СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ГЕНЕРАТОРА И СПОСОБ ПАССИВНОГО КОНТРОЛЯ ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2016 года по МПК G08B21/00 G01R31/02 

Предпосылки создания изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится, в общем, к контролю генераторов, а именно, к способам и системам для контроля генераторов на искрение и разряды.

[0002] Углеродные щетки коллекторного узла генератора передают ток из неподвижного местоположения на вращающийся коллектор. На щетках часто возникает неразрушающее искрение, которое обычно не приводит к ускоренному износу щеток или обгоранию кольцевых поверхностей коллектора. Круговой огонь на коллекторе, однако, часто становится причиной отказов генераторов. Круговым огнем называют пробой цепи возбуждения генератора, имеющей очень высокую индуктивность, при этом он может возникать при положительной или отрицательной полярности. Круговой огонь часто возникает после долговременного искрения под углеродными щетками.

[0003] Наиболее часто применяемые способы предотвращения кругового огня на коллекторе в коллекторном узле генератора - регулярный осмотр, техническое обслуживание и ремонт генератора. Существуют специальные технологические карты и измерения, позволяющие выполнять такое техническое обслуживание. Однако доступные на рынке системы не обеспечивают встроенных систем непрерывного контроля для профилактического и планового технического обслуживания.

Краткое описание изобретения

[0004] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложена система контроля коллекторного узла генератора. Упомянутая система включает первый трансформатор тока для установки вокруг первого возбуждающего кабеля, соединенного с генератором, и вычислительное устройство, имеющее соединение для приема сигналов от упомянутого первого трансформатора тока. Упомянутое вычислительное устройство запрограммировано для обнаружения возникновения искры в упомянутом коллекторном узле генератора, по меньшей мере частично, на основе упомянутых сигналов, принятых от первого трансформатора тока, и для формирования индикации того, что в упомянутом генераторе возникла искра.

[0005] В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ пассивного контроля коллекторного узла генератора. Способ включает прием вычислительным устройством сигналов от трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который соединен с генератором, обнаружение упомянутым вычислительным устройством возникновения искры в упомянутом коллекторном узле генератора, по меньшей мере частично на основе принятых сигналов от упомянутого первого трансформатора тока, и формирование индикации того, что в упомянутом генераторе возникла искра, если упомянутое вычислительное устройство определило, что в упомянутом генераторе возникла искра.

[0006] В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ обучения системы пассивного контроля коллекторного узла генератора. Способ включает прием вычислительным устройством сигналов от первого трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который соединен с коллекторным узлом генератора, сохранение множества фрагментов упомянутого сигнала от упомянутого первого трансформатора тока в ответ на обнаружение множества сигналов от упомянутого первого трансформатора тока, превышающих заранее заданный порог, извлечение по меньшей мере одной характеристики упомянутых сигналов из упомянутого множества фрагментов сигналов и формирование по меньшей мере одного порога сигнала, соответствующего искре в упомянутом генераторе, по меньшей мере частично на основе упомянутой извлеченной характеристики упомянутых сигналов. При этом каждый фрагмент из упомянутого множества фрагментов сигналов связывают с обнаруженным фрагментом из упомянутого множества фрагментов сигналов, принятых от упомянутого первого трансформатора тока.

Краткое описание чертежей

[0007] Фиг.1 представляет пример системы пассивного контроля коллекторного узла генератора.

[0008] Фиг.2 представляет собой функциональную блок-схему модуля анализа, предназначенного для применения в системе фиг.1.

[0009] Фиг.3 представляет собой блок-схему алгоритма для одного из примеров способа пассивного контроля коллекторного узла генератора.

[0010] Фиг.4 представляет собой блок-схему алгоритма для одного из примеров способа обучения системы пассивного контроля коллекторного узла генератора.

[0011] Фиг.5 представляет собой проекции в факторном пространстве двадцати четырех характеристик сигнала, полученного от системы, показанной на фиг.1.

Подробное описание изобретения

[0012] Способы и системы, описанные в настоящем документе, подходят для пассивного контроля коллекторного узла генератора и для обнаружения искрения, которое может возникать перед возникновением кругового огня на коллекторе. Благодаря тому, что контроль осуществляется системой пассивно, можно исключить активную подачу импульсов в провода щеточного узла. Соответственно, контроль может осуществляться непрерывно без влияния на работу генератора.

