期地匯集溫度指示，而且匯集來自發(fā)電廠其他傳感器的輸入信號，包括RFM和GCM的輸出信號。在這一點上，RTD可以被看作一個溫度傳感器的檢測部分，該檢測部分應該包括掃描和轉(zhuǎn)換電路102中的一部分電子線路。
圖6A的實施方案中，數(shù)據(jù)中心104運行中周期性地將匯集的信息傳送到遠方站，遠方站中裝有一臺進行所需診斷工作的診斷計算機106;該機將有關可能的非正常狀態(tài)預兆信息提供給顯示裝置108;顯示可以是單一或多重組合的，包括數(shù)字顯示，如信息打印，還包括彩色圖表、對話式彩色圖表等。
圖6B與圖6A類似，只是診斷計算機106與其監(jiān)測的發(fā)電機處于同一發(fā)電廠中。
在較佳實施方案中所采用的故障診斷計算機106，通過執(zhí)行一個專家系統(tǒng)計算機程序來控制故障診斷過程，該程序應用知識的模擬和推理過程作出通常由有經(jīng)驗的專家才能確定的結(jié)論。知識模擬的一種通用的形式是以IF…THEN規(guī)則的形式表示的;在實施本發(fā)明時可能采用的一個這樣的系統(tǒng)是PDS(過程診斷系統(tǒng))，在1983年8月8日-12日舉行的第八屆國際人工智能聯(lián)合會的科研報告集中描述了這種系統(tǒng)，見158-163頁。在該系統(tǒng)中(同樣在其它專家系統(tǒng)中)，基本上對于每個規(guī)則都有一個前提或根據(jù)(IF部分)，也有一個推論或假說(THEN部分)，它可以作為其它規(guī)則的根據(jù)。如圖7所畫出的，根據(jù)120通過規(guī)則124連至合乎邏輯的假說122，根據(jù)和假說組成了系統(tǒng)的結(jié)點。數(shù)字126表示結(jié)點120的一個支持規(guī)則;就是說，對該規(guī)則來講，結(jié)點120是一個假說。規(guī)則124是一個受結(jié)點120支持的規(guī)則，也就是說，對該規(guī)則來講，結(jié)點120是一個根據(jù)。同樣，規(guī)則124對結(jié)點122來說也是一個支持規(guī)則。在系統(tǒng)中，舉例來說，結(jié)點可以采取根據(jù)、假說、故障、傳感器和存儲結(jié)點等形式，存儲結(jié)點能夠貯存從其它結(jié)點輸入的數(shù)值，并能對這些值執(zhí)行某些預定的數(shù)字運算。在附圖中，假說(或根據(jù))結(jié)點是八角形的;非正常狀態(tài)出現(xiàn)在故障結(jié)點中，以矩形表示;傳感器結(jié)點是圓形的，而存儲結(jié)點是梯形的。
與每個結(jié)點相關連的是一個可靠性測度MB，即表明該結(jié)點(假說)是真實的;還有一個誤差測度MD，表明了該假說不真實的概率。這兩個因數(shù)的取值范圍是從0到1，二者之差MB-MD產(chǎn)生了一個確定系數(shù)或置信系數(shù)CF，其值在-1到+1之間變化，正數(shù)代表該假說真實的置信度，負數(shù)代表該假說不真實的置信度;在0附近的數(shù)值表示不確定性。
在有關診斷的領域中，專家(或?qū)＜覀?建立起各種各樣的規(guī)則和關系，將它們貯存在計算機的存儲器里并用于診斷過程。這里也利用了專家對規(guī)則的充分性的相信程度。這個相信程度反映出專家對于根據(jù)的存在是怎樣對假說進行證實所作出的判斷;對此給出一個數(shù)值表示，稱之為充分性系數(shù)SF，其值在-1到+1之間變化。SF的正值表示根據(jù)的存在意味著假說是真實的;SF的負值表示根據(jù)的存在意味著假說是不真實的。
PDS另外還利用了專家對規(guī)則的必要性的相信程度，它說明根據(jù)的存在在多大程度上對于假說的真實性是必要的。對于這個必要性也給出一個數(shù)值表示，稱之為必要性系數(shù)NF，其值在-1到+1之間變化。NF的正值表明根據(jù)的缺乏意味著假說是不真實的;NF的負值表明根據(jù)的缺乏意味著假說是真實的。
圖8示出了另一種常用的方案。圖中有多個規(guī)則128至130，它們把根據(jù)結(jié)點132至135與一個故障結(jié)點138相連。環(huán)節(jié)140表示根據(jù)的組合方式a)邏輯和的方式，也就是說，以根據(jù)134“或”135存在的方式組合;或b)邏輯乘的方式，也就是說，以根據(jù)134“與”135存在的方式進行組合。
