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专利名称：大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射检测装置及方法
技术领域：
本发明属于电机技术领域，涉及电机定子绝缘老化状态诊断技术，特别涉及一种大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射检测装置及其方法。
目前大型发电机定子绝缘老化状态诊断常用的方法是局部放电测量。超声波反射法检测技术在绝缘检测方面的应用已有用于套管、变压器、开关柜和电缆等复合绝缘内部缺陷的超声检测装置。此装置包括位移传感器、超声传感器、参考位移元件、位移电子元件、超声探伤仪、RS232接口、PC机和彩色显示器等部分，可以对缺陷进行彩色C扫描。
局部放电测量虽然是常用的大型发电机定子绝缘状态诊断方法，但是此方法很容易受现场电磁波、电力系统谐波等干扰的影响，其准确度受到一定影响。
超声反射法用于套管、变压器、开关柜和电缆等的检测方法及系统有以下不足一、超声传感器的频率为5-15MHz，对于衰减系数很大的大型发电机定子绝缘，频率这么高的超声波在检测到有用信号之前就已经衰减掉了，因此已有的检测方法及系统不适合大型发电机定子绝缘的检测。二、超声探伤仪的显示器上得到的是检波后的超声波，只显示大于或小于零的部分波形，这种畸变的波形不能研究超声波在材料中传播发生的频率等重要参量的变化，因此失去了很多材料的微观结构或材质变化的信息。三、此装置只能检测绝缘缺陷，对产生缺陷之前的无缺陷绝缘不能评估其老化状态。四、装置的组成部分过多，加上超声探伤仪的使用，使得整个检测装置繁重，不适合现场检测的应用。
三、发明的内容针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明旨在开发研制适合大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射检测装置及其方法。本发明是国际上首次将超声波反射法检测技术应用于大型发电机定子绝缘老化状态的诊断。此检测方法可以实现以下目的一、适用于大型发电机定子绝缘的状态诊断；二、检测得到在定子绝缘内传播、并在定子绝缘—铜导体界面或者是绝缘缺陷处发射的超声反射全波波形，保证超声波中携带的绝缘材料微观结构变化的所有信息；三、不仅能检测绝缘缺陷，对产生绝缘缺陷之前(无缺陷的)绝缘的老化状态也能诊断，以预测突然产生并快速发展的最危险的绝缘裂纹的出现；四、整个检测装置满足现场检测的要求。
声波传播的本质是介质分子的相互作用，所以声波的传播(如超声波传播参数和声波传播路径)在很大程度上取决于介质内部的微观变化。大型发电机定子绝缘在老化过程中，绝缘膨胀，绝缘材料变得疏松，出现气隙、分层、脱壳和裂纹等微观缺陷，所以在定子绝缘中传播的超声波传播参数或者传播路径可能因绝缘的老化程度不同而发生变化。
基于以上理论，本发明所采取的技术方案是，大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测装置，包括，耦合剂2、一个超声直探头3、一个可输出全波波形的超声波发生及接收装置5、一个双通道的数据采集卡6和一个带有专用软件的笔记本电脑8，各组成部分经同轴电缆4或数据传输线7相互连接；超声波发生及接收装置5发射频率为500kHz的同步电脉冲，同步电脉冲一方面由同轴电缆4传播到超声直探头3，激发探头内的压电晶片振动产生超声波，超声波的频率由超声直探头3的频率决定；同步电脉冲另一方面经触发延迟后作为数据采集卡6/虚拟示波器的扫描触发信号；超声直探头3产生的超声波经耦合剂2垂直入射到试品1定子绝缘线棒内，并在定子绝缘内传播；当超声波在定子绝缘内传播，遇到缺陷就会在界面发生发射，反射波在定子绝缘内反向传播，并由发射超声波的超声直探头3接收；超声波经超声直探头3接收后变为电脉冲信号，经超声波发生及接收装置5衰减放大等信号调理后，由数据采集卡6数字化，通过数据传输线7送入笔记本电脑8的专用软件中，由软件完成超声波数据的实时显示、保存和分析处理。