[0013] На фиг.1 показан пример системы 100 для контроля генератора 102. Генератор 102 электрически связан с возбудителем 104 при помощи первого возбуждающего кабеля 106 и второго возбуждающего кабеля 108. Возбудитель 104 подает ток в обмотки возбуждения (не показаны на чертеже) генератора 102 через коллекторный узел генератора. Коллекторный узел генератора включает коллекторные кольца 110 (которые иногда называют также токосъемными кольцами), неподвижные углеродные щетки 112 и щеткодержатели (не показаны на чертеже). Неподвижные углеродные щетки 112 обеспечивают связь по току между первым и вторым возбуждающими кабелями 106 и 108 и вращающимися коллекторными кольцами 110. Ток из возбудителя проходит через отрицательную щетку 112 и кольцо 110 в обмотку ротора (не показана на чертеже) генератора 102 и возвращается через положительную щетку 112 и кольцо 110.

[0014] В данном примере осуществления настоящего изобретения система 100 контроля включает первый датчик 114 и второй датчик 116. Первый датчик 114 и второй датчик 116 представляют собой тороидальные датчики, установленные вокруг первого возбуждающего кабеля 106 и второго возбуждающего кабеля 108, соответственно. Первый датчик 114 и второй датчик 116 регистрируют в реальном времени импульсные помехи, излучаемые щетками 112. В данном примере осуществления настоящего изобретения первый датчик 114 и второй датчик 116 представляют собой трансформаторы тока. Переменный ток, проходящий через первый и второй возбуждающие кабели 106 и 108, индуцирует токи в датчиках 114 и 116. Осуществляют контроль этих индуцированных токов как сигналов, поступающих от первого и второго датчиков 114 и 116. При этом в данном примере осуществления настоящего изобретения первый и второй датчики 114 и 116 представляют собой высокочастотные трансформаторы тока. Высокочастотные трансформаторы тока выполнены с возможностью контроля сигналов в высокочастотном диапазоне и/или в радиочастотном диапазоне. В других вариантах осуществления настоящего изобретения система 100 включает большее или меньшее количество датчиков. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения используют только один датчик для контроля тока, входящего в обмотку возбуждения ротора генератора 102 или выходящего из нее. При этом в других вариантах осуществления настоящего изобретения датчики 114 и 116 могут иметь любой другой подходящий тип и могут быть оптимизированы для сигналов любых других подходящих частот.

[0015] Выходные сигналы первого и второго датчиков 114 и 116 передают в вычислительное устройство 117. Вычислительное устройство 117 включает устройство 118 сбора данных (data acquisition device, DAQ), подсистему 120 диагностики и базу 122 данных. В данном примере осуществления настоящего изобретения DAQ 118, подсистема 120 диагностики и база 122 данных являются компонентами и/или функциональными модулями, входящими в состав одного вычислительного устройства. В других вариантах осуществления настоящего изобретения DAQ 118, подсистема 120 диагностики и база 122 данных могут быть распределены между двумя или более независимыми вычислительными устройствами, но также могут считаться вычислительным устройством 117.

[0016] В данном примере осуществления настоящего изобретения DAQ 118 включает одноплатную ЗВМ и аналогово-цифровой преобразователь. В других вариантах осуществления настоящего изобретения DAQ 118 может включать любое другое подходящее вычислительное устройство. DAQ 118 осуществляет прием и контроль сигналов от первого и второго датчиков 114 и 116 во времени. В общем, DAQ 118 сравнивает сигналы, принятые от первого и второго датчиков 114 и 116, с порогом (или порогами) и/или алгоритмическими моделями с целью обнаружения события частичного разряда, например, искры, в генераторе 102.

[0017] Более детально, данные сигналов передают в подсистему 120 диагностики для обработки и анализа. В подсистеме 120 диагностики для определения, указывают ли принятые данные на возникновение события искрения или нет, применяются алгоритмы диагностики и модели принятия решений. При этом подсистема 120 диагностики может также использоваться для обучения алгоритмов диагностики и/или моделей принятия решений в генераторе 102 на месте его установки, в соответствии с дальнейшим более подробным описанием. При обнаружении событий искрения соответствующие им данные могут быть сохранены в базе 122 данных или иной системе хранения и использованы системой 124 формирования отчетов для предоставления информации оператору, например, инженерно-техническому персоналу. В данном примере осуществления настоящего изобретения подсистема 120 диагностики и база 122 данных являются независимыми от DAQ 118. В других вариантах осуществления настоящего изобретения подсистема 120 диагностики и база 122 данных могут частично или полностью входить в состав DAQ 118.