置信度通向在被診斷的系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的一個合乎邏輯的故障，它以重復循環(huán)的方式從根據(jù)到假說進行傳送。在循環(huán)開始時，將每個結(jié)點的CF、MB和MD值置零(只有傳感器結(jié)點例外，該結(jié)點的MB和相應的CF值假定為+1)。
如果根據(jù)的CF為正值，則利用規(guī)則的充分性來傳送置信度;如果根據(jù)的CF為負值，則利用規(guī)則的必要性傳送置信度;如果CF為零，什么事情也不做。
基本上說，若根據(jù)的CF為正而且SF為正、則假說的MB就增大;若SF為負，則假設的MD就會增大。
相反地，若根據(jù)的CF為負，而NF為正，則假說的MD會增大;若NF為負，假說的MB將會增大。舉例來說，對于圖7所示的單一規(guī)則的情形，如果MB和MD是該規(guī)則的假說的可靠性和誤差，CF是對該規(guī)則的根據(jù)的置信度，SF和NF是該規(guī)則的充分性和必要性，則有
若CF＞0并且SF＞0MB＝CF×SF (1)MD不變?nèi)鬋F＞0并且SF＜0MD＝CF×(-SF) (2)MB不變?nèi)鬋F＜0并且NF＞0MD＝(-CF)×NF (3)MB不變?nèi)鬋F＜0并且NF＜0MB＝CF×NF (4)MD不變對于圖8所示的多規(guī)則情形，順序檢查每個規(guī)則，并按照下列方法對每個規(guī)則進行計算，就可得出最后的數(shù)值。下列各式中，MB舊和MD舊是每次計算前該規(guī)則的假說(故障)的可靠性和誤差;CF是該規(guī)則的根據(jù)的置信度;SF和NF是該規(guī)則的充分性和必要性;而MB新和MD新是每次計算后該規(guī)則的假設(故障)的可靠性和誤差
若CF＞0并且SF＞0MB新＝MB舊+(1-MB舊)×CF×SF (5)MD新＝MD舊若CF＞0并且SF＜0MD新＝MD舊+(1-MD舊)×CF×(-SF) (6)MB新＝MB舊若CF＜0并且NF＞0MD新＝MD舊+(1-MD舊)×(-CF)×NF (7)MB新＝MB舊若CF＜0并且NF＜0MB新＝MB舊+(1-MB舊)×CF×NF (8)MD新＝MD舊對于一個邏輯和的結(jié)點(“或”功能)，可能會利用所有的根據(jù)中提高的置信系數(shù)，即CF可以從MB的最大值中減去MD的最小值來得到。如果該邏輯結(jié)點是邏輯乘的結(jié)點(“與”功能)，可能會利用所有置信系數(shù)中的最小值，即從MB的最小值中減去MD的最大值來求得CF。另一種可選擇的方法是，對“或”功能和“與”功能采用加權(quán)平均值。
“與”功能和“或”功能實際上并不是數(shù)字式的(1或0)，這里所采用的邏輯被稱為模糊邏輯。相應地，正如這里采用的，模糊邏輯“與”和“或”功能分別標示為FAND和FOR;而加權(quán)的“與”和“或”功能則分別標示為WAND和WOR。
這樣，利用上面適用的公式，對于一個假說，就可計算出其可靠性和/或誤差的測度。根據(jù)這些數(shù)值，按照關系式CF＝MB-MD就可算出假說的置信系數(shù)。
一個規(guī)則的充分性(SF)或必要性(NF)在很多場合下可以表示為一個常數(shù)。在其它場合下，充分性和/或必要性可以表示為某種另外的函數(shù)，通過對一個特定的變量評價其功能，該函數(shù)將生成一個固定數(shù)值的充分性或必要性系數(shù)?？赡懿捎玫囊环N通用的函數(shù)是分段線性化函數(shù)，圖9A和9B示出了這種函數(shù)的兩個例子。圖中Y軸表示SF(或NF)在垂直標度上從-1到+1變化的范圍。X軸水平標度表示某一變量的值，例如表示某一傳感器讀數(shù)或某個數(shù)學運算的結(jié)果。在圖9A中，如果變量的值在0和a之間變化，或大于f，它產(chǎn)生的SF值為-1;如果變量值在c和d之間變動，SF值將為+1。在a和c或者d和f之間變動的變量值所對應的SF值將在-1和+1之間變化。
圖9B代表一個分段線性化函數(shù)，圖中任何大于b的變量產(chǎn)生的SF值為+1;任何小于-b的變量所產(chǎn)生的SF值為-1;而在-b和+b之間的變量值所對應的SF值在-1和+1之間變化。
另一種有用的規(guī)則是一個讀數(shù)變換規(guī)則。當執(zhí)行該規(guī)則時，對于在該規(guī)則的根據(jù)結(jié)點上的值應用一個變換函數(shù)。如果該根據(jù)結(jié)點是一個傳感器，這個值就是傳感器讀數(shù);如果需要的話，可通過變換執(zhí)行適當?shù)膿Q算、定標，等等。
