專利名稱：用于楔塊沉陷較淺或沒有楔塊沉陷的電氣設(shè)備的測試探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電氣設(shè)備工作的診斷和監(jiān)測。具體地，本發(fā)明涉及一種探針或探測器裝置，可更加容易地探測電氣設(shè)備如大型發(fā)電機(jī)定子芯部的缺陷/故障，所述定子芯部的楔塊沉陷較淺或沒有楔塊沉陷，而且進(jìn)行探測只需要使定子通電至較低水平。
背景技術(shù)：
在商業(yè)規(guī)模的發(fā)電領(lǐng)域中，重要的是構(gòu)成50-1000兆伏安發(fā)電裝置一部分的發(fā)電系統(tǒng)部件在其整個預(yù)期使用壽命中能夠保持正常工作，能夠避免意外停機(jī)和/或突發(fā)故障。為了防止這類問題出現(xiàn)，重要的是在定期維修期間或者在銷售和安裝發(fā)電設(shè)備之前仔細(xì)檢查和測試構(gòu)成上述發(fā)電系統(tǒng)一部分的部件如大型定子。
電氣設(shè)備的定子芯部30(如圖1中示意性所示)使用薄絕緣鋼疊片32來減少渦流電流以高效工作。如圖2和3所示，通過將疊片32的燕尾槽34放置在固定于框架的鍵條36的燕尾中，使疊片沿豎直方向?qū)盈B起來。為了使疊片32固定在一起并防止疊片32振動，用大約300-350磅/平方英寸的外力沿軸向夾緊芯部30。
制造缺陷、裝配/檢查/重繞時的損壞、定子-轉(zhuǎn)子接觸、松動線圈楔塊/疊片的振動、以及外來磁性材料等可以引起疊片32的短路。如果疊片32由于任何原因短路，在包括故障-疊-鍵條的漏電漏電回路會引起較大的環(huán)流(見圖2)。典型的漏電位置在圖3中示出。循環(huán)漏電電流隨短路疊片的數(shù)目以及疊片32和短路/鍵條36之間的導(dǎo)電性而增大。漏電增加了定子芯部30的功率損耗并引起局部發(fā)熱。熱點(diǎn)可以發(fā)展為更加嚴(yán)重的局部發(fā)熱而最終導(dǎo)致疊片32的燃燒或溶化。結(jié)果，定子線棒絕緣體和繞組也會被損壞，致使接地電流流經(jīng)定子芯部30。因此，疊片間的芯部漏電應(yīng)當(dāng)被檢測到并進(jìn)行修理，以防止進(jìn)一步損壞并提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性。
為了檢測定子芯部結(jié)構(gòu)中的缺陷，已經(jīng)研制出許多測試方法。
所謂的“環(huán)形試驗(yàn)”依賴于對短路電流引起的渦流加熱的探測。發(fā)電機(jī)芯部30纏繞有許多匝，一般來說小于十匝，電纜而以圖1中示意性所示的方式形成環(huán)狀激勵繞組31。選擇繞組31中的電流水平，使得芯部30中的磁通量接近于正常工作水平(大約為1-1.5特斯拉)。激勵條件是幾兆伏安的水平，因?yàn)樵诰€圈中需要有幾百安培和伏特來達(dá)到所要求的磁通量。芯部30以這種方式工作幾小時。然后使用熱成像攝影機(jī)來發(fā)現(xiàn)定子內(nèi)表面上的“熱點(diǎn)”。這些熱點(diǎn)指出了疊片間短路的位置。
然而，位于定子齒37和槽表面以下的短路很難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)闊釘U(kuò)散致使表面溫度上升而擴(kuò)散/傳開。由于環(huán)形試驗(yàn)中使用的高功率水平，工作人員在試驗(yàn)期間不能進(jìn)入定子芯部內(nèi)。而且，試驗(yàn)中使用的電纜尺寸必須適合于兆伏安的水平，使得安裝和拆卸時間很長。
在這種試驗(yàn)中，所使用的高通量是必須考慮的因素，因?yàn)閺?qiáng)電流(幾百安培和幾千伏特)需要有幾兆伏安容量的試驗(yàn)電源。高電流和電壓水平要求在選擇激勵繞組并將其安裝在發(fā)電機(jī)芯部和芯部遮掩部分上時必須小心。由于加熱試驗(yàn)是在去除了正常冷卻系統(tǒng)的芯部上進(jìn)行的，因此過熱可能會導(dǎo)致芯部損壞。很高的電流和電壓水平影響了操作人員的安全，而且如上面所提到的，當(dāng)環(huán)形試驗(yàn)正在進(jìn)行時不允許工作人員進(jìn)入芯部內(nèi)部。
為了克服環(huán)形試驗(yàn)中可能遇到的上述缺點(diǎn)，研制出了所謂的“ELCID”(電磁芯部缺陷檢測)試驗(yàn)方法。
