一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置的制作方法

本实用新型涉及工业自动化技术领域，特别是指一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置。

背景技术：

抽水蓄能机组在电力系统中用于调节电网系统负荷，当电网系统中电力多余时，电机作为电动机运行，将电能转化为水的位能抽到上库中进行存储；当电网系统出现高峰负荷时，则水库放水，将水的位能转化为电能供给电网系统，此时电机作为发电机运行。抽水蓄能机组在工况转换过程中要经历各种复杂的水力、机械和电气瞬态过程。在这些瞬态过程中电机转子将发生比常规水轮发电机组大得多的受力和振动状况。特别是抽水蓄能机组在运行过程中的转速比常规水轮发电机组的转速高出很多，因此抽水蓄能机组转子励磁引线及磁极连接线所承受的离心力也要比常规水轮发电机组高出很多。综合起来，抽水蓄能机组转子励磁引线及磁极连接线在运行一段时间后极易因疲劳而产生裂纹或者断裂情况，从而造成机组运行问题，甚至是机组运行事故。此类事故近几年在多家电厂发生，已造成多起运行事故，不仅影响机组投运，更给国家造成经济损失。但由于发电机内部由于空间较小同时存在高速旋转的转子部件，进而针对于发电机内部各引线形变的测量监测装置至今都未被开发出来。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置，可以实时在线监测电机转子内各接线的动态形变并通过在线计算分析，对可能的疲劳裂纹进行预警，避免裂纹进一步发展形成重大故障，保证机组安全运行。

基于上述目的，本实用新型提供的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置，包括：应变片1、路由器传输模块和上位计算机6；所述应变片1和所述路由器传输模块设置于发电机内部转子区域；

所述应变片1用于采集磁极连接线7及励磁引线8的形变数据；所述路由器传输模块用于将所述形变数据发送至所述上位计算机6；所述上位计算机6用于显示所述形变数据；

所述应变片1包括：设置于磁极连接线7上的两个第一应变片和设置于励磁引线8上的一个第二应变片；两个所述第一应变片分别粘贴于所述磁极连接线7上在圆周0°、180°位置的相应位置上；所述第二应变片粘贴于励磁引线8在圆周90°位置的相应位置上。

在一些实施方式中，还包括：形变数据采集模块2；所述形变数据采集模块2设置于发电机内部转子区域；所述形变数据采集模块2用于将所述形变数据转换成所述上位计算机6可读取的数字信号。

在一些实施方式中，所述形变数据采集模块2包括：连接所述第一应变片的第一形变数据采集模块，以及连接所述第二应变片的第二形变数据采集模块；

所述第一形变数据采集模块分别在电机转子中心体上呈0°和180°放置；所述第二形变数据采集模块在电子电机转子中心体上呈90°放置。

在一些实施方式中，还包括：供电电源转换装置4；所述供电电源转换装置4设置于发电机内部转子中心体上位于270°位置放置；

所述供电电源转换装置4的输入端连接励磁引线8上的电机励磁电源；输出端连接所述形变数据采集模块2和所述路由器传输模块。

在一些实施方式中，所述路由器传输模块具体为：无线路由器传输模块3；所述无线路由器传输模块3设置在励磁引线8一侧且靠近电机转子中心体的外边缘处。

在一些实施方式中，还包括：无线路由器接收模块5；所述无线路由器接收模块5设置于电机定子支架上，且与所述上位计算机6连接。

在一些实施方式中，所述上位计算机6显示所述形变数据，并在所述形变数据达到一定条件时做出相应的预警。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置，包括：应变片1、路由器传输模块和上位计算机6；所述应变片1和所述路由器传输模块设置于发电机内部转子区域；所述应变片1用于采集磁极连接线7及励磁引线8的形变数据；所述路由器传输模块用于将所述形变数据发送至所述上位计算机6；所述上位计算机6用于显示所述形变数据。通过应用本申请的技术方案，测量各监测点的形变数据，可实时在线监测电机转子励磁引线与磁极连接线的动态形变并通过在线计算分析，对可能的疲劳裂纹进行预警，避免裂纹进一步发展形成重大故障，保证机组安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提出的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置的转子内结构示意图；

图2为本实用新型实施例提出的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置的路由器布置及发电机外部示意图；