所述耦合剂2为凡士林或硅脂。
实现上述大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测装置的方法，按以下方式进行1)对待诊断的发电机不同槽的定子绝缘进行多点测量，判断超声波全波波形的反射界面类型是绝缘-铜界面还是绝缘-空气界面；2)判断为绝缘-铜界面反射的超声波波形用来统计每槽定子绝缘的超声学传播参数的最小值和平均值；3)判断为绝缘-空气界面反射的超声波波形用来统计每槽定子绝缘的缺陷存在率；4)上述得到的这些定子绝缘超声学参数，与笔记本电脑专用软件的数据库中不同绝缘老化状态超声学相应参数的域值相比较，从而达到诊断绝缘状态的目的。
在发电机运行现场90dB(A)的背景噪声下，本系统能测量运行0～23年发电机(300MW，18kV)定子绝缘的超声学特性参数的变化，检测到的绝缘缺陷的最小尺寸为0.9mm，进行有效的绝缘状态诊断。超声波发生及接收装置(6)和数据采集卡(7)的集成化，使系统主体部分实现了小型轻便的目的，体积约为150mm×150mm×100mm，重量为2.5kg。此系统具有抗干扰性强，准确性高，数据处理快，便于携带等优点，特别适合于大型发电机定子绝缘老化状态的现场诊断。
图2是本发明的专用软件的流程图。
以下结合附图
和发明人依本发明的技术方案所完成的具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见附图，本发明的大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测装置，包括耦合剂凡士林或硅脂(2)、一个频率为0.8MHz、直径为15mm的超声直探头(3)、一个可输出全波波形的超声波发生及接收装置(5)、一个双通道的采样率为20Ms/S的数据采集卡(6)和一个带有专用软件的笔记本电脑(8)，各组成部分经同轴电缆(4)或数据传输线(7)相互连接。
1.耦合剂2是为了减小超声直探头3和被测定子线棒1之间的气体对超声波能量的衰减；2.超声直探头3的频率和直径必须适合大型发电机定子线棒绝缘的现场检测，在备用的三个不同频率和直径的超声直探头中可任选其一，以满足不同容量发电机定子线棒不同厚度的对地绝缘检测时的需要；3.超声直探头3自身配有与超声直探头一体的同轴电缆4，同时还备有两条3m、一条15m长的备用电缆和连接器，以便满足现场各种测试距离的需要；4.虚框内是集成在一起的超声波发生及接收装置5和数据采集卡6，体积约为150×150×100mm，重量为2.5kg；5.超声波发生和接收装置5是能输出超声波全波的探伤仪；6.数据采集卡6是一个虚拟示波器，其触发信号为超声波发生及接收装置5产生的激发超声直探头3产生超声波的电脉冲信号，所以由笔记本电脑8通过数据传输线7控制数据采集卡6，可以实时显示系统超声波的发射波和在绝缘中传播时的反射波，传播时间的精度达到了0.5ns。
大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测系统的工作原理为超声波发生及接收装置5发射频率为500kHz的同步电脉冲，同步电脉冲一方面由同轴电缆4传播到超声直探头3，激发探头内的压电晶片振动产生超声波，超声波的频率由超声直探头3的频率决定；同步电脉冲另一方面经触发延迟后作为数据采集卡6(虚拟示波器)的扫描触发信号。超声直探头3产生的超声波经耦合剂2垂直入射到试品1定子线棒(绝缘)内，并在定子绝缘内传播。当超声波在定子绝缘内传播，遇到缺陷(绝缘-空气界面)或者遇到铜导体(绝缘-铜导体界面)，就会在界面发生发射，反射波在定子绝缘内反向传播，并由发射超声波的超声直探头3接收。超声波经超声直探头3接收后变为电脉冲信号，经超声波发生及接收装置5衰减放大等信号调理后，由数据采集卡6数字化，通过数据传输线7送入笔记本电脑8的专用软件，完成超声波数据的实时显示、保存和分析等处理。
该专用软件的流程参见图2。