這一試驗(yàn)方法依賴于對疊片間短路引起的短路電流所產(chǎn)生磁場的探測。與環(huán)形試驗(yàn)一樣，發(fā)電機(jī)芯部上也纏繞許多匝環(huán)狀線圈。繞組中的電流水平選擇成，使芯部工作在正常運(yùn)轉(zhuǎn)磁通量的大約4％。這對應(yīng)于沿芯部表面感生的大約5伏特/米的電場。要求電流在10-30安培的范圍內(nèi)，因此可以使用相當(dāng)簡單的幾千伏安的電源。以其發(fā)明者命名的稱作Chattock線圈的磁位差計用來檢測在兩個相鄰齒之間因疊片間絕緣故障引起短路電流所產(chǎn)生的磁場。
Chattock線圈(亦稱Maxwell蝸桿或磁位差計)用來檢測因任何疊片間感生電流所產(chǎn)生磁場的90度相移分量。與100毫安或更大的試驗(yàn)電流所產(chǎn)生電壓相當(dāng)?shù)腃hattock線圈電壓用來指示在4％磁通量激勵水平的嚴(yán)重疊片間短路。
Chattock線圈38一般以圖4和5中所示方式橫跨兩個相鄰齒37，并且可以用手或通過自動滑架沿定子表面移動。因?yàn)槎搪冯娏髀窂骄哂泻艽箅娮?，所以由于短路而產(chǎn)生的磁通與激勵磁通成90度相位差。來自Chattock線圈的信號與從激勵電流得到的基準(zhǔn)信號結(jié)合，可以使用相敏檢測方法從本底噪聲中抽出故障信號。
已經(jīng)研制出一種全數(shù)字的EL CID系統(tǒng)。這種系統(tǒng)比以前的模擬裝置表現(xiàn)出較高的噪聲抑制。然而，在進(jìn)行EL CID試驗(yàn)時可能出現(xiàn)許多異常和失真情況，這些必須利用芯部構(gòu)造的知識和經(jīng)驗(yàn)加以理解。
EL CID試驗(yàn)需要用與環(huán)形試驗(yàn)類似的方法激勵芯部，但使用低得多的電壓和電流水平。4-5％的磁通量是正常的。EL CID試驗(yàn)方法表現(xiàn)出以下特征。這種磁通量所需的電流可以從可調(diào)變壓器中獲得，可調(diào)變壓器由標(biāo)準(zhǔn)電源插座供電。這種低磁通量的感生電壓保持在大約5伏特/米，因此工作人員在EL CID試驗(yàn)期間可以進(jìn)入芯部進(jìn)行觀察。這種磁通量的感生電流低，不會產(chǎn)生過熱，因此不用擔(dān)心因試驗(yàn)引起芯部損壞。
EL CID試驗(yàn)?zāi)軌蚋玫匕l(fā)現(xiàn)位于表面下的疊片間漏電。與依賴于內(nèi)部熱點(diǎn)的熱擴(kuò)散進(jìn)行探測的環(huán)形試驗(yàn)相比，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。然而，這一試驗(yàn)方法使線圈中的信號水平產(chǎn)生高噪音，尤其是當(dāng)掃描到端部梯級區(qū)域時。
在前蘇聯(lián)發(fā)明人證書No.RU 2082274 C1公開了另一種類型的探測器裝置。這種裝置可提高靈敏度和試驗(yàn)結(jié)果分析的可靠性。如圖6和7所示，它包括磁化繞組40、用于調(diào)節(jié)繞組中電流的器件42和兩個探測器44、46。如圖6所示，兩個探測器44、46的每個都包括纏繞在高磁導(dǎo)率鐵磁性材料薄片芯部的線圈48。探測器44、46具有相同的構(gòu)造；但其中一個用作參考探針，而另一個用作掃描探針。
兩個探測器44、46的輸出端連接到相位偏移器件52的獨(dú)立輸入端，相位偏移器件52起到相位監(jiān)視器的作用。兩個探測器單元電壓之間的相位差用作漏電指示器。相位偏移器件的輸出信號通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器54輸送到個人電腦(PC)或類似的儀器中。
兩個探測器44、46可以支承在圖8所示的三角形滑動架56上，因此在位置控制器58的控制下可以穿過定子內(nèi)部，如RU 2082274 C1所示。
然而，這種裝置具有若干缺點(diǎn)。它對因探針位置引起的間隙變化十分敏感。測量信號的大小和相位對疊片與探針之間的間隙(間隙變化是因疊片表面粗糙度引起的固有局限性)十分敏感。即Vsense的大小∝1/間隙；Vsense的相位∝tan-1(常數(shù)/間隙)在定子芯部的端部梯級區(qū)域(比如參見圖12)中進(jìn)行掃描和診斷更加困難，因?yàn)檫@位置使得難以在保持端部梯級區(qū)域中恒定間隙的同時進(jìn)行掃描。
而且，很難構(gòu)想出一種通用的探針設(shè)計方案。由于定子齒從定子的內(nèi)圓柱面向內(nèi)突出到定子內(nèi)部，所以彼此之間相互傾斜預(yù)定的角度。因此，平直鐵磁芯50必須略帶角度而形成很淺的V形，使得RU 2082274 C1中裝置的每個端部能夠放平在定子齒的頂部。隨著定子芯部直徑的變化，定子齒之間的角度和距離發(fā)生變化，因此淺V形的長度和角度都必須變化。齒數(shù)的變化還會引起兩個相鄰齒頂端之間所形成角度的變化，因此導(dǎo)致同樣的問題。