圖10是一個結(jié)點圖或流程圖，它表明了本發(fā)明為得到各種發(fā)電機的不正常狀態(tài)而采用的診斷過程，該過程基于RTD的讀數(shù)，并按照前面敘述的專家系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖示的過程應用于兩個RTD傳感器，即任一相帶的一個右傳感器(r)和一個左傳感器(l)。不言而喻，圖10的診斷過程將對各相帶的所有成對的傳感器重復進行。這個方案可能代表一個更廣泛的發(fā)電機故障診斷系統(tǒng)的一個子系統(tǒng);該故障診斷系統(tǒng)將檢查發(fā)電機的各個部件，而不僅僅是繞組。雖然圖中只示出了每相帶的一對傳感器，但對于所選擇的其它線棒或全部線棒均可各裝設一對傳感器。
如上所述，PAR值是一個規(guī)格化的值，通常按以下步驟求得對原始的溫度讀數(shù)增加一個修正系數(shù)(用來補償探測器之間的細微差別)，除以所有探測器的平均溫度，再乘以100。因此，對于某一特定的負荷水平，如果一個補償后的溫度讀數(shù)等于平均溫度，則該PAR值將是100%，而不是一個溫度值。示例中采用的是PAR值，如果需要的話，也可以使用其它有代表性的溫度值。
傳感器結(jié)點150和152對圖10的特定子系統(tǒng)來講，是診斷的第一級;它們接收各自的規(guī)格化的PAR值(與圖3所示的右傳感器和左傳感器有關)，并經(jīng)過計算，例如通過診斷計算機106或其它手段(圖6A或6B)進行。傳感器結(jié)點150對規(guī)則154提供支持，利用一個預定函數(shù)將PAR-r值變換為一個置信系統(tǒng)，其值高于正常范圍，如結(jié)點156所示。該PAR-r值也要由規(guī)則158檢驗，將它變換為一個置信系數(shù)，其值實際上低于正常范圍，如結(jié)點160所示。
對結(jié)點152的PAR-l讀數(shù)執(zhí)行同樣的過程，通過規(guī)則162和164確定置信系數(shù)的高或低，如各自的結(jié)點166和168所示。
正常時，在沒有任何傳感器異常的情況下，對于一個高值PAR-r讀數(shù)的置信度將傳送到一個有效的高結(jié)點172，而不被規(guī)則170所改變;對于一個低值PAR-r讀數(shù)的置信度將傳送到一個有效的低結(jié)點176，而不被規(guī)則174所改變。然而，在RTD出現(xiàn)異常的情況下，對高值和低值讀數(shù)的置信度必定會減小。
置信度的修改基本上是通過一個參數(shù)變更規(guī)則來完成的。運用這個規(guī)則可以改變另一個規(guī)則的充分性功能和/或必要性功能。如果用于獲得該PAR-r值的特定的RTD出了故障，如故障結(jié)點180所示出的，則參數(shù)變更(PARALT)規(guī)則182將改變規(guī)則170和174的充分性以修改高和低PAR值的可靠性傳送。在沒有RTD故障的情況下，規(guī)則170和174的充分性保持不變，以便建立起有效的高值和低值讀數(shù)，如結(jié)點172和176所示。
若傳感器的電子設備萬一出現(xiàn)了緩慢的特性偏移，所提供的溫度指示將由此產(chǎn)生誤差，但仍在已知的運行范圍以內(nèi)。然而，萬一有一個RTD突然失效，例如被開路，則它所產(chǎn)生的溫度指示將完全超出已知的范圍。因此，檢驗一個有故障的RTD，以得出在故障結(jié)點180所表示的異常狀態(tài)，其方法之一是檢查RTD的溫度Tr，將Tr置入傳感器結(jié)點184內(nèi)，看它是否超出了正常的運行界限。利用分段線性化的規(guī)則186，根據(jù)溫度讀數(shù)來確定有故障的RTD。
以類似的方式，高或低PAR-l值的可靠性，通過規(guī)則190和192傳送到各自的有效高值和低值結(jié)點194和196。如上所述，當用于計算PAR-l值的RTD發(fā)生故障，且由RTD故障結(jié)點200確定時，借助于在運行中產(chǎn)生變化的PARALT規(guī)則198可以改變規(guī)則190和192的充分性，從而改變了可靠性的傳送。這個故障狀態(tài)又是利用傳感器結(jié)點202的RTD溫度Tl值來確定的，結(jié)點202與分段線性化的規(guī)則204相連接。
