一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法

摘要

本发明涉及一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，该方法首先利用端部点云数据生成最小二乘意义上的拟合平面；然后通过特征点的提取对齐，实现多次同部位点云数据的配准，利用偏差数据彩图实现实现磨损值的4D可视化对比与测量。与现有技术相比，本发明有效解决了现有检测手段无法检测出早中期程度的绝缘表面磨损缺陷的问题。

权利要求

1.一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，其特征在于，该方法首先利用端部点云数据生成最小二乘意义上的拟合平面；

然后通过特征点的提取对齐，实现多次同部位点云数据的配准，利用偏差数据彩图实现磨损值的4D可视化对比与测量；

所述的方法具体包括以下步骤：

第一步，采集前期特征点云数据；

第二步，采集后期特征点云数据；

第三步，通过基于特征点信息的点云数据拼接方法及绝缘磨损评估方法，进行发电机定子绝缘表面变形磨损4D检测诊断；

所述的采集前期特征点云数据具体为：在前期发电机停运检修时，在定子端部的线棒绝缘表面采集部位均匀随机地选取5‑10个点，利用测量臂采集定子端部绝缘部位的精细化点云数据及相关特征点信息；

所述的绝缘磨损评估方法包括：

第一阶段：磨损初步检测；

第二阶段：磨损范围界定；

第三阶段：磨损针对化检测；

所述的第二阶段：磨损范围界定具体为：首先，在初步得到的磨损值分布区间的基础上，考虑到取样点的随机性，可能会漏掉磨损值较大的点，因此选取测出的磨损分布区间15倍大小的区间作为初始磨损区间，用来生成该区间基准下的磨损偏差数据图；

然后，根据偏差数据彩图的结果适当调整磨损范围区间的边界值，重新生成相应区间基准下的磨损偏差数据彩图；

重复上述步骤，直到生成的偏差数据彩图中不同颜色均有分布，可充分反映出相应范围内的绝缘磨损情况为止，并以该磨损区间作为最终的磨损区间取值，并以相应的偏差数据彩图作为该区域磨损值测量结果。

2.根据权利要求1所述的一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，其特征在于，所述的采集后期特征点云数据具体为：在发电机正常工作设定时间后，进行后期数据采集工作，此次数据采集需要针对前期采集的绝缘部位进行再次精细化测量，采集仪器仍为测量臂，并同时采集与前期相同的特征点信息。

3.根据权利要求1所述的一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，其特征在于，所述的基于特征点信息的点云数据拼接方法具体为：结合采集前期基准数据与后期比对数据的特征点信息，拼接点云，其中点云拼接依据两次特征点坐标值的对应关系进行。

4.根据权利要求1所述的一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，其特征在于，所述的第一阶段：磨损初步检测具体为：选择在所采集区域中的定子端部线棒表面均匀的随机选取若干点，并测量这些点同基准点云间的偏差，依据这些点的磨损值得出该绝缘表面的绝缘磨损值大概分布区间。

5.根据权利要求4所述的一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，其特征在于，所述的初始磨损区间，根据偏差数据彩图的结果适当调整磨损范围区间的边界值：如果颜色种类大于设定的上限，但集中在设定数值以下的几种颜色上，则表明区间偏大，需减小磨损区间边界；反之，如果颜色种类小于设定的下限，表明区间偏小，需增大区间边界值，直到颜色分布均匀，可充分反映出相应范围内的绝缘磨损情况为止。

6.根据权利要求1所述的一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，其特征在于，所述的第三阶段：磨损针对化检测具体为：在最终得到的偏差数据彩图中，找出磨损较为严重的区域，并依据相应的颜色分布找到对应的磨损值区间，通过调整磨损区间的下限值，可实现超过设定阈值的磨损部位偏差数据彩图的生成，彩图对应的部位即为需要重点进行检查的磨损部位，同时，对于磨损严重部位中的点进行针对性的单点测量，并根据测量得到的结果生成相应的测量报告。

说明书

一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发电机绝缘诊断领域，尤其是涉及一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法。