大多數(shù)水力發(fā)電機(jī)和大電動機(jī)的楔塊沉陷(wedge depression)長度小于200密耳。其它大電動機(jī)的楔塊沉陷中有凸起結(jié)構(gòu)，從而使有效楔塊沉陷長度減小。需要有一種探針設(shè)計方案，能夠解決已知探針的其中一項(xiàng)或多項(xiàng)缺點(diǎn)，并適用于楔塊沉陷長度小于200密耳或楔塊沉陷帶有凸起結(jié)構(gòu)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及一種探針，用來檢測有效楔塊沉陷不超過200密耳的電氣設(shè)備中異常情況。探針包括具有第一和第二檢測端部的探針芯部和纏繞在探針芯部周圍的檢測線圈。探針以無接觸的間隔關(guān)系布置在電氣設(shè)備相鄰部分的相對表面之間并至少一部分位于其上方，從而在芯部的第一和第二檢測端部與相應(yīng)的相對相鄰表面之間形成第一和第二空氣隙。
本發(fā)明的第二方面涉及一種探測裝置，用來檢測有效楔塊沉陷不超過200密耳的電氣設(shè)備中異常情況。這種探測裝置包括用來支承探針和使探針移動到新位置的機(jī)構(gòu)，所述探針具有帶探測端部的芯部和纏繞在芯部周圍的線圈，探針相對于所述相對表面移動到新的位置并在新位置檢測漏磁通。用來支承探針的機(jī)構(gòu)可以使芯部的探測端部以無接觸的間隔關(guān)系保持在構(gòu)成電氣設(shè)備一部分的部件相對表面之間并至少一部分位于其上方，漏磁通從所述部件穿過。
本發(fā)明的還有一方面涉及一種探測裝置，用來檢測有效楔塊沉陷不超過200密耳的電氣設(shè)備中異常情況。這種探測裝置包括探針和探針滑動架，所述探針具有漏磁通穿過的結(jié)構(gòu)。探針包括具有第一和第二檢測端部的探針芯部和纏繞在探針芯部周圍的檢測線圈。探針滑動架包括連接到探針的探針延伸件和至少一個用來調(diào)節(jié)探針位置的位置調(diào)節(jié)螺絲，使探針以無接觸的間隔關(guān)系位于電氣設(shè)備相鄰部分的相對表面之間并至少有一部分位于其上方，從而在芯部的第一和第二檢測端部與相應(yīng)的相對相鄰表面之間形成第一和第二空氣隙。
本發(fā)明的另一方面涉及一種系統(tǒng)，用來檢測有效楔塊沉陷不超過200密耳的電氣設(shè)備中異常情況。這種系統(tǒng)包括探針和探針滑動架，所述探針包括用具有高起始磁導(dǎo)率和高電阻率特征材料制成的芯部和纏繞在芯部周圍的線圈，所述探針滑動架用來支承探針，使得芯部的檢測部分以無接觸的間隔關(guān)系保持在電氣設(shè)備的預(yù)定相對表面之間并至少一部分位于其上方，因此芯部的檢測部分暴露于電氣設(shè)備產(chǎn)生的漏磁通中，所述漏磁通在相對表面之間穿過并通過相對表面與芯部檢測部分之間形成的空氣隙。這種系統(tǒng)還包括激勵繞組和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述激勵繞組可拆卸地布置在電氣設(shè)備上并有效地與激勵電壓源相連，用來在電氣設(shè)備的電路中引發(fā)磁通量，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有效地與激勵繞組和探測器線圈相連，用來監(jiān)測探測器的輸出信號并檢測電氣設(shè)備可引起漏磁通變化的漏電。
本發(fā)明的另一個方面涉及一種用來檢測有效楔塊沉陷深度不超過200密耳的電氣設(shè)備中漏電的方法。這種方法包括將探針以無接觸的間隔關(guān)系支承在構(gòu)成設(shè)備一部分的部件相鄰表面之間并至少一部分位于其上方，所述探針具有實(shí)心芯部和纏繞在芯部周圍的線圈，漏磁通穿過所述部件的相鄰表面，并使電氣設(shè)備激勵到預(yù)定的水平，該預(yù)定水平低于正常工作水平以產(chǎn)生漏磁通。這種方法還包括利用探針檢測在所述相對表面之間產(chǎn)生的漏磁通，使探針相對于所述相對表面移動到新的位置并在新位置檢測漏磁通，以及監(jiān)測探針輸出信號的波動并檢測當(dāng)探測到異常漏磁通時的漏電。
通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所作的詳細(xì)介紹，將更加容易理解本發(fā)明的這些和其它的優(yōu)點(diǎn)及特征。