[0018] Устройство DAQ 18 сконфигурировано для контроля данных, поступающих от каждого из датчиков 114 и 116, и для реагирования на определенные условия сохранением группы данных и перенаправлением ее в подсистему 120 диагностики, когда эти условия срабатывания оказываются выполнены. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутые условия срабатывания выбирают таким образом, чтобы каждый раз, когда в сигнале наблюдается определенная скорость изменения, этот сигнал выбирался для захвата. Альтернативно, упомянутое условие срабатывания может быть связано с достижением определенного уровня абсолютного значения напряжения, выше (или ниже) заданного порога. В дополнение к этим условиям срабатывания, устройство DAQ 118 может быть сконфигурировано также для снятия отсчетов входных сигналов с определенной частотой. Комбинация рабочих условий и условий срабатывания DAQ 118 далее называется «параметрами DAQ». В общем, параметры DAQ выбирают таким образом, чтобы обеспечивать захват и перенаправление данных устройством DAQ 118 в случае обнаружения интересующего сигнала в контролируемом кабеле 106 или 108. Причиной появления таких сигналов может быть, например, искра, созданная проводом, событие частичного разряда или помеха в проводе. При этом в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для регистрации сигнала в первом возбуждающем кабеле 106 контролируют только первый датчик 114. Если заданный сигнал обнаружен в возбуждающем кабеле 106, то данные от обоих датчиков 114 и 11 сохраняют и перенаправляют в подсистему 120 диагностики.

[0019] Когда DAQ 118 обнаруживает, что сигнал от одного из его датчиков 114 или 116 отвечает условиям срабатывания, DAQ 118 захватывает определенное количество последовательных отсчетов данных для этого датчика 114 или 116. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения DAQ 118 захватывает также определенное количество отсчетов данных со второго (не удовлетворяющего условиям срабатывания) датчика 116 или 114. Эти отсчеты данных от датчика 114 и/или 116 перенаправляют, вместе с соответствующей временной отметкой, в подсистему 120 диагностики для анализа.

[0020] Данные сигналов от каждого из датчиков 114 и 116 передают из DAQ 118 в подсистему 120 диагностики. В дополнение к захваченным данным подсистема 120 диагностики получает также параметры DAQ 118, которые характеризуют правила его работы. Параметры DAQ могут храниться в DAQ 118 и в случае необходимости передаваться в подсистему 120 диагностики, или могут быть доступны в подсистеме 120 диагностики посредством таблицы поиска или иного хранилища, связанного с подсистемой 120 диагностики. Примеры параметров DAQ могут включать уровень срабатывания (например, 200 мВ), применяемый в DAQ 118, и частоту снятия отсчетов, с которой DAQ 118 записывает данные от каждого из датчиков.

[0021] Подсистема 120 диагностики включает два модуля, которые применяются для оценки выходных данных: модуль 126 анализа, используемый для определения набора характеристик сигнала, связанных с упомянутыми входными данными сигнала; и модуль 128 принятия решений, в котором эти характеристики, вместе с дополнительной информацией, используются для принятия решения (которое в настоящем документе иногда называется также «решением о наличии дефекта»), произошло ли событие искрения или нет и/или вероятно ли возникновение кругового огня на коллекторе в будущем. Упомянутое решение о наличии дефекта может включать связанную с ним меру достоверности.

[0022] Фиг.2 иллюстрирует различные модели, применяемые в модуле 126 анализа для формирования требуемых характеристик 200 сигнала. Эти модели включают модель 202 аппроксимации кривой, модель 204 ADVFREQ, модель 206 быстрого преобразования Фурье (fast-Fourier transform, FFT) и статистическую модель 208. Каждая из этих моделей включает набор исполняемого кода, который применяют для анализа входных данных, например, данных сигнала, при этом исполнение модели в подсистеме 120 диагностики формирует одну или более характеристику 200 сигнала, определяемую для этого сигнала модулем 126 анализа. Каждая модель и ее выходные сигналы будут описаны более подробно ниже. В других вариантах осуществления настоящего изобретения может применяться большее или меньшее количество моделей, в число которых могут входить и другие модели.