背景技术

[0002] 发电机端部绝缘状态水平直接影响运行可靠性。精确、高效地实现发电机端部绝缘磨损缺陷检测与评估，对提高发电机运行的稳定性与可靠性具有重要的意义。故障统计
结果表明发电机端部绝缘缺陷磨损损伤是引起其绝缘故障的重要因素。当前，耐压试验是
现场评估绝缘性能的最主要的技术手段，工程实践已证明，耐压试验发现绝缘层磨损变薄
缺陷的有效性较差，只能发现绕组端部绝缘遭到严重破坏，不能检测出早中期程度的绝缘
表面磨损缺陷。随着绝缘技术的发展，绝缘层越来越薄，绝缘层发生磨损变薄至失效前可观
测的几何形态变化较小，靠人工目测检查已不可行，急需寻求绝缘材料变形变薄精确的量
化检测与评估技术，提高发电机绝缘缺陷诊断的全面性和有效性。伴随空间几何形状高精
密传感技术及数据可视化展示技术的进步，出现的4D测量技术为解决当前困扰提供了可
能。4D测量技术不仅可实现发电机绝缘表面磨损的直接精细量化评估，而且还可实现表面
磨损位置、速度的图像可视化对比评估。

发明内容

[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法。

[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0005] 一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损检测诊断方法，该方法首先利用端部点云数据生成最小二乘意义上的拟合平面；

[0006] 然后通过特征点的提取对齐，实现多次同部位点云数据的配准，利用偏差数据彩图实现实现磨损值的4D可视化对比与测量。

[0007] 优选地，所述的方法具体包括以下步骤：

[0008] 第一步，采集前期特征点云数据；

[0009] 第二步，采集后期特征点云数据；

[0010] 第三步，通过基于特征点信息的点云数据拼接方法及绝缘磨损评估方法，进行发电机定子绝缘表面变形磨损4D检测诊断。

[0011] 优选地，所述的采集前期特征点云数据具体为：

[0012] 在前期发电机停运检修时，在定子端部的线棒绝缘表面采集部位均匀随机地选取5‑10个点，利用测量臂采集定子端部绝缘部位的精细化点云数据及相关特征点信息。

[0013] 优选地，所述的采集后期特征点云数据具体为：

[0014] 在发电机正常工作设定时间后，进行后期数据采集工作，此次数据采集需要针对前期采集的绝缘部位进行再次精细化测量，采集仪器仍为测量臂，并同时采集与前期相同
的特征点信息。

[0015] 优选地，所述的基于特征点信息的点云数据拼接方法具体为：

[0016] 结合采集前期基准数据与后期比对数据的特征点信息，拼接点云，其中点云拼接依据两次特征点坐标值的对应关系进行。

[0017] 优选地，所述的绝缘磨损评估方法包括：

[0018] 第一阶段：磨损初步检测；

[0019] 第二阶段：磨损范围界定；

[0020] 第三阶段：磨损针对化检测。

[0021] 优选地，所述的第一阶段：磨损初步检测具体为：

[0022] 选择在所采集区域中的定子端部线棒表面均匀的随机选取若干点，并测量这些点同基准点云间的偏差，依据这些点的磨损值得出该绝缘表面的绝缘磨损值大概分布区间。

[0023] 优选地，所述的第二阶段：磨损范围界定具体为：

[0024] 首先，在初步得到的磨损值分布区间的基础上，考虑到取样点的随机性，可能会漏掉磨损值较大的点，因此选取测出的磨损分布区间15倍大小的区间作为初始磨损区间，用
来生成该区间基准下的磨损偏差数据图；

[0025] 然后，根据偏差数据彩图的结果适当调整磨损范围区间的边界值，重新生成相应区间基准下的磨损偏差数据彩图；

[0026] 重复上述步骤，直到生成的偏差数据彩图中不同颜色均有分布，可充分反映出相应范围内的绝缘磨损情况为止，并以该磨损区间作为最终的磨损区间取值，并以相应的偏
差数据彩图作为该区域磨损值测量结果。

[0027] 优选地，所述的初始磨损区间，根据偏差数据彩图的结果适当调整磨损范围区间的边界值：如果颜色种类大于设定的上限，但集中在设定数值以下的几种颜色上，则表明区
间偏大，需减小磨损区间边界；反之，如果颜色种类小于设定的下限，表明区间偏小，需增大
区间边界值，直到颜色分布均匀，可充分反映出相应范围内的绝缘磨损情况为止。

[0028] 优选地，所述的第三阶段：磨损针对化检测具体为：

[0029] 在最终得到的偏差数据彩图中，找出磨损较为严重的区域，并依据相应的颜色分布找到对应的磨损值区间，通过调整磨损区间的下限值，可实现超过设定阈值的磨损部位
偏差数据彩图的生成，彩图对应的部位即为需要重点进行检查的磨损部位，同时，对于磨损
严重部位中的点进行针对性的单点测量，并根据测量得到的结果生成相应的测量报告。