圖1是定子芯部的示意性透視圖，探測器裝置的實(shí)施例可應(yīng)用于這樣的定子芯部；圖2和3分別是定子疊片的側(cè)視圖和前視圖，示出了用若干個絕緣薄鋼疊片構(gòu)成定子芯部的方式，這些疊片通過燕尾槽和鍵條連接到定子框架上；圖4是正在用EL CID型探測器裝置檢查的兩個定子齒的示意性前視圖，示出了當(dāng)沒有與定子齒有關(guān)的漏電時所產(chǎn)生的漏磁通；圖5是正在用EL CID型探測器裝置檢查的兩個定子齒的示意性前視圖，示出了當(dāng)存在與定子齒有關(guān)的漏電時所產(chǎn)生的漏磁通；圖6是透視圖，示出了在本說明書開頭段落中提到的現(xiàn)有技術(shù)的RU 2082274 C1探測器裝置；圖7是示意圖，示出了RU 2082274 C1裝置的兩個探測器布置在定子芯部中的方式以及與測試過程有關(guān)的電路系統(tǒng)；圖8是在RU 2082274 C1公開的可用于探測器的現(xiàn)有技術(shù)滑動架裝置；圖9是示意性前視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例的探針或探測器的運(yùn)用，而且還示出了沒有漏電的情況下所產(chǎn)生的漏磁通；圖10是與圖9類似的示意性前視圖，但示出了發(fā)生漏電而使漏磁通相應(yīng)變化的情況；圖11是示意性前視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的支承和移動圖9和10中探測器/探針裝置的滑動架；圖12是示意圖，示出了圖9和10的探測器穿過定子朝齒直徑減小的端部梯級區(qū)域移動；圖13是電路圖，示出了可用于圖9和10中的探測器/探針以檢測漏通量波動的電路布置的實(shí)例；圖14和15是定子的示意圖，示出了激勵線圈如何相對探測器位置布置以減少檢查定子時的噪聲；
圖16是矢量圖的示例，示出了無故障或正常芯部系統(tǒng)的的特性；圖17是示意性組合圖，示出了探測器位置以及從正常疊片裝置得到的信號；圖18是矢量圖的實(shí)例，示出了當(dāng)檢測到下楔塊漏電情況時的相矢量圖；圖19是示意性組合圖，示出了探測器位置以及當(dāng)檢測到下楔塊漏電情況時得到的信號；圖20是矢量圖的實(shí)例，示出了當(dāng)檢測到表面漏電情況時的矢量圖；圖21是示意性組合圖，示出了探測器位置以及在有表面漏電情況下得到的信號；圖22和23分別是平面圖和前視圖，示出了支承和移動圖9和10中探測器/探針裝置的滑動架的另一個可供選擇的示范實(shí)施例；圖24是示意性前視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明另一個示范實(shí)施例的用來支承和移動圖9和10中探測器/探針裝置的滑動架；圖25是示意性前視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一方面布置在定子中的圖9、10和24中的探測器/探針；圖26是示意性前視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示范實(shí)施例布置在定子中的探針或探測器；圖27是圖26中探針的透視圖；和圖28是示意性前視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面布置在定子中的圖26和27的探針。
具體實(shí)施例方式
簡單地，所公開的本發(fā)明實(shí)施例包括探針，探針包括芯部和圍繞芯部的檢測線圈。芯部以無接觸的間隔關(guān)系布置在設(shè)備的相對表面之間。這些表面可以是定子相鄰疊片齒的側(cè)壁。在芯部端部和所述相對表面之間仔細(xì)地保持很小的空氣隙。探針位置的影響被減到最小，因?yàn)榭諝庀妒遣蛔兊摹Ｌ结樦С性诨瑒蛹苌隙軌蛟诙ㄗ育X之間往前移動。激勵繞組將定子激勵到正常激勵水平的百分之幾，并對定子所產(chǎn)生漏磁通的變化進(jìn)行監(jiān)測。
圖9-13示出了本發(fā)明的說明性實(shí)施例。在這種裝置中，探測器或探針100包括布置在檢測線圈104中的鐵磁性檢測芯部102。檢測線圈104與圖13中示意性所示的電路布置106相連。檢測芯部102相對于疊片齒37布置，因此在相鄰齒的相對表面與檢測芯部102的相應(yīng)端部之間形成空氣隙108、109(在圖11中清楚示出)，其中探針100布置在相鄰齒之間。
這種探針裝置在檢測故障時具有增強(qiáng)的多用性和可靠性，能夠減少掃描時間，而且易于操作。低水平定子芯部激勵的基本原理與上述EL CID試驗(yàn)中的類似，但是使用芯部探針來檢測楔塊沉陷區(qū)中的信號。