图3为本实用新型实施例提出的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置的工作流程示意图。

以上附图所示：应变片1、形变数据采集模块2、无线路由器传输模块3、供电电源转换装置4、无线路由器接收模块5、上位计算机6、磁极连接线7、励磁引线8。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不应理解为对本实用新型的限制。

首先参照图1和图2，其中，图1为本实用新型实施例提出的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置的转子内结构示意图；图2为本实用新型实施例提出的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置的路由器布置及发电机外部示意图。

如图1和图2所示，本实用新型的发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置应变片1、路由器传输模块和上位计算机6；所述应变片1和所述路由器传输模块设置于发电机内部转子区域；

所述应变片1用于采集磁极连接线7及励磁引线8的形变数据；所述路由器传输模块用于将所述形变数据发送至所述上位计算机6；所述上位计算机6用于显示所述形变数据。

可以看出，本实用新型的发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置可以通过多种方式实现接线的形变监测。如一种示例中，利用应变片分别感应各个接线的形变变化数据，再将变化数据通过无线路由器传输模块传输给计算机，计算机根据接收到的数据将数据转换成可显示的状态进行显示；又如另一种示例中，利用单个应变片感应所有接线应力变化数据，再将变化数据通过有线路由器传输给计算机，计算机根据接收到的变化数据分辨出各个接线的应力变化，再根据应力变化转换成形变变化，进而根据形变变化数据转换为可显示状态进行显示。

继续参照图1，在一种优选的实施方式中，所述应变片1包括：设置于磁极连接线7上的两个第一应变片和设置于励磁引线8上的一个第二应变片；两个所述第一应变片分别粘贴于所述磁极连接线7上在圆周0°、180°位置的相应位置上；所述第二应变片粘贴于励磁引线8在圆周90°位置的相应位置上。通过这种设置，可以让应变片精确读取需要测量接线在可能的受力最大方向上的形变变化数据，同时单一的对应关系节省了计算机分辨数据的时间。

需要说明的是，应变片的设置方式可以有很多种形式，如将应变片完全包裹于接线之上，进而对接线的全段进行监测，又如利用引线对各个不同的接线进行监测；其监测的接线也不仅限于磁极连接线和励磁引线，只要存在于发电机内部的接线都能应用应变片对其进行监测；同时应变片的粘贴位置也可以是圆周的任意位置，并不局限于圆周0°、90°和180°位置上，也可以是45°、135°等。本领域技术人员可以根据实际情形灵活设置，以便适应具体的应用场景。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，本实用新型的发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置还包括：形变数据采集模块2；所述形变数据采集模块2设置于发电机内部转子区域；所述形变数据采集模块2用于将所述形变数据转换成所述上位计算机6可读取的数字信号。通过这种设置，可以在应变片1采集到形变数据之后直接转换为数字信号进行传输，进而方便了数据的传输。

在一种可能的实施方式中，每个应变片之后都直接连接一个形变数据采集模块，在应变片收集到数据后直接传输给形变数据采集模块进行信号形式的转换；在另一种可能的实施方式中，所有应变片同时连接向一个形变数据采集模块，形变数据采集模块将所有应变片传来的模拟信号统一转换为数字信号。

优选的，所述形变数据采集模块2包括：连接所述第一应变片的第一形变数据采集模块，以及连接所述第二应变片的第二形变数据采集模块；所述第一形变数据采集模块分别在电机转子中心体上呈0°和180°放置；所述第二形变数据采集模块在电子电机转子中心体上呈90°放置。通过这种设置，可以使形变数据采集模块单一的对应一个应变片，杜绝了数据过多时可能引起的数据混淆问题，同时和应变片按照统一角度放置连接可以尽量减短传输过程节省空间。

可以理解的是，形变数据采集模块设置的位置可以在任以位置，并不局限于电机转子中心体上呈0°、90°和180°放置，也可为45°、135°、225°等或是任意位置。本领域技术人员可以根据实际情形灵活设置，以便适应具体的应用场景。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，本实用新型的发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置还包括：供电电源转换装置4；所述供电电源转换装置4设置于发电机内部转子中心体上位于270°位置放置；所述供电电源转换装置4的输入端连接励磁引线8上的电机励磁电源；输出端连接所述形变数据采集模块2和所述路由器传输模块。通过这种设置，可以就近获取电源并供应给形变数据采集模块2和路由器传输模块，以使两个模块不间断的进行工作，同时通过设定在特定的位置保持发电机转子内部的平衡。