[0030] 与现有技术相比，本发明为发电机端部绝缘的磨损位置、磨损状态的可视化量化评估提供了新技术，有效解决了现有检测手段无法检测出早中期程度的绝缘表面磨损缺陷
的问题。

附图说明

[0031] 图1为任意一点磨损值检测原理示意图；

[0032] 图2为本发明检测方法流程图。

具体实施方式

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发
明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实
施例，都应属于本发明保护的范围。

[0034] 本发明基于3D成像技术提出了一种发电机定子端部绝缘表面变形磨损的4D检测诊断方法；本发明首先利用端部点云数据生成最小二乘意义上的拟合平面，然后通过特征
点的提取对齐，实现多次同部位点云数据的配准，利用偏差数据彩图实现实现磨损值的4D
可视化对比与测量。本发明为发电机端部绝缘的磨损位置、磨损状态的可视化量化评估提
供了新技术，有效解决了现有检测手段无法检测出早中期程度的绝缘表面磨损缺陷的问
题。

[0035] 参照图1，本发明技术原理为：

[0036] 首先，对于本次的测量对象来说，可以认为在小范围区间内，绝缘表明分布平整，可近似看作呈水平分布状态。

[0037] 其次，针对后期比对数据中的任意一点，为计算该点的磨损值，需要计算相对应区域的基准点云的拟合平面。点云数据的本质是三维空间坐标值，每一点都对应一个三维空
间坐标，因此，我们可以根据k个前期基准点云数据来拟合一个最小二乘意义上的平面，及
基准点云平面Ax+By+Cz+1＝0。需要说明的是，为了兼顾量化检测算法的效率与精度，本次
数据两侧中k个点的选取范围的半径设置为2.5mm。如需提高效率，可适当减少取样半径。

[0038] 最后，对于后期比对数据点云，任意一个点(xi,yi,zi)同相对应的基准点云平面Ax+By+Cz+1＝0间的距离，即为两次数据采集期间所发生的绝缘变形磨损值。计算公式如下式
所示，计算原理如图2所示。

[0039]

[0040] 参照图2，本发明检测方法主要包括三个步骤：

[0041] 第一步，采集前期特征点云数据。本步骤的主要任务是检测发电机定子绝缘表面形变磨损的大致范围，基本实现方法为：在前期发电机停运检修时，合理的在定子端部的线
棒绝缘表面采集部位均匀随机地选取5‑10个点，利用测量臂采集定子端部绝缘部位的精细
化点云数据资料及相关特征点信息。

[0042] 第二步，采集后期特征点云数据。在发电机正常工作一段时间后，进行后期数据采集工作，此次数据采集需要针对前期采集的绝缘部位进行再次精细化测量，采集仪器仍为
测量臂，并同时采集与前期相同的特征点信息。

[0043] 第三步，通过基于特征点信息的点云数据拼接方法及绝缘磨损评估方法，进行发电机定子绝缘表面变形磨损4D检测诊断。

[0044] 所述基于特征点信息的的点云数据拼接方法为：结合前期基准数据与后期比对数据的特征点信息，拼接点云。点云拼接依据两次特征点坐标值的对应关系进行

[0045] 所述的发电机定子绝缘表面变形磨损4D评估方法，分为磨损初步检测、磨损范围界定、磨损针对化检测三个阶段

[0046] 第一阶段：磨损初步检测

[0047] 为了检测出绝缘表面变形磨损的大致范围，在点云拼接的基础上，选择在所采集区域中的定子端部线棒表面均匀的随机选取若干点，并测量这些点同基准点云间的偏差，
依据这些点的磨损值得出该绝缘表面的绝缘磨损值大概分布区间

[0048] 第二阶段：磨损范围界定

[0049] 该阶段主要通过磨损范围的细化，逐步找出发生磨损区间以及磨损较为严重部位。具体做法如下：

[0050] 首先，在初步得到的磨损值分布区间的基础上，考虑到取样点的随机性，可能会漏掉磨损值较大的点，因此选取一个比测出的磨损分布区间更大的区间作为初始磨损区间，
用来生成该区间基准下的磨损偏差数据图。