使用具有磁性材料芯部的探針能夠顯著增加信號水平，因?yàn)檫@種探針為磁通量提供了低磁阻路徑。由于探針中的高磁通量集中，所測得的探針電壓比空心探針如Chattock線圈高二至三個數(shù)量級，因此能夠提高電壓測量的信噪比。探針布置在楔塊沉陷區(qū)中，探針每一側(cè)總的空氣隙最多為200密耳。
保持這些空氣隙對于減小摻入探針輸出信號中的噪聲很重要。
激勵系統(tǒng)如圖13所示，定子芯部30與激勵系統(tǒng)190有效地連接。這種激勵系統(tǒng)190對于漏電激勵在定子芯部30的磁軛中產(chǎn)生一環(huán)磁通。激勵系統(tǒng)由自耦變壓器191和激勵繞組13構(gòu)成。可以使用包括120/240伏單相自耦變壓器和激勵繞組的激勵系統(tǒng)。或者，也可以使用單相自耦變壓器和具有至少20安培導(dǎo)電能力的電纜來激勵芯部。
在構(gòu)成電路布置106一部分的個人電腦(PC)中運(yùn)行的軟件程序計算并顯示激勵繞組匝數(shù)(2至7)和產(chǎn)生需要的芯部磁通量的激勵電壓。為了實(shí)施檢查，激勵通量比如可以控制在大約0.075特斯拉(額定通量的3-4％)，而激勵頻率可以控制在大約50/60赫茲。然而，本發(fā)明的這一實(shí)施例并不限于這些參數(shù)，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以使用其它各種參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的這一實(shí)施例，激勵電壓和匝數(shù)的計算基于發(fā)電機(jī)定子芯部30的尺寸。用于計算電壓和匝數(shù)的參數(shù)是計算循環(huán)磁通量有效面積所需的參數(shù)，在下面列出了其中一些實(shí)例。
1)內(nèi)徑/半徑(ID/IR(英寸))2)外徑/半徑(OD/OR(英寸))3)齒長(TL(英寸))4)芯部長度(CL(英寸))所有這些參數(shù)可以從發(fā)電機(jī)的設(shè)計說明書中得到或者能夠方便地測量。除非另作說明，有效芯部長度可以認(rèn)為是芯部長度的大約10-90％，因?yàn)閮?nèi)部間隔塊和絕緣體必須考慮在內(nèi)。
在現(xiàn)場試驗(yàn)中已經(jīng)觀察到當(dāng)在靠近激勵繞組31的槽中掃描或當(dāng)使用內(nèi)部照明時，由于干涉，噪聲將使探針獲得的信號失真。因此，建議除去所有照明設(shè)備(或類似的電氣設(shè)備)，而且在掃描期間應(yīng)至少有一次將激勵繞組31移動到定子芯部30上與正在掃描側(cè)相對的一側(cè)以遠(yuǎn)離探針，如圖14和15所示，從而使精確測量更加容易。
探針滑動架系統(tǒng)為了使掃描更加容易，探針支承在滑動架系統(tǒng)上。在圖11中示出了滑動架系統(tǒng)的一個實(shí)例。在這種裝置中，滑動架200用來使探針在沿軸向掃描時懸掛在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｐ≤?其構(gòu)成滑動架系統(tǒng)的一部分)與發(fā)電機(jī)定子齒以及探針與小車的準(zhǔn)確定位和對準(zhǔn)對于實(shí)現(xiàn)精確測量十分重要。
選擇適當(dāng)?shù)奶结槍挾纫谛盘査胶蛼呙璺奖阈灾g進(jìn)行折衷。增加探針寬度(即減少空氣隙)會提高信號水平，但也會增加探針芯部102與定子齒37接觸的可能性。接觸當(dāng)然會使信號帶有噪聲。已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)為了確保良好的信號測量和掃描(非接觸)的方便性，探針寬度大約為槽寬減150至200密耳。舉例來說，如果槽厚為1.286英寸(32.66毫米)，那么探針的適當(dāng)寬度應(yīng)當(dāng)在1.10英寸(27.94毫米)至1.15英寸(29.21毫米)之間。
如圖11所示，小車滾輪213的寬度和角度可以通過轉(zhuǎn)動相應(yīng)的調(diào)節(jié)螺絲210、212進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得小車導(dǎo)向板214與定子齒37的外側(cè)適貼配合以防止小車傾倒，而探針懸掛在定子齒37之間。探針100應(yīng)當(dāng)牢固地連接在探針延伸件216上以防止產(chǎn)生搖動而使測量數(shù)據(jù)變得不一致。