[0023] Модель 202 аппроксимации кривой используют для аппроксимации входных данных сигнала огибающей кривой Вейбулла. Такой анализ дает оценки параметров масштаба и формы положительных и отрицательных частей данных сигнала, которые могут быть использованы для описания распределения Вейбулла для этих данных сигнала. Параметры масштаба и формы - это параметры, которые формируют модель, аппроксимирующую принятые данные сигнала. Такие методы хорошо известны на существующем уровне техники как способ аппроксимации функции вероятностного распределения, соответствующей принятым данным. Также, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, модель 202 аппроксимации кривой вычисляет и выдает в качестве характеристик 200 сигнала крутизну нарастания и спада сигнала (как для положительной, так и для отрицательной частей сигнала), точку перегиба сигнала в отношении максимума амплитуды и точку, в которой наблюдается максимальная амплитуда сигнала.

[0024] Модель 204 ADVFREQ применяют для формирования данных, которые могут использоваться в модуле 128 принятия решений с целью проведения различий между сигналами, представляющими события искрения, и обычными помехами в сигнале. Для данных сигнала вычисляют оценку амплитудного спектра, при этом из данных сигнала вычитают амплитуду сигнала постоянного тока. С помощью известных на существующем уровне техники методов для результирующего сигнала без постоянной составляющей вычисляют основную частоту, амплитуду и фазу. Для уточнения оценки частотных характеристик сигнала могут применяться такие методы, как метод анализа амплитудного спектра или функция автокорреляции. В качестве характеристик 200 анализируемых данных сигнала выводят основную частоту и ее амплитуду. Амплитуду из этой модели и масштаб распределения Вейбулла используют как один из извлеченных признаков в моделях.

[0025] FFT-модель 206 применяют для выполнения дискретного преобразования Фурье над данными сигнала с целью определения частотных составляющих сигнала. Преобразование Фурье может быть вычислено с использованием данных сигнала и частоты снятия отсчетов (один из параметров DAQ), путем передачи их в алгоритм быстрого преобразования Фурье, известного на существующем уровне техники. В качестве характеристик 200 сигнала выводят десять наиболее значимых частотных составляющих.

[0026] Статистическая модель 208 представляет собой группу статистических процедур, которые извлекают общие описательные статистики, связанные с данными сигнала. Эти параметры известны на существующем уровне техники и могут включать минимальное значение сигнала, максимальное значение сигнала, среднее, среднее гармоническое, среднее геометрическое, среднеквадратическое значение сигнала, пик фактор, абсолютное отклонение, среднеквадратическое отклонение, коэффициент асимметрии, коэффициент эксцесса, значение R-квадрат регрессии и время, соответствующее максимальному значению сигнала. Каждый из этих вычисляемых результатов выводят как часть характеристик 200 сигнала.

[0027] Путем применения каждой из описанных выше моделей к данным сигнала и параметрам DAQ получают характеристики 200 сигнала. Характеристики 200 сигнала, в соответствии с предшествующим описанием, представляют собой набор параметров, которые совместно описывают сигнал без необходимости его полного воспроизведения. Характеристики 200 сигнала применяют в модуле 128 принятия решений в соответствии с дальнейшим описанием, при этом они могут храниться непосредственно в хранилище базы 122 данных. В дополнение к применению описанных выше моделей, модуль 126 анализа может также опционально выполнять сжатие сигнала, например, с использованием дискретного косинусного преобразования, с целью его хранения вместе с характеристиками сигнала.

[0028] После вычисления характеристик 200 сигнала модулем 126 анализа эти характеристики передают в модуль 128 принятия решений для принятия окончательного решения о том, возникла искра или нет, и вероятно ли возникновение кругового огня на коллекторе в ближайшем будущем. Решение о наличии дефекта принимают с использованием характеристик 200 сигнала и параметров DAQ.