如果PAR值既不高也不低，那么它一定是正常值。正常讀數(shù)的存在被用于圖10所示的診斷過程中;正常讀數(shù)的確定可利用有效的高值和低值讀數(shù)來完成。例如，圖示的FAND邏輯功能210具有兩個被“否”元件212和213否定的輸入信號。通過規(guī)則218，可以得出一個正常讀數(shù)，如結(jié)點216所示。換句話說，根據(jù)讀數(shù)不高也不低便可確定PAR-r的可靠性是正常的。同樣，規(guī)則220，連同F(xiàn)AND222以及“否”功能224和225可根據(jù)PAR-r不高也不低確定為正常狀態(tài)，如結(jié)點226所示。
這樣，在獲得了對應于右邊和左邊的兩個PAR的高、低或正常值的有效的假說以后，診斷裝置利用了許多規(guī)則230到234包括一系列的邏輯功能236(對每個功能都作出了適當?shù)臉酥?，來確定多種讀數(shù)組合的置信系數(shù)。
例如，規(guī)則230把兩個具有高值的PAR的可靠性值加在一起，這個結(jié)論如同高/高結(jié)點250所表示。規(guī)則231把兩個具有低值的PAR的可靠性值加在一起，如同低/低結(jié)點251所示。
如果一個PAR是高值的，而另一個是低值的，規(guī)則232將把這種可靠性進行變換，得到高/低結(jié)點252的結(jié)果。以類似的方式，利用規(guī)則233來確定一種高/正常狀態(tài)，在結(jié)點253示出;而規(guī)則234用來確定一種低/正常狀態(tài)，如結(jié)點254所示。應該注意的是，這后三種條件252、253和254并不必須指明究競哪一個讀數(shù)(左邊或右邊)是高的、低的或正常的，而只是表明這種特定組合的存在。
利用在結(jié)點250到254所提供的不同組合，可以得出某些結(jié)論，與所監(jiān)視的發(fā)電機相帶的全部狀態(tài)相對應。在發(fā)電機運行過程中，可能出現(xiàn)各種不正常狀態(tài);本發(fā)明的診斷裝置將確定是否一種特定的狀態(tài)正在發(fā)生，并把相應的結(jié)論連同某種程度的置信度一起提供給運行人員，以便在必要時可采取校正的措施。
圖10通過實例(但不是僅限于此)表示出若干不正常狀態(tài)，利用在結(jié)點250到254示出的組合讀數(shù)，裝置能夠診斷出這些不正常狀態(tài)。
在發(fā)電機在線運行過程中，存在著一個或多個載流導體開路的可能性。為此設置了規(guī)則260以得出某一匝線開路的狀態(tài)異常的結(jié)論，如故障結(jié)點262所示。該規(guī)則利用一個加權(quán)的“或”功能264來考慮匝線斷路的不同類型或模式。例如，參照圖3，萬一整個一排匝線開路或與釬焊并頭套分離，剩余的幾排匝線將承擔并傳導開路的一排匝線的電流。因為剩余匝線傳導著比在正常條件下更大的電流，I2R所引起的損耗就產(chǎn)生了更多的熱量，從而導致左右兩個傳感器的PAR值都比正常時要高。這種斷路類型是非常可能的;相應地，結(jié)點250的高/高顯示被賦予高加權(quán)系數(shù)1，輸入到加權(quán)“或”功能264中。
如果在所監(jiān)視的線棒中只有一排匝線中的幾根匝線開路，則電流的分布將會導致在有開路匝線的線棒一側(cè)，流經(jīng)通風管道組的冷卻氣體將稍許變熱，而流經(jīng)另一側(cè)通風管道組的冷卻氣體相對來說不受影響。匝線斷路的相應結(jié)果是，一個PAR將為高值，而另一個為正常值，在結(jié)點253上的這種組合被賦予一個相當高的加權(quán)系數(shù)0.9，輸入到加權(quán)“或”功能264中。
另一種可能發(fā)生的情況是導致包圍著某個通風管道組的全部匝線排都開路的可能性，以致于全部電流將由包圍著另一個通風管道組的其余匝線排來承擔。流經(jīng)后面的通風管道組的冷卻氣體將產(chǎn)生一個高PAR讀數(shù)，而另一個的PAR讀數(shù)是低的，因為包圍著該通風管道組的匝線并未傳導電流，因而冷卻氣體沒有變熱。然而，這后一種情形的機會不象其它類型的匝線開路那樣普遍，因此，在加權(quán)“或”功能264中，給定一個相對較低的加權(quán)值，例如0.5。