需要说明的是，给形变数据采集模块2和路由器传输模块的方式有很多种，如一种示例中，将励磁电源直接与形变数据采集模块和路由器传输模块连接，通过两模块内部的转换模块对电源进行转换；又如另一种示例中，直接在形变数据采集模块和路由器传输模块内嵌入内置电池以供两模块运行。同时，供电电源转换装置的位置并不局限于转子中心体上位于270°位置放置，其可以在任意位置进行放置，如225°、315°等。本领域技术人员可以根据实际情形灵活设置，以便适应具体的应用场景。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2所示，所述路由器传输模块具体为：无线路由器传输模块3；所述无线路由器传输模块3设置在励磁引线8一侧且靠近电机转子中心体的外边缘处。通过这种设置，可以防止无线路由器传输模块3妨碍电机转子的运行，同时解决传输线的设置问题。

可以理解的是，无线路由器传输模块3可以为电子转子中的任意位置，其只要不妨碍电机转子的运行，同时可以接收来自形变数据采集模块传输来的数据，并将数据传输到电机外部的设置方式，本领域技术人员可以根据实际情形灵活设置。

优选的，本实用新型的发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置还包括：无线路由器接收模块5；所述无线路由器接收模块5设置于电机定子支架上，且与所述上位计算机6连接。通过这种设置，可以快速接收来自路由器传输模块传输来的数据，并迅速的将数据传输给上位计算机。

需要说明的是，无线路由器接收模块5的设置位置可以安装在如：发电机定子上任意位置如：靠近转子一端和远离转子一端等、发电机外部靠近发电机位置、发电机旁任意可接收到路由器传输模块传输的数据的位置等；同时无线路由器接收模块5传输给上位计算机的方式可以为无线传输、有线传输如：网线传输、电话线传输等。本领域技术人员可以根据实际情形灵活设置，以便适应具体的应用场景。

在一种优选的实施方式中，所述上位计算机6显示所述形变数据，并在所述形变数据达到一定条件时做出相应的预警。通过这种方式，可以在上位计算机发现异常数据时及时的让用户知晓。

可以理解的是，上位计算机发现异常数据的方式有很多种，如：利用预设阈值进行监控、利用大数据比较进行分析监控、利用历史数据常态波动范围进行实时监控等。凡是能达到预警效果的方式，均不影响本实用新型的保护范围。

在具体的应用场景中，如图1、图2所示，系统主要由应变片1、形变数据采集模块2、无线路由器传输模块3、供电电源转换装置4、无线路由器接收模块5、上位计算机6等组成。磁极连接线7监测部位的测点按磁极分布，在圆周0°、180°位置布置，与励磁引线8监测部位的测点位置成90°分布，根据可能的受力最大方向，每个测点采用应变片1，将应变片1粘贴在转子磁极连接线7监测部位和转子励磁引线8监测部位，用于准确测量动态形变数据，所有应变片1焊接出的引线接入临近的形变数据采集模块2，分别测量分布在不同位置测点处的形变数据，位于电机转子上的三个形变数据采集模块2在电机转子中心体上呈0°、90°、180°分布放置，并牢固固定，形变数据采集模块2通过级联方式组成测试网络与无线路由器传输模块3相连，供电电源转换装置4在电机转子中心体上位于270°位置放置，供电电源转换装置4的输入电源取自转子励磁引线8上的电机励磁电源，其输出为形变数据采集模块2和无线路由器传输模块3供电，使得安装在电机转子上的发电电动机励磁引线及磁极连接线疲劳裂纹在线分析预警系统中的形变数据测量系统可以长期可靠的运行工作。无线路由器传输模块3放置在转子励磁引线8一侧，电机转子中心体的外边缘处，并牢固固定，无线路由器接收模块5安装在电机定子支架上，无线路由器接收模块5通过网线连接上位计算机6，上位计算机6通过桥接的无线路由器传输模块3和无线路由器接收模块5利用无线工业以太网与形变数据采集模块2之间进行数字信息传输，控制形变数据采集模块2进行数据测量工作，同时接收形变数据采集模块2的测量数据，对接收到的形变测量数据进行在线处理、运算分析并存入数据库，同时应用大数据技术对发电电动机励磁引线及磁极连接线可能发生的疲劳裂纹进行预警，避免裂纹进一步发展形成重大故障，保证机组安全运行。