[0029] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения частоту, определенную с помощью модели 204 ADVFREQ, сравнивают с четырьмя наиболее значимыми частотными составляющими, определенными с помощью FFT-модели 206. Если частота отклоняется более чем на 1% от одной из четырех наиболее значимых частотных составляющих, то этот сигнал помечают как сигнал помехи и выводят решение о том, что этот сигнал представляет собой помеху.

[0030] Если частота, полученная от модели 204 ADVFREQ, находится в пределах 1% от одной из четырех наиболее значимых частотных составляющих, то выполняют определение, может ли данный сигнал быть квалифицирован как возможный разряд (например, событие искрения). Решение о том, произошло событие искрения или нет, как правило, основано на парах характеристик сигналов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения это решение основывается на двух значениях, параметре формы распределения Вейбулла и отношении амплитуды, полученной от модели 204 ADVFREQ, к параметру масштаба распределения Вейбулла (обозначено как ADVFREQFEATURE). Если форма распределения Вейбулла находится между парой заранее заданных пределов или границ, а значение ADVFREQFEATURE находится между другой парой заранее заданных границ, то считают, что сигнал от этого датчика представляет разряд. Упомянутые границы определяют экспериментально при настройке системы в соответствии с последующим описанием. Такой анализ выполняют независимо для данных, соответствующих каждому датчику. В других вариантах осуществления настоящего изобретения для обнаружения события искрения могут применяться другие пары характеристик сигнала.

[0031] При обнаружении события искрения модуль 128 принятия решений формирует индикацию того, что произошло событие искрения. Эта индикация может, к примеру, включать формирование предупреждения с целью информирования оператора о возникновении события искрения, например, при помощи системы 124 формирования отчетов, или сохранение указания на возникновение события искрения и/или данных сигнала, соответствующих этому событию искрения, в базе 122 данных. При этом модуль 128 принятия решений определяет, указывает ли возникновение события искрения на вероятное возникновение кругового огня на коллекторе в ближайшем будущем. Это определение может основываться на одной или более характеристиках 200 сигнала и/или данных, связанных с несколькими событиями искрения. Например, модуль 128 принятия решений может хранить индикацию возникновения события искрения для каждого события искрения, которые он регистрирует в течение продолжительного времени. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения при обнаружении некоторого порогового количества событий искрения за заданный период времени модуль 128 принятия решений определяет, что скоро возможно возникновение кругового огня на коллекторе. Дополнительно или альтернативно, модуль 128 принятия решений может контролировать частоту возникновения событий искрения и определять возможность возникновения кругового огня на коллекторе исходя из того, что частота возникновения событий искрения превышает некоторый порог. В других вариантах осуществления настоящего изобретения вероятность кругового огня на коллекторе может определяться на основе одной или более характеристик 200 сигнала. Если одна или более характеристик 200 сигнала, или пар характеристик сигнала, сопровождающих событие разряда, превышает некоторый порог, то модуль 128 принятия решений может определять, что в скором времени возможен круговой огонь на коллекторе. Независимо от способа определения вероятности возникновения кругового огня на коллекторе, в примере системы 100 модуль 128 принятия решений формирует предупреждение (иногда также называемое в настоящем документе «предупреждение о круговом огне») о том, что возможно возникновение кругового огня на коллекторе, если это было определено. Это предупреждение может быть рассчитано на восприятие человеком, например, мерцание лампочки, сообщение, отображаемое на дисплейном устройстве, и т.п., или может представлять собой передачу в другую систему, например, систему удаленного контроля и диагностики.

[0032] Фиг.3 представляет собой блок-схему алгоритма способа 300 пассивного контроля генератора, например, генератора 102. Способ 300 может выполняться любой подходящей системой, включая, например, систему 100. Способ 300 включает прием (шаг 302) сигналов от трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который подключен к коллекторному узлу генератора. Сигналы принимаются вычислительным устройством 117, например, вычислительным устройством 117. Вычислительное устройство обнаруживает (шаг 304) факт возникновения искры в коллекторном узле генератора, по меньшей мере частично на основе сигналов, принятых от упомянутого трансформатора тока. Если вычислительное устройство определяет, что в коллекторном узле генератора возникла искра, то формируют (шаг 306) соответствующую индикацию того, что в коллекторном узле генератора возникла искра. Далее формируют (шаг 308) предупреждение о круговом огне, по меньшей мере частично, на основе сформированной индикации того, что в коллекторном узле генератора возникла искра.