如果一個線匝開路，有可能在斷開處產(chǎn)生電弧。此外，由于線圈可能發(fā)熱，也會產(chǎn)生可探測出的粒子物質(zhì)。因此，這兩個因素被用來確定一個線匝開路的不正常狀態(tài)。規(guī)則266使線匝開路的不正常狀態(tài)與結(jié)點267示出的高RFM讀數(shù)相聯(lián)系，而規(guī)則268則使線匝開路的非正常狀態(tài)與結(jié)點269示出的低GCM讀數(shù)相聯(lián)系。對于結(jié)點267和269的高RFM讀數(shù)和低GCM讀數(shù)(二者都表示不正常狀態(tài))的置信度，可能在一個單獨的子系統(tǒng)中建立起來。它使RFM和GCM的讀數(shù)生效。在另一個子系統(tǒng)中所產(chǎn)生的假說，在圖10中以虛線形式表示。
再參照圖3，如果86r和86l所在的線棒中兩個撓性管都斷裂了，被加熱的冷卻氣體將不能通往各自的RTD90r和90l。在這種情況下，RTD將測得周圍的環(huán)境溫度;對于高負荷條件來說，周圍環(huán)境要比從通風管道組發(fā)散出的氣體冷一些。這種不正常狀態(tài)在結(jié)點272示出，并被結(jié)點251的兩個低PAR值所識別。輸入到結(jié)點272的還有這樣的信息在發(fā)電機停機和重新起動后，在趨近高負荷狀態(tài)的時候沒有發(fā)生事故。這個信息由規(guī)則274示出，它利用了FAND功能276。結(jié)點278提供了在發(fā)電機停機和重新起動后與第一次趨近高負荷狀態(tài)有關的輸入信息;該事實被“否”功能280所否定。也就是說，如果在停機和重新起動后第一次接近高負荷狀態(tài)，低/低條件的出現(xiàn)意味著一種非正常狀態(tài)，它與發(fā)電機已經(jīng)在高負荷下運行了一段時間是不同的。在這種情況下，低/低條件意味著兩個撓性導管都可能發(fā)生了斷裂。
如果系統(tǒng)在高負荷下運行，周圍環(huán)境溫度相對較低，只有在高置信度的情況下才能作出系統(tǒng)確實有兩個撓性導管斷裂的結(jié)論，以便對于兩個PAR值都能夠?qū)е碌?低讀數(shù)的條件。如果系統(tǒng)沒有運行在高負荷狀態(tài)，對這種特定的不正常狀態(tài)的置信度實際上可以被消除;這是借助于各自的參數(shù)變更規(guī)則282和283，通過簡單地改變規(guī)則274的充分性和必要性來實現(xiàn)的。為了產(chǎn)生這些規(guī)則，可以利用通常裝設在發(fā)電機設備上的兩個傳感器，一個是兆瓦(MW)傳感器，另一個是無動兆伏安(MVAR)傳感器。它們的讀數(shù)置入各自的傳感器結(jié)點286和287，通過各自的規(guī)則288和289連接到存儲結(jié)點290，它的功能是計算實際的負荷指標MVAa＝(MW)2+(MVAR)2將該指標與額定的MVA進行比較，從而得出負荷水平的指示。舉例來說，如果負荷水平指示小于60%，參數(shù)變更規(guī)則282和283將起作用，以減少規(guī)則274的充分性和必要性的值。如果負荷水平大于60%，表示高負荷情況，就不去改變規(guī)則274的充分性和必要性。
另一種不正常狀態(tài)在結(jié)點294示出，它描述了兩個撓性導管中只有一個斷裂的情況。在這種情況下，一個RTD將提供正常的PAR值，而另一個RTD將讀出周圍氣體的較低的溫度，從而導出一個低PAR值，如同結(jié)點254所示，通過規(guī)則296連接到故障結(jié)點。與對于規(guī)則274的情形相同，如果負荷水平?jīng)]有達到高指示數(shù)值，參數(shù)變更規(guī)則282和283將改變規(guī)則296的充分性和必要性。
如果在一個導線斷裂的同時又發(fā)生了一個撓性導管的斷裂，則一個RTD的測量將導致一個低PAR值(在高負荷下)，而另一個RTD的測量將導致一個高PAR值。這種情形由規(guī)則298表示，將結(jié)點252的高/低組合與結(jié)點294所代表的一個撓性管斷裂的狀態(tài)相聯(lián)系，這種由一個斷裂的撓性管與一個斷裂的導線相組合的情況據(jù)信是不大可能發(fā)生的;因此，規(guī)則298的充分性和必要性具有較低的值。當參數(shù)變更規(guī)則282和283起作用時，其值將進一步減小。
在發(fā)電機初次裝配或檢修過程中，經(jīng)常用遮蔽帶蓋在通風管道端部，以防止油漆和/或碎片進入管道，如果偶然地把帶子留在端部，蓋住了被監(jiān)測線圈的通風管道，那么，當發(fā)電機在裝配或檢修后第一次達到高負荷狀態(tài)時，RTD將送出相當?shù)偷沫h(huán)境溫度信號，導致兩個低PAR值。這種通風管道完全堵塞的不正常狀態(tài)在結(jié)點300示出，并由規(guī)則302支持;302利用一個FAND功能304，304的輸入信號一個來自結(jié)點251的低/低指示，另一個來自結(jié)點278指示，表示發(fā)電機在裝配或大修以后第一次達到高負荷狀態(tài)所需要的時間。這種情況預想到在通風管道的入端發(fā)生堵塞。在出端可能阻礙氣流的遮蔽帶，在很高的確定程度下可以因氣流的壓力差而移開。