在將探針100固定到探針延伸件216上之后，應(yīng)當(dāng)通過調(diào)節(jié)兩個位置調(diào)節(jié)螺絲218使探針100位于楔塊沉陷區(qū)中，如圖11所示。探針100的鋼制部分最好位于槽中央并且略微高于槽楔。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明的這一實(shí)施例所要測量的兩個參數(shù)是探針電壓和激勵電流。這些參數(shù)可以用市場上能夠買到的硬件進(jìn)行測量，比如使用由IOtech公司銷售的WavebookTM516便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
軟件程序控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)置，并處理、顯示和存儲通過掃描每個槽獲得的數(shù)據(jù)。這種軟件設(shè)備包括參數(shù)輸入屏幕和主程序屏幕。參數(shù)輸入屏幕記錄與試驗(yàn)信息有關(guān)的細(xì)節(jié)和發(fā)電機(jī)尺寸。激勵繞組的匝數(shù)和激勵電壓是根據(jù)發(fā)電機(jī)尺寸計算和顯示的。主程序屏幕顯示測量信號和處理過的信號。
結(jié)果分析矢量圖用來表示疊片間芯部故障系統(tǒng)的狀態(tài)。在圖16中示出了這樣矢量圖的一個實(shí)例。在這一系統(tǒng)中，Ve、Ie和θe分別代表激勵電壓、電流和磁通量，而Vs、Vse是測得的探針電壓和因激勵引起的探針電壓。
對于正確構(gòu)造、沒有故障的無缺陷(正常)疊片，Vs和Vse相等，如圖16中所示。
軟件以均方根值(RMS)顯示測得的探針電壓值Vs以及探針電壓和激勵電流導(dǎo)數(shù)之間的相位角θ。兩個信號都是根據(jù)測得的探針電壓和電流計算的，而且兩個信號都考慮以確定漏電的存在、嚴(yán)重程度及位置。對于正常的疊片，在圖17中示出了理想的測量信號和通量分布。電壓值的突降是由內(nèi)部間隔塊引起的。除了當(dāng)經(jīng)過內(nèi)部間隔塊時，電壓值是不變的，而所述角度在整個掃描過程中保持不變。當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑信號時，可以對內(nèi)部間隔塊處的突降計數(shù)以估計漏電的近似位置。
當(dāng)槽的內(nèi)部存在漏電時，因漏電電壓Vf引起的通量分布變化產(chǎn)生漏電電流If，其所引起的額外漏電磁通分量Φf使通過探針的通量發(fā)生變化。在圖18中示出了下楔塊漏電情況的矢量圖，其中Vsf是測得的因漏電引起的探針電壓分量，而Vs是測得的探針電壓。
所測得的探針電壓可以認(rèn)為是因激勵通量引起的電壓分量和圖18中所示由于下楔塊漏電而產(chǎn)生的漏電通量的相量和。這種漏電情況下的典型波形和通量分布在圖19中示出。從圖19可以看出，在這種漏電情況下探針電壓值的變化(即增大)十分明顯，但角度變化卻很小。當(dāng)漏電在槽楔燕尾和齒根之間時，其漏電特征類似。
圖20示出了在表面漏電情況下(齒尖漏電)的矢量圖。表面漏電和下楔塊漏電之間的主要區(qū)別是探針中的漏電通量與激勵通量相反，如圖21所示。結(jié)果，探針電壓值減小而且角度顯著變化。
從上述實(shí)例可以知道，通過與正常特征的任何偏離能夠確定漏電的存在。漏電位置可以根據(jù)電壓值和角度特征來確定。已經(jīng)注意到電壓值和角度變化都隨漏電的嚴(yán)重程度而增大。
作為上述探針小車的一種可供選擇的方案，可以使小車或類似的小型自動車輛以圖22和23中示意性所示的方式在槽楔頂部行駛。在這種情況下，小車或車輛200S支承在滾輪223上，而且還設(shè)有沿定子齒37的內(nèi)側(cè)表面滾動的側(cè)邊滾輪224，探針100布置在定子齒37的內(nèi)側(cè)表面之間?？梢哉{(diào)整側(cè)邊滾輪224以適應(yīng)定子齒37內(nèi)側(cè)表面之間的距離變化。側(cè)邊滾輪224可以是彈簧加載的，使得能夠?qū)Σ煌g隔的定子齒自動進(jìn)行調(diào)整。探針芯部的長度也是可以調(diào)整的。
這種小車可以是完全自動的并裝有其專用的獨(dú)立電源(如電池)，帶有用來將檢測到的通量數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)端站的傳送器。通過在適當(dāng)?shù)念l率范圍內(nèi)傳遞，數(shù)據(jù)可以傳遞到遠(yuǎn)端站而不會受噪聲等的影響。