[0051] 然后，根据偏差数据彩图的结果适当调整磨损范围区间的边界值，重新生成相应区间基准下的磨损偏差数据彩图。

[0052] 重复上述步骤，直到生成的偏差数据彩图中不同颜色均有分布，可充分反映出相应范围内的绝缘磨损情况为止，并以该磨损区间作为最终的磨损区间取值，并以相应的偏
差数据彩图作为该区域磨损值测量结果。

[0053] 第三阶段，磨损针对化检测

[0054] 磨损针对化检测在磨损区间界定完成后进行：在最终得到的偏差数据彩图中，找出磨损较为严重的区域，并依据相应的颜色分布找到对应的磨损值区间，通过调整磨损区
间的下限值，可实现超过一定阈值的磨损部位偏差数据彩图的生成，彩图对应的部位即为
需要重点进行检查的磨损部位，代表在两次数据采集中发生了较为严重磨损的部位，存在
一定的凹陷情况。同时，对于磨损严重部位中的点进行针对性的单点测量，并根据测量得到
的结果生成相应的测量报告。

[0055] 具体实施例

[0056] 1.电机定子绝缘表面变形磨损数据获取

[0057] (1)前期基准数据采集

[0058] (2)后期比对数据采集

[0059] 若干月后，对该电机同一部位进行了第二次数据采集，以该数据作为比对数据，用以检测发电机运行期间电机定子端部绝缘表面磨损情况。

[0060] 2.点云数据拼接

[0061] 特征点选取：由于电机外壳可视为钢体结构，以定子端部铁芯线棒间隔中的圆孔作为特征点。

[0062] 特征点采集：首先利用Faro测量臂采集圆孔信息作为特征点信息，采集发电机定子绝缘表面的点云数据。

[0063] 特征点匹配：在后期点云数据采集时，同时采集与前期相同的特征点信息，并保证与前期采集的特征点一一对应。

[0064] 点云拼接：结合前期基准数据与后期比对数据的特征点信息，拼接点云。点云拼接依据两次特征点坐标值的对应关系进行。

[0065] 3.发电机定子绝缘表面变形磨损4D检测

[0066] (1)磨损初步检测

[0067] 为了检测出绝缘表面变形磨损的大致范围，在点云拼接的基础上，选择在所采集区域中的定子端部线棒表面均匀的随机选取6个点，并测量这些点同基准点云间的偏差。1
到6号点所对应的偏差值结果分别为‑0.016mm、‑0.028mm、‑0.014mm、‑0.013mm、‑0.007mm、‑
0.015mm。从以上结果可知，6个取样点的磨损值最大为‑0.028mm，即可得出变形磨损的大概
分布范围。

[0068] (2)磨损范围界定

[0069] 考虑到6个取样点的磨损值均在‑0.034mm以内且取样点具有一定的随机性，极可能会漏掉磨损值较大的点，为了充分反映出整个端部的绝缘磨损情况，选取一个比测出的
磨损分布区间更大的0—‑0.5mm作为初始磨损区间，并生成相应的偏差数据彩图。可以看出
磨损发生区域所处位置，同时，根据不同磨损的颜色可发现，磨损值几乎全位于上层颜色区
间内，表示磨损值远小于所设定区间的最大值。因此，进一步减小磨损检测范围到0—‑
0.25mm，并生成偏差具彩图。从结果可看出磨损值仍小于区间最大值，且颜色基本位于‑
0.1mm以内。因此，根据上述结果进一步缩小检测范围到0—‑0.1mm，并生成偏差数据彩图。
从显示结果中可发现该范围内代表不同偏差的颜色均有分布，可充分反映整个磨损区域内
的磨损分布情况，因此以该检测范围作为最终磨损值检测区间。

[0070] (3)磨损针对性检测

[0071] 为了验证偏差数据彩图结果的准确性，首先将检测结果同取样点的测量结果进行比对，可发现两种测量结果一致，颜色区间正确，表示偏差数据彩图结果可靠。

[0072] 为了对磨损严重区域进行针对性检测，需要在最终得到的偏差数据彩图中，依据颜色分布位置可找出磨损较为严重的区域，并找到对应的磨损值区间位于‑0.022mm—‑
0.100mm，通过调整磨损区间的下限值为‑0.022mm，即可实现超过一定阈值的磨损部位偏差
数据彩图的生成。彩图对应的部位即为需要重点进行检查的磨损部位，代表在两次数据采
集中发生了较为严重磨损的部位，存在一定的凹陷情况。

[0073] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替
换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利
要求的保护范围为准。