在完全阻塞的條件下，線圈會發(fā)熱，由此產(chǎn)生了可以被GCM探測出的粒子物質(zhì)。因此，通風管道完全阻塞的不正常狀態(tài)另外由規(guī)則306所支持;由于結(jié)點269的低GCM讀數(shù)，規(guī)則306增大了對通風管道完全阻塞的置信度。
結(jié)點310的不正常狀態(tài)考慮到通風管道可能不是完全堵塞，而是部分堵塞的情況。這種狀態(tài)不但在裝配或檢修時可能存在，而且在發(fā)電機實際在線運行中，當元件和/或材料由于旋轉(zhuǎn)而松散，部分地堵塞了通風管道時也可能出現(xiàn)。規(guī)則312利用一個FOR功能314，考慮到各種PAR值的組合，它們可能是由于不同的部分堵塞模式所產(chǎn)生的。例如，左右兩邊的通風管道組可能被部分堵塞，因而冷卻氣流被限制。這個被限制的氣流使得冷卻氣體發(fā)熱，導致了左右兩側(cè)的高PAR值。因此，結(jié)點250的高/高指示是被考慮的一種組合。
如果一側(cè)另外有一個連接到擾性導管的個別的通風管道出現(xiàn)完全堵塞，則該側(cè)的RTD將記錄低值，因為它讀的是冷氣的環(huán)境溫度;而另一個RTD將讀出高的溫度，導致結(jié)點252的高/低指示。
規(guī)則312的第三個考慮是結(jié)點253的高/正常情況;由于一個通風管道組的某些管子被部分堵塞，導致一個高PAR值，而另一個通風管道組只有不明顯的堵塞，它可能引起該側(cè)稍高的PAR讀數(shù)，但仍然在正常范圍以內(nèi)。
對結(jié)點251的低/低PAR值的置信度包括在FOR功能的考慮之中。一種情況可能由兩個通風管道組的部分堵塞所引起，同時伴隨著左右兩個通風管道組連接到RTD的個別管道出現(xiàn)完全堵塞的情形。
在任何部分堵塞的條件下，過熱會產(chǎn)生粒子，因此，在結(jié)點310所定義的不正常狀態(tài)被一個低GCM讀數(shù)269所支持，由規(guī)則316連接。
圖10的例子中所表示的最后一個不正常狀態(tài)是結(jié)點320的狀態(tài)，它定義了傳感器的故障。在這一點上，傳感器被定義為這樣的裝置利用它可以獲得溫度的讀數(shù)。在圖6A或6B中，傳感器不僅包括RTD，而且也包括有關的掃描和轉(zhuǎn)換電路，用來計算來自RTD電阻的各個溫度。
當發(fā)電機運行在高負荷下，如果出現(xiàn)了對一個低/正常指示(結(jié)點254)的高置信度的話，這種組合可能是由于單根撓性管斷裂所引起的。然而，如果發(fā)電機沒有在高負荷下運行，那么就沒有邏輯上的原因出現(xiàn)這種低/正常的組合，這時意味著一個或兩個傳感器可能發(fā)生了故障。這個相互關系是由規(guī)則322建立的;如果存儲結(jié)點290運算的結(jié)果導致一個低于60%的負荷水平的話，規(guī)則322的充分性和必要性將由于參數(shù)變更規(guī)則324和325而增加。如果實際上負荷水平是高的，即大于60%，規(guī)則322的充分性和必要性將保持低值。
對于結(jié)點251的低/低組合的高置信度，在高負荷情況下可以表示兩個撓性導管折斷或一個通風管道完全堵塞。然而，在低負荷情況下，周圍環(huán)境溫度并不低，因此這種低/低指示可能表示傳感器的故障。這個關系由規(guī)則328定義;在低負荷時，與規(guī)則322相似，328的充分性和必要性將隨參數(shù)變更規(guī)則324和325而增加。
示例中的最后一個規(guī)則，規(guī)則330，表明一個高/低指示與傳感器故障的關系。如前所述，高/低指示可能表現(xiàn)出線匝開路的故障，雖然這種可能性被賦予相當小的加權(quán)值。類似地，這種高/低組合可能是一個折斷的撓性導管伴隨著一匝開路導線，這也具有很低的概率。相應地，高/低組合的第三種可能性將是一個傳感器發(fā)生故障。
自然，傳感器故障的可能性可以以任何組合方式存在，包括正常/正常組合。圖10提供的三個例子是考慮最可能發(fā)生的情況。