與EL CID探測器裝置中使用的空氣芯部不同，這種探針芯部是實(shí)心的，最好用易于加工的材料制成，即，不要太硬，也不要太軟，易于成形，在低磁通量下表現(xiàn)出高的初始磁導(dǎo)率，并具有高電阻率特性。芯部102可以用復(fù)合材料、適當(dāng)?shù)膯畏N材料如金屬制成，或者由固定在一起的疊片構(gòu)成。舉例來說，可以使用適當(dāng)?shù)匿?，并且可以將這種材料制成的片(或用不同材料制成的片的混合物)結(jié)合在一起以達(dá)到所要求的形狀和使用壽命，以及上述在低磁通量下的高初始磁導(dǎo)率和高電阻率特征。芯部可以設(shè)計成任何適當(dāng)?shù)男螤疃幌抻谇懊鏋榱苏f明簡單所示出的基本上是圓柱形的形狀。
探針并不限于使用單個芯部或單個線圈，而是可以使用多個芯部和線圈。所有芯部不必都通過一個線圈，而且能夠在空氣隙108和109中達(dá)到所要求的磁通量靈敏度的裝置都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。探針的線圈不必布置在定子齒之間，而且芯部可以設(shè)計成使其探測部分延伸到相鄰齒之間的空隙中以形成所必需的探測部分-空氣隙相互關(guān)系。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到空氣隙108和109不必相等，而且探針相對于定子齒37的側(cè)面可以有少量移動。假使空氣隙108和109的總和保持不變，而且芯部端部與定子齒之間不發(fā)生直接接觸，那么就可以得到精確的磁通量探測結(jié)果。
探針并不限于被定子齒37的側(cè)壁完全包圍的結(jié)構(gòu)形式。線圈104和探針100的其它部分可以按要求設(shè)計并布置在定子齒37水平面的上方，而芯部102的適當(dāng)延伸部分向下突出到由定子齒37的側(cè)壁構(gòu)成的空隙中，從而形成空氣隙108和109。
參考圖24，圖中示出了根據(jù)另一個示例性實(shí)施例的用來支承和移動圖9和10中探測器/探針裝置的滑動架。圖24中示出的滑動架是為水力發(fā)電機(jī)或其它電動機(jī)設(shè)計的，這些設(shè)備沒有楔塊沉陷或楔塊沉陷較淺，即楔塊沉陷等于或小于大約200密耳。或者，圖24中的滑動架可以用于具有任何深度楔塊沉陷的電動機(jī)，但是這種電動機(jī)還具有使有效楔塊沉陷減到最小的凸起結(jié)構(gòu)。如圖所示，定子齒137之間的槽楔處于這樣的位置，使得楔塊沉陷小于圖11中所示的楔塊沉陷?；瑒蛹?00類似于圖11中示出的滑動架200，但有以下差異。滑動架300包括探針延伸件316，其與探針延伸件216(圖11)的不同之處在于設(shè)有探針位置調(diào)節(jié)螺絲218的長孔延長，使得能夠?qū)⑻结?00移動到定子齒137之間槽楔上方的適當(dāng)位置?；蛘撸梢詫⑻结樠由旒?16縮短而長孔保持不變。
圖25示出了本發(fā)明的另一個方面。某些楔塊沉陷較淺或沒有楔塊沉陷的設(shè)備包括帶有凸起部分的槽楔。盡管如此，探針100可以準(zhǔn)確地定位在這種槽楔的上方，并由空氣隙108、109與定子齒137的相鄰表面隔開。探針100相對于定子齒137的位置可能導(dǎo)致漏通量在沒有漏電的情況下穿過探針100。大部分漏通量穿過芯部102，但有很少量的漏通量穿過線圈104。為了便于說明在圖25中沒有示出滑動架裝置。
圖26-27示出了本發(fā)明的另一個說明性實(shí)施例。探針350包括纏繞在芯部352周圍的線圈354。芯部352包括一對側(cè)裙356。裙邊356使得探針350能夠更加接近定子齒137的內(nèi)表面并對線圈354提供保護(hù)。而且，裙邊356使得探針端部能夠更加接近定子齒137的內(nèi)表面，從而提高測量靈敏度。
圖28示出了布置在具有凸起部分的槽楔上方的探針350。當(dāng)探針350這樣布置時，漏通量穿過空氣隙108，穿過裙邊356進(jìn)入線圈354，穿過另一個裙邊356而穿過空氣隙109。