[0033] В соответствии с предшествующим описанием, границы/пороги сигналов и/или характеристики сигналов определяют при помощи процедуры экспериментального прогона системы 100 в окружении, допускающем независимое подтверждение наличия дефектов. Во время экспериментальных прогонов для всех событий захватывают характеристики сигналов. Затем вычисляют граничные значения для пар характеристик сигнала, например, ADVFREQFEATURE, чтобы обеспечить приемлемый баланс между ложными положительными и ложными отрицательными срабатываниями.

[0034] Фиг.4 представляет блок-схему алгоритма примера способа 400 обучения системы, например, системы 100, пассивного контроля генератора. Способ 400 включает прием (шаг 402) сигналов от первого трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который связан с коллекторным узлом генератора. Сигналы принимаются вычислительным устройством, например, вычислительным устройством 117. Множество фрагментов этих сигналов от упомянутого первого трансформатора тока сохраняют (шаг 404) в ответ на обнаружение множества фрагментов сигналов, принятых от упомянутого первого трансформатора тока. Из упомянутого множества фрагментов сигналов извлекают (шаг 406) по меньшей мере одну характеристику сигнала, при этом по меньшей мере частично на основе извлеченной характеристики сигнала формируют (шаг 408) по меньшей мере один порог сигнала, соответствующий искре в упомянутом коллекторном узле генератора.

[0035] Более детально, для обучения системы 100 ее подключают к генератору в соответствии с изображением на фиг.1. Систему 100 настраивают для контроля превышения сигналами от первого датчика 114 исходного порогового значения. Если обнаружен сигнал, превышающий исходное пороговое значение, то захватывают и сохраняют последовательность данных от первого и второго датчиков. Система 100 собирает эти данные на протяжении определенного периода времени, до тех пор, пока не будет получено достаточное количество отсчетов данных. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения система 100 работает до тех пор, пока не будет собрано 2500 отсчетов. В этом контексте сигнал будет состоять из 2500 отсчетов. К примеру, система 100 может получать данные сигнала (2500 отсчетов) на протяжении нескольких часов, нескольких дней и т.п.

[0036] По завершении сбора данных на данных сигнала выполняют анализ методом анализа главных компонент (principal component analysis, РСА) с целью определения, какие характеристики данных сигнала являются важными для моделей принятия решений. Более детально, для каждого отсчета данных определяют описанные выше характеристики 200 сигнала, и каждую из характеристик 200 сигнала анализируют с помощью методов РСА. Эти характеристики проецируют на факторное пространство. Фиг.5 иллюстрирует пример проекций на факторное пространство двадцати четырех характеристик сигнала. Если какие-либо две характеристики находятся далеко от центра и близко друг к другу, то между ними существует значительная положительная корреляция. Например, четыре наиболее значимые частоты FFT (frq1-frq4) имеют значительную положительную корреляцию. Если характеристики перпендикулярны, то они не коррелированны. Если характеристики находятся на противоположных сторонах графика, то они имеют значительную отрицательную корреляцию. Метод РСА позволяет избежать использования в алгоритме принятия решений только коррелированных характеристик, а также уменьшить размерность. Выполнение метода РСА позволяет получить общее представление о том, какие из характеристик являются наиболее важными, и какие из характеристик дают одну и ту же информацию.

[0037] Кластеры характеристик изучают, чтобы определить пары характеристик сигналов для последующего анализа. В данном примере осуществления настоящего изобретения при кластеризации применяют агломеративную иерархическую кластеризацию, которая представляет собой восходящий метод кластеризации, в котором кластеры имеет подкластеры, которые также, в свою очередь, имеют подкластеры и т.д. В начале агломеративной иерархической кластеризации в каждом отдельном кластере находится один объект, представляющий пару характеристик. Затем при помощи последовательности итераций метод агломерирует (выполняет слияние) ближайших пар кластеров, отвечающих некоторому критерию сходства, до тех пор, пока все данные не будут находиться в одном кластере. Критерии, применяемые в данном примере осуществления настоящего изобретения, включают вычисление внутреннего среднеквадратичного расстояния (алгоритм с минимальной дисперсией) и использование Эвклидовых расстояний. Отслеживают центры кластеров и количество точек в каждом кластере. Эти данные используют для определения пар характеристик, указывающих на события разряда.