如果顯示出了傳感器的故障，可以用相當容易的辦法進行檢查，即在端子盒100上人為地取出RTD的電阻讀數(shù)。在這一點上，需假定RTD不是不起作用的，因為這樣的狀態(tài)以前已在結(jié)點180或200上顯示出來。然后，電阻值可以轉(zhuǎn)換為與RTD所測量的溫度相對應的各自的等值電壓。這些指示溫度的電壓輸入到計算機中，然后算出各自的PAR值。如果由于手控輸入溫度的結(jié)果而使對控制傳感器故障指示組合的高置信度消失了，那就可以認為存在著一個傳感器故障，運行人員可以采取校正的措施。
在附圖中所采用的參照號的識別符號及說明 參照號 圖號射頻監(jiān)測器(RFM) 30 1發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測器(GCM) 32 1掃描和轉(zhuǎn)換電路 102 6A掃描和轉(zhuǎn)換電路 102 6B數(shù)據(jù)中心 104 6A診斷計算機 106 6A診斷計算機 106 6B顯示裝置 108 6A顯示裝置 108 6B根據(jù) 120 7假說 122 7根據(jù) 132 8根據(jù) 133 8根據(jù) 134 8根據(jù) 135 8故障 138 8
右側(cè)規(guī)格化的平均溫升的百分值 150 10A(PARr)左側(cè)規(guī)格化的平均溫升的百分值 152 10A(PAR l)高置信系數(shù)(HI) 156 10A低置信系數(shù)(LO) 160 10A高置信系數(shù)(HI) 166 10A低置信系數(shù)(LO) 168 10A有效的高值讀數(shù)(VALIDATED HI) 172 10A有的的低值讀數(shù)(VALIDATED LO) 176 10A電阻溫度監(jiān)測器故障 180 10A(DEFECTIVERTD)右側(cè)電阻溫度監(jiān)測器溫度(Tr) 184 10A有效的高值讀數(shù)(VALIDATED HI) 194 10A有效的低值讀數(shù)(VALIDATED LO) 196 10A電阻溫度監(jiān)測器故障 200 10A(DEFECTIVE RTD)左側(cè)電阻溫度監(jiān)測器溫度(Tl) 202 10A模糊邏輯“與”功能(FAND) 210 10A正常讀數(shù)結(jié)點(NORM.) 216 10A
模糊邏輯“與”功能(FAND) 222 10A正常讀數(shù)結(jié)點(NORM) 226 10A高/高結(jié)點(HI/HI) 250 10B低/低結(jié)點(LO/LO) 251 10B高/低結(jié)點(HI/LO) 252 10B高/正常結(jié)點(HI/NORM) 253 10B低/正常結(jié)點(LO/NORM) 254 10B線匝開路故障 262 10B加權(quán)“或”功能(WOR) 264 10B高值射頻監(jiān)測器結(jié)點(RFM HI) 267 10B低值發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測器結(jié)點 269 10B(GCM LO)兩個撓性導管斷裂故障 272 10B模糊邏輯“與”功能(FAND) 276 10B發(fā)電機停機和重新起動后第一次趨近高負荷狀態(tài) 278 10B兆瓦傳感器(MW) 286 10B無功兆伏安傳感器(MVAR) 287 10B實際負荷與額定負荷比( (MVAa)/(MVAR) ) 290 10B
一個撓性管斷裂故障 294 10B通風管道完全堵塞故障 300 10B模糊邏輯“與”功能(FAND) 304 10B通風管道部分堵塞故障 310 10B模糊邏輯“或”功能(FOR) 314 10B傳感器故障 320 10B
權(quán)利要求
1.用于診斷一臺發(fā)電機繞組系統(tǒng)狀態(tài)的診斷裝置，其發(fā)電機內(nèi)有許多內(nèi)部帶有第一和第二組通風管的線棒，冷卻氣體就流過這些通風管道；該診斷裝置包括對從選定的一些線棒中第一和第二組通風管道引出的冷卻氣體溫度進行監(jiān)測的設備，并提供相應的第一和第二溫度指示信號；該裝置的特征為由一臺診斷計算機將上述第一和第二溫度指示信號作為輸入而接收；此計算機又產(chǎn)生相應的第一和第二規(guī)格化的溫度指示信號，以確定上述規(guī)格化的溫度信號是否偏離正常范圍以外；該計算機還產(chǎn)生在上述范圍內(nèi)和范圍外的規(guī)格化的信