用超声反射法检测技术诊断大型发电机定子绝缘状态的方法为用大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测系统，对待诊断的发电机不同槽的定子绝缘进行多点测量，判断超声波全波波形的反射界面类型是绝缘-铜界面还是绝缘-空气界面。判断为绝缘-铜界面反射的超声波波形用来统计每槽定子绝缘的超声学传播参数的最小值和平均值；判断为绝缘-空气界面反射的超声波波形用来统计每槽定子绝缘的缺陷存在率。得到的这些定子绝缘超声学参数与笔记本电脑(8)专用软件的数据库中不同绝缘老化状态超声学相应参数的域值相比较，从而达到诊断绝缘状态的目的。
权利要求
1.一种大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测装置，其特征在于，该装置包括，耦合剂2、一个频率为0.8MHz的超声直探头3、一个可输出全波波形的超声波发生及接收装置5、一个双通道的采样率为20Ms/S的数据采集卡6和一个带有专用软件的笔记本电脑8，各组成部分经同轴电缆4或数据传输线7相互连接；超声波发生及接收装置5发射频率为500kHz的同步电脉冲，同步电脉冲一方面由同轴电缆4传播到超声直探头3，激发探头内的压电晶片振动产生超声波，超声波的频率由超声直探头3的频率决定；同步电脉冲另一方面经触发延迟后作为数据采集卡6/虚拟示波器的扫描触发信号；超声直探头3产生的超声波经耦合剂2垂直入射到试品1定子线棒绝缘内，并在定子绝缘内传播；当超声波在定子绝缘内传播，遇到缺陷就会在界面发生发射，反射波在定子绝缘内反向传播，并由发射超声波的超声直探头3接收；超声波经超声直探头3接收后变为电脉冲信号，经超声波发生及接收装置5衰减放大等信号调理后，由数据采集卡6数字化，通过数据传输线7送入笔记本电脑8的专用软件中，由软件完成超声波数据的实时显示、保存和分析处理。
2.如权利要求1所述的大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测装置，其特征在于，所述耦合剂2为凡士林或硅脂。
3.如权利要求1所述的大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测装置，其特征在于，所述超声波发生和接收装置4是能输出超声波全波的探伤仪。
4.实现权利要求1所述的大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射法检测装置的方法，其特征在于，按以下方式进行1)对待诊断的发电机不同槽的定子绝缘进行多点测量，判断超声波全波波形的反射界面类型是绝缘-铜界面还是绝缘-空气界面；2)判断为绝缘-铜界面反射的超声波波形用来统计每槽定子绝缘的超声学传播参数的最小值和平均值；3)判断为绝缘-空气界面反射的超声波波形用来统计每槽定子绝缘的缺陷存在率；4)上述得到的这些定子绝缘超声学参数，与笔记本电脑专用软件的数据库中不同绝缘老化状态超声学相应参数的域值相比较，从而达到诊断绝缘状态的目的。
全文摘要
本发明公开了一种大型发电机定子绝缘状态诊断的超声反射检测装置及其方法，用于测量大型发电机定子绝缘的超声学特性参数，检测绝缘内部缺陷来诊断绝缘的老化状态。本发明的检测装置包括耦合剂、一个超声直探头、一个超声波发生及接收装置、一个数据采集卡和一个笔记本电脑，各组成部分经同轴电缆或数据传输线相互连接。在发电机现场90dB(A)的背景噪声下，能测量运行0～23年发电机(300MW，18kV)定子绝缘的超声学特性参数，检测的绝缘缺陷的最小尺寸0.9mm。本发明的主体部分体积约为150mm×150mm×100mm，重量为2.5kg，实现了小型轻便的目的。装置具有抗干扰性强，准确性高，数据处理快，便于携带等优点，特别适合于大型发电机定子绝缘老化状态的现场检测。
文档编号G01N29/14GK1402014SQ0213942
公开日2003年3月12日 申请日期2002年9月13日 优先权日2002年9月13日
发明者谢恒堃, 郝艳捧, 阎波 申请人:西安交通大学