雖然已經(jīng)結(jié)合一些實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)介紹，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明并不限于這些公開的實(shí)施例。相反地，在不違背本發(fā)明精神和范圍的情況下可以對本發(fā)明作出修改以包括各種變型、替換或等效形式。而且，雖然已經(jīng)介紹了本發(fā)明的許多實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明的特征可以只是包括所介紹實(shí)施例的一部分。因此，本發(fā)明并不是由上述說明所限定，而只是由所附權(quán)利要求的范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種檢測裝置，可檢測有效楔塊沉陷不超過200密耳的電氣設(shè)備的異常情況，包括探針(100)，具有漏磁通可穿過的結(jié)構(gòu)，包括探針芯部(102)，具有第一和第二檢測端部；檢測線圈(104)，纏繞在所述探針芯部周圍；和探針滑動架(200、300)，包括探針延伸件(216、316)，連接在所述探針；和至少一個調(diào)節(jié)所述探針位置的位置調(diào)節(jié)螺絲(218)，使所述探針以無接觸的間隔關(guān)系位于所述電氣設(shè)備相鄰部分的相對表面(37、137)之間并至少一部分位于其上方，從而在所述芯部的所述第一和第二檢測端部與所述相對表面之間形成第一(108)和第二(109)空氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的檢測裝置，其特征在于，所述探針以無接觸的間隔關(guān)系位于所述電氣設(shè)備相鄰部分的相對表面之間并完全位于其上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述探針滑動架(200、300)還包括若干個輪子(213)，支承在垂直于所述相對相鄰表面的電氣設(shè)備表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測裝置，其特征在于，所述探針滑動架還包括一對寬度調(diào)節(jié)器(210、212)，用于調(diào)節(jié)所述若干個輪子中相對的輪子之間的寬度。
5.一種系統(tǒng)，用來檢測有效楔塊沉陷不超過200密耳的電氣設(shè)備的異常情況，包括探針(100)，包括用具有高初始磁導(dǎo)率和高電阻率特征的材料制成的芯部(102)和纏繞在所述芯部周圍的線圈；探針滑動架(200、300)，用來支承所述探針，使得所述芯部的檢測部分以無接觸的間隔關(guān)系保持在所述電氣設(shè)備的預(yù)定相對表面(37、137)之間并至少一部分位于所述相對表面的上方，因此所述芯部的所述檢測部分暴露于所述電氣設(shè)備產(chǎn)生的漏磁通中，所述漏磁通在所述相對表面之間穿過并通過所述相對表面與所述芯部的所述檢測部分之間形成的空氣隙(108、109)；激勵繞組(31)，可拆卸地布置在所述電氣設(shè)備上并有效地與激勵電壓源(190)相連，在所述電氣設(shè)備的電路中引發(fā)磁通量；和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可斷開地與所述激勵繞組和所述探測器線圈相連，用來監(jiān)測所述探測器的輸出信號并檢測所述電氣設(shè)備中引起所述漏磁通變化的故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探針滑動架還包括若干個輪子(213)，支承在垂直于所述相對相鄰表面的電氣設(shè)備表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探針滑動架還包括一對寬度調(diào)節(jié)器(210、212)，用于調(diào)節(jié)所述若干個輪子中相對的輪子之間的寬度。
全文摘要
一種探針(100)，可檢測楔塊沉陷不超過100密耳的電氣設(shè)備的異常情況。這種探針包括被檢測線圈(104)包圍的實(shí)心芯部(102)。芯部端部以無接觸的間隔關(guān)系布置在定子(37、137)相鄰疊片齒的相對表面之間并至少一部分位于所述相對表面的上方。在探針芯部端部和所述相對表面之間保持空氣隙(108、109)。兩個空氣隙的總和是不變的。探針支承在滑動架(200、300)上能夠沿定子齒移動。激勵繞組(31)將定子激勵到正常激勵水平的百分之幾，并對定子產(chǎn)生的漏磁通的變化進(jìn)行監(jiān)測。
文檔編號G01N27/83GK1619315SQ200410095700
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者李相彬, G·B·克利曼, W·T·摩亞 申請人:通用電氣公司