號的預定組合；這樣，上述診斷計算機就可根據(jù)上述組合給出被監(jiān)測線棒之預計的可能發(fā)生的非正常狀態(tài)的指示，并向操作人員發(fā)出非正常狀態(tài)的信號指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為上述第一和第二規(guī)格化的溫度信號是高、低或正常，這取決于它們是否高于、低于正常范圍或在正常范圍內(nèi);上述預定的組合包括有高/高、低/低、高/低、高/正常和低/正常組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為上述繞組系統(tǒng)包括了許多相帶，每個相帶都裝了上述監(jiān)測設備。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的裝置，其進一步特征為僅在每相帶的一個線棒上裝有上述的監(jiān)測設備。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為一個射頻監(jiān)測器對上述繞組系統(tǒng)中的電弧的存在進行監(jiān)測，并提供一個相應的輸出信號指示;一個發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測器，對由于上述繞組系統(tǒng)的過熱產(chǎn)生的在冷卻氣中出現(xiàn)的顆粒物進行檢測，并提供一個相應的輸出信號指示;診斷計算機也對上述射頻監(jiān)測器和發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測器的輸出信號以及上述預定的組合信號作出附加的應答，產(chǎn)生一些具體的預計的非正常狀態(tài)的指示。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為具有用于確定發(fā)電機運行中的負荷水平并產(chǎn)生一個相應輸出信號指示的設備;而上述診斷計算機能附加響應上述運行中的負荷水平以及預定的組合，以產(chǎn)生一些具體的予計的非正常狀態(tài)的指示。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為上述預計的非正常狀態(tài)之一指示在上述繞組系統(tǒng)中的一個導線斷線。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為上述監(jiān)測設備包括有第一和第二溫度監(jiān)測器，以及用來分別將冷卻氣體從第一和第二組通風管道引到第一和第二監(jiān)測器的第一和第二氣體導管;預計的非正常狀態(tài)之一能指示上述氣體導管之一已破損。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的裝置，其進一步的特征為上述預計的非正常狀態(tài)之一能指示上述兩根氣體導管有破損。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為上述預計的非正常狀態(tài)之一能指示上述第一和第二組通風管道完全阻塞。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為上述預計的非正常狀態(tài)之一能指示上述第一和/或第二通風管部分阻塞。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其進一步的特征為上述預計的非正常狀態(tài)之一能指示上述監(jiān)測設備的故障。
專利摘要
一種用于發(fā)電機繞組的診斷系統(tǒng)，繞組中有引導冷卻氣體的第一和第二通道。冷卻氣體的出口溫度被測定并轉(zhuǎn)換成規(guī)格化的值，此值可以是“高”、“低”或“正?！??？梢岳脙蓚€溫度讀數(shù)的“高”、“低”或“正?！敝A定組合，產(chǎn)生許多可能的各種非正常狀態(tài)的指示。
文檔編號G01R31/34GK86104790SQ86104790
公開日1987年3月4日 申請日期1986年7月15日
發(fā)明者阿維利諾·朱安·岡薩利茨, 弗蘭克林·約瑟夫·穆爾費, 弗蘭克林·蒂莫希·埃麥里, 彼里·阿蘭·維亞特, 威廉姆·吉尼·克拉格 申請人:西屋電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan