旋转电机槽楔松动检测方法 一、所属技术领域
本发明属于电机技术领域，涉及电机的无损检测，特别涉及一种旋转电机槽楔松动检测方法。二、背景技术
电机在正常运行中，特别是在突然短路时，定子线棒的电流与槽内横向磁场的作用使得槽部线棒承受相当大的电磁力。当定子线棒在槽内发生松动时，该电磁力会使定子线棒在槽内发生电磁振动，对线棒的绝缘产生机械磨损。同时，由于线棒表面与槽之间的接触不稳固，会导致槽放电的加剧，长期腐蚀线棒表面绝缘。这些都会加速线棒绝缘的劣化，甚至在电机运行期间引发事故，导致非正常停机。为此，定子线棒嵌入定子槽以后，必须利用槽楔、垫条等将其紧固。从20世纪70年代以来各国制造厂在槽部固定方式上都有了很大改进，但槽楔松动的现象时常发生。因此，槽楔松动的检测对大电机的正常运行有着不可忽视的价值。
对于使用波纹板的槽部固定结构，传统地槽楔松动检测方法为人工检测法。该方法通过槽楔上事先打好的测量孔量取槽楔下波纹板的波峰与波谷之间的高度差，也即波纹板的形变量来估计槽楔的松动程度。考虑到槽楔的机械强度要求以及人力资源的限制，大电机内部只有部分槽楔带有测量孔，也就是说，槽楔松动的人工检测法只能针对有孔的槽楔进行，而不是大电机内部所有的槽楔。因此，人工检测法无法对大电机内槽楔松动的状态进行整体检测，而且检测结果受人为因素影响较大，检测过程也费时费力。三、发明内容
针对上述检测方法存在的缺陷或不足，申请人在研究检测大型发电机主绝缘老化状态的课题时，发明了应用声学技术对大型发电机的主绝缘老化状态进行检测的基于小波变换的电机绝缘老化诊断方法及其装置，并申请了中国专利，专利申请号：0213942503，申请日2002年9月13日；本发明的目的就是利用上述专利的发明思想，提出一种采用声学技术检测大型旋转电机槽楔松动的检测方法，并根据上述的检测方法，研制开发出一套数字化槽楔松动检测系统，该系统即针对使用波纹板的槽部固定结构进行槽楔松动的检测。
本发明的检测大型旋转电机槽楔松动的检测方法，包括以下各步骤：1)由冲击源产生冲击力敲击大型旋转电机的定子槽楔；2)采用声传感器接收槽楔在冲击力作用下辐射的声波，并对产生的声波进行采样；3)对采集到的信号进行保持，数字化后再进行数据处理；对得到的声信号进行频谱分析，求取声信号的主频率值，与设定好的阈值相比较，判断槽楔的松动状态。
上述频谱分析是，采用快速傅里叶变换(FFT)对声信号进行频谱分析，求取频谱中幅值最大处对应的频率值，即为声信号的主频率值fM；
阈值是预先根据需要检测的旋转电机的类型设定，包括松动槽楔阈值AL和紧固槽楔阈值AT，当由某一槽楔检测到的声信号主频率值：
fM≥AL时，该槽楔即可判定为松动槽楔；
fM≤AT时，该槽楔即可判定为紧固槽楔；
AT＜fM＜AL时，该槽楔处于松动和紧固的中间状态，可判定为观察槽楔，此时对该槽楔应给予一定的注意。
由于本发明的检测系统采用微机控制冲击锤，每次敲击的力度基本一致；采用声传感器接收信号，所接收到的信号经过预处理后输入计算机，由测试软件进行数据处理，因此整个测试过程都与检测人员的状态无关。声传感器安装在一个空气耦合腔内，该耦合腔体对外界噪声具有屏蔽效果，避免了现场环境对本系统检测结果的影响。另外，该检测系统可以对整个大电机内所有的槽楔进行检测，而不仅仅局限于带有测量孔的槽楔，所有检测结果均实时显示在液晶屏幕上，并由一语音芯片直接说出检测结果，为大型旋转电机的槽楔松动状态提供全面而又直观的信息。总而言之，该检测系统避免了人工检测法的诸多缺点，给出了可以反复查询的数据记录，以便随时跟踪各个槽楔松动的规律，为大电机的正常运行及故障诊断提供更加丰富且全面的数据。系统为便携式，操作界面简单，显示、存储、处理、分析功能强，可方便地应用于现场检测。
对槽楔施加一定冲击力后，槽楔产生振动，向外辐射声波。根据板的振动特性可以看出，该声波的频率与槽楔的边界条件密切相关。当槽楔在槽内松动后，波纹板基本无任何形变，槽楔在受到冲击力后产生振动并辐射具有一定频率的声波，此时波纹板施加在槽楔上的作用力可以忽略不计；当定子槽楔固定稍紧，也即槽楔下的波纹板发生一定量的形变时，槽楔受到垂直向上的弹性力作用，其在冲击力作用下产生振动的边界条件发生变化，导致槽楔振动时辐射的声波频率也发生变化；随着槽楔进一步紧固，槽楔下波纹板的形变量继续加大，波纹板对槽楔底部施加的弹性力也加大，因而槽楔在冲击力作用下振动辐射的声波频率进一步发生变化。四、附图说明