[0038] На основе метода РСА и кластерного анализа задают пороги, которые будут применяться системой 100 при обнаружении событий искрения. Более детально, задают один или более порогов, которые определяют, когда DAQ 118 должен начинать сбор данных о потенциальном событии искрения. Также могут быть заданы пороги для использования в модуле 128 принятия решений с целью обнаружения, на основе характеристик 200 сигналов, события искрения. В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения для более точного определения характеристик сигнала, указывающих на возникновение события разряда, обучение системы 100 может выполняться на генераторе в различные моменты времени. Например, контроль генератора может выполняться до и после планового технического обслуживания. Альтернативно или дополнительно, контроль генератора может выполняться до и после капитального ремонта. За счет сравнительного анализа сигналов, полученных от генератора до и после технического обслуживания/ремонта, может быть улучшена идентификация характеристик 200 сигнала, которые вероятно указывают на необходимость технического обслуживания и/или вероятность кругового огня на коллекторе.

[0039] Различные модели, описанные выше, могут вычисляться с использованием множества различных методов, известных на существующем уровне техники. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения эти модели могут исполняться с использованием запрограммированных процедур на компьютере общего назначения. Эти процедуры могут программироваться непосредственно, либо могут использовать пакеты аналитических программ, например, Matlab. В других вариантах осуществления настоящего изобретения соответствующие процедуры анализа могут выполняться в виде микропрограммного обеспечения или специально сконструированного аппаратного обеспечения. Таким образом, подсистема 120 диагностики может быть реализована в виде комбинации аппаратного и программного обеспечения, в соответствии с требованиями различных применений.

[0040] При этом нужно понимать, что обмен данными между DAQ 118 и подсистемой 120 диагностики, а также внутри модулей 126 и 128 подсистемы диагностики может осуществляться различными способами. К примеру, данные могут захватываться DAQ 118 и затем передаваться в подсистему 120 диагностики при помощи проводного или беспроводного соединения. После этого подсистема 120 диагностики может передавать результаты своей работы в хранилище базы 122 данных при помощи беспроводного или проводного соединения. Отчеты могут передаваться с помощью проводного или беспроводного соединения на дисплеи, расположенные удаленно от непосредственной подсистемы 120 диагностики.

[0041] Экспериментальные испытания систем и способов, описанных в настоящем документе, подтверждают, что такие системы пассивного контроля могут использоваться для контроля искрения в коллекторном узле генератора и для прогнозирования кругового огня на коллекторе. С помощью описанных систем и способов контроль генератора может осуществляться без необходимости его периодического отключения, а также без необходимости подачи тестовых сигналов. В дополнение к пассивному контролю, описанные системы и способы могут применяться в качестве встроенных систем реального времени, в отличие от систем контроля, которые требуют отсоединения проводов и/или физического осмотра. Помимо возможности работы в реальном времени, наличие постоянного подключения системы контроля позволяет ей обнаруживать и локализовывать отказы до срабатывания других защитных систем, например, предохранителей от дугового короткого замыкания. За счет обнаружения зарождающихся дефектов и отказов до реального возникновения неисправности может сохраняться общий срок службы оборудования, а также может быть повышена надежность и коэффициент готовности системы.

[0042] Итак, различные варианты способов контроля, описанные выше, позволяют обеспечить обнаружение событий разряда в реальном времени и заблаговременное предупреждение о вероятности кругового огня на коллекторе. Эти способы и системы позволяют создавать встроенные системы контроля, допускающие применение на мобильных платформах, например, вертолетах или самолетах.

[0043] Следует понимать, что в конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения необязательно могут достигаться все цели или преимущества, описанные выше. Так, например, специалисты в данной области техники должны понимать, что системы и способы, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы или осуществлены способом, который позволяет достичь и оптимизировать одно из преимуществ или определенную группу преимуществ, описанных в настоящем документе, при этом необязательно должны быть достигнуты другие цели или преимущества, описанные или предложенные в настоящем документе.