基于上述具体的实施例，所述的发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置的工作原理及工作流程为：

本实用新型装置的工作原理是抽水蓄能发电电动机运行转速高于常规水轮发电机，同时由于其的频繁启停，易造成转子励磁引线与磁极连接线的疲劳并形成裂纹，这种疲劳裂纹会进一步发展为转子励磁引线或磁极连接线的断裂等故障，这些故障会严重影响机组的投运，并有可能造成严重运行事故，系统采用形变电测原理，通过测量各监测点的形变数据，实时在线监测电机转子励磁引线与磁极连接线在热应力和离心力共同作用下的动态形变数据，从而进行电机转子励磁引线与磁极连接线的疲劳裂纹在线分析预警。

本实用新型装置的工作流程参见图3所示。发电电动机励磁引线及磁极连接线疲劳裂纹在线分析预警系统主要由应变片1、形变数据采集模块2、无线路由器传输模块3、供电电源转换装置4、无线路由器接收模块5、上位计算机6等组成。如果完全反映转子磁极连接线7动态形变情况，每个磁极布置相应监测点是最为适合的，但是由于磁极数目较多，且监测点均处于旋转部件上，基于安全与经济方面考虑，转子磁极连接线7监测部位测点按磁极分布圆周0°、180°位置布置，与转子励磁引线8测点位置成90°分布，由于发电电动机组运行过程中，机组端部温度升高，因此需要考虑热应力和离心力共同作用下的动态形变情况，并根据可能的受力最大方向，每个测点采用应变片1，应变片可以选用德国hbm公司的1-lm1-1.5/350ge型应变片。将应变片1粘贴在磁极连接线7监测部位和转子励磁引线8的监测部位，便于准确测量动态形变数据，并预测其变化趋势，所有应变片1焊接出的引线接入临近的形变数据采集模块2，分别测量分布在不同位置的形变数据，形变数据采集模块2可以采用德国hbm公司的坚固型somatxrmx1615b型形变采集模块。根据测点数量要求，本系统方案三个形变数据采集模块2通过fire级联的方式组成测试网络，与无线路由器传输模块3相连，位于转子上的三个形变数据采集模块2在电机转子中心体上呈0°、90°、180°分布放置，并牢固固定。供电电源转换装置4在电机转子中心体上位于270°位置放置，供电电源转换装置4可以选用航天长峰朝阳电源有限公司的dc-dc电源转换模块，供电电源转换装置4输入电源取自转子励磁引线8上的电机励磁电源，其输出为形变数据采集模块2和无线路由器传输模块3供电。无线路由器传输模块3可以选用linblet260s型工业级vpn路由器，放置转子励磁引线8一侧，转子中心体的外边缘处，并牢固固定。无线路由器传输模块3与安装在电机定子支架上的无线路由器接收模块5之间进行桥接，无线路由器接收模块5通过网线连接上位计算机6对形变测量数据进行在线处理、运算分析并存入数据库，同时应用大数据技术对发电电动机励磁引线及磁极连接线可能发生的疲劳裂纹进行预警，避免裂纹进一步发展形成重大故障，保证机组安全运行。无线路由器接收模块5也同样选用linblet260s型工业级vpn路由器。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的一种发电机磁极连接线及励磁引线形变监测装置，包括：应变片1、路由器传输模块和上位计算机6；所述应变片1和所述路由器传输模块设置于发电机内部转子区域；所述应变片1用于采集磁极连接线7及励磁引线8的形变数据；所述路由器传输模块用于将所述形变数据发送至所述上位计算机6；所述上位计算机6用于显示所述形变数据。通过应用本申请的技术方案，测量各监测点的形变数据，可实时在线监测电机转子励磁引线与磁极连接线的动态形变并通过在线计算分析，对可能的疲劳裂纹进行预警，避免裂纹进一步发展形成重大故障，保证机组安全运行。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。