图1是本发明的旋转电机槽楔松动检测系统的结构图；
图2是本发明的旋转电机槽楔松动检测系统的组成；其中A-冲击源 B-声检测仪；
图3是冲击源结构示意图；
图4是本发明的控制软件流程图；
图5是本发明的旋转电机槽楔松动检测系统的软件主界面也是本发明的一个实施例的演示图。五、具体实施方式
以下结合附图和发明人依上述技术方案所完成的实施例对本发明作进一步的详细描述。
根据上述方法设计出的旋转电机槽楔松动检测系统，该系统结构如附图1所示。
研制的旋转电机槽楔松动检测系统包括冲击源，信号检测电路，数据处理和显示部件以及与各部分相连的数控板和相应的控制软件所组成。冲击源由直流线圈，腔体，冲击小球和声传感器组成；声信号检测电路由脉冲放大器、采样脉冲源、采样保持电路和滤波器构成；数据处理和显示部件包括微型计算机、键盘、D/A、A/D接口板和显示器。
下面对本检测系统的组成作一个说明。
图2是本检测系统的组成。
本检测系统由冲击源和声检测仪组成。
冲击源利用直流线圈通电时产生的电磁力来敲击旋转电机定子槽楔表面。声传感器以空气耦合的方式接收槽楔在冲击力作用下辐射的声信号，冲击源结构示意图如图3所示，下面是对此结构中各部分的说明：
1是直流线圈，通电后可以产生电磁吸力，使得冲击小球3敲击槽楔表面。由于流过直流线圈的电流可调，所产生的电磁吸力随该电流的改变而改变，因而冲击小球敲击槽楔表面时所产生的冲击力也可以调节。
2是腔体，用于屏蔽外界噪音。
3是冲击小球，用于敲击槽楔表面，该小球在敲击前的高度可以上下垂直调节。
4是声传感器，用于接收槽楔辐射的声波，该声传感器的高度也可以上下垂直调节。
声检测仪包括了信号检测电路、数据处理和显示部件以及与各部分相连的数控板和相应的控制软件。该检测仪实现了对冲击源的控制、声信号的采集以及模数转换，并对采集到的声信号进行数据处理和分析，将检测结果直接显示于屏幕上。
该控制软件的流程如图4所示。当进行电机槽楔松动的检测时，控制软件首先进行硬件和软件的初始化，然后对采集的数据分别进行频域、时域和小波分析，其中频域分析采用快速傅里叶变换(FFT)；时域分析采用短时能量分析；小波分析采用离散二进小波变换，并将结果进行显示。当需要继续检测时，重复上述过程。
本发明的旋转电机槽楔松动检测系统可以快速实现对大型旋转电机槽楔松动的检测，大大节省了人工检测时所耗费的时间和人力，并为大电机的状态维修提供更为丰富的数据。该系统采用全中文菜单设计，所有硬件均由软件控制调节，操作简便直观，可以使没有经验的操作人员也能现场进行大型旋转电机槽楔松动的检测。该系统具有以下特点：
(1)智能化，整个检测系统操作简便，操作人员只需从PC输入检测指令，整个系统即可完成检测，并将结果实时显示到液晶屏幕上，同时由一语音芯片直接说出检测结果。
(2)数据可长久保存，历次的检测结果均可存盘，并可随时调用查看，以方便技术人员进行分析。
(3)便携式，考虑到现场应用的需要，本系统重量轻，易于携带。
(4)检测结果准确，系统在应用前，均需在现场进行校准，以达到检测结果的准确性。另外，该系统从检测开始到结果输出均由计算机控制完成，其检测结果客观，可信度高。
(5)抗干扰性，考虑到现场噪音的干扰，系统在信号接收处设计了抑制噪音的结构，并且该系统可以实现软件滤波和硬件滤波，两者结合起来即可以有效的滤除现场干扰，保证检测系统的稳定性和准确性。实施例：
图5是本发明的旋转电机槽楔松动检测系统在平顶山姚孟电厂一号机(300MW/18kV)B相15槽测得定子槽楔松紧状况示意图。该电机槽内一共有30块槽楔。图5的波形显示区域显示的是某一紧固槽楔的声信号图。在图中的槽 楔松紧整体状况图形显示区域中，检测系统所显示的红色部分表示此处槽楔已经发生松动，灰色表示此处槽楔紧固，而黄色则表示此处槽楔处于松动和紧固的中间状态，此时对该槽楔应给予一定的注意。根据计算机给出的槽楔松紧整体状况图，技术人员可以结合现场运行情况对需要重新紧固的槽楔号做出正确的判断。