[0044] Также специалисты в данной области техники должны понимать, что отличительные особенности различных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть взаимозаменяемы. Например, предоставление отчетов в реальном времени, описанное на примере одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, может быть адаптировано для применения вместе с хранением данных для последующего использования во время планового технического обслуживания. Аналогично, различные отличительные особенности, описанные в настоящем документе, а также известные эквиваленты для каждой из этих отличительных особенностей, могут комбинироваться и согласовываться между собой специалистами в данной области техники, в результате чего могут быть получены дополнительные системы и способы, соответствующие концепции настоящего описания. То есть, предполагается, что рамки описанного в настоящем документе изобретения не должны быть ограничены описанными выше конкретными вариантами его осуществления, а определяются только четкими формулировками пунктов приведенной ниже формулы изобретения.

[0046] Технический результат от систем и способов, описанных в настоящем документе, включает возможность формировать индикацию искры в коллекторном узле генератора после приема сигналов от трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который связан с коллекторным узлом генератора, и обнаруживать возникновение искры в коллекторном узле генератора по меньшей мере частично на основе принятых сигналов от упомянутого трансформатора тока.

[0047] Выше подробно описаны примеры осуществления упомянутых систем и способов. Эти системы и способы не ограничены конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения, описанными в данном документе, напротив, компоненты этих систем и/или шаги способов допускают применение независимо и отдельно от других компонентов и/или шагов, описанных в настоящем документе. Например, система может также использоваться в комбинации с другим устройством, системами или способами и не ограничена практическим применением исключительно с системой, описанной в настоящем документе. Напротив, пример осуществления настоящего изобретения может быть реализован и использован в связи с множеством других применений.

[0048] Несмотря на то, что некоторые отличительные особенности различных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть показаны на одних чертежах и не показаны на других, это сделано исключительно для удобства. В соответствии с концепцией настоящего изобретения, любая отличительная особенность, показанная на одном из чертежей, может упоминаться и/или быть заявленной в комбинации с любой другой отличительной особенностью любого из чертежей.

[0049] В данном документе для описания изобретения использованы конкретные примеры, включая вариант осуществления, рассматриваемый как наилучший. Упомянутые примеры служат также для обеспечения возможности применения настоящего изобретения на практике любым специалистом в данной области техники, включая создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых входящих в их состав способов. Рамки настоящего изобретения заданы пунктами формулы изобретения и могут включать другие примеры, найденные специалистами в настоящей области техники. Упомянутые другие примеры попадают в рамки формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, не отличающиеся от буквальных формулировок пунктов формулы изобретения, или если они включают эквивалентные им структурные элементы с незначительными отличиями от буквальных формулировок пунктов формулы изобретения.

Изобретение относится к способам и системам для пассивного контроля коллекторного узла генератора. Один из способов (300) включает прием (302) вычислительным устройством сигналов от трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который соединен с коллекторным узлом генератора; обнаружение (304) упомянутым вычислительным устройством возникновения искры в упомянутом коллекторном узле генератора, по меньшей мере, частично, на основе принятых сигналов от упомянутого трансформатора тока; формирование (306) индикации того, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра, если упомянутое вычислительное устройство определило, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра; и формирование (308) предупреждения о круговом огне, по меньшей мере, частично, на основе сформированной индикации того, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра. Технический результат - создание встроенных систем непрерывного контроля, допускающих их применение на мобильных платформах. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система контроля генератора, включающая:
первый трансформатор тока для установки вокруг первого возбуждающего кабеля, соединенного с коллекторным узлом генератора;
вычислительное устройство, имеющее соединение для приема сигналов от упомянутого первого трансформатора тока, при этом упомянутое вычислительное устройство запрограммировано:
для обнаружения возникновения искры в упомянутом коллекторном узле генератора, по меньшей мере частично, на основе упомянутых сигналов, принятых от упомянутого первого трансформатора тока;
для формирования индикации того, что в упомянутом генераторе возникла искра; и
для формирования предупреждения о круговом огне, по меньшей мере частично, на основе упомянутой индикации того, что в коллекторном узле генератора возникла искра.

2. Система по п. 1, в которой упомянутое вычислительное устройство запрограммировано для записи фрагмента упомянутых сигналов от упомянутого первого трансформатора тока в ответ на обнаружение того, что сигнал, превышающий заранее заданный порог, принят от упомянутого первого трансформатора тока.

3. Система по п. 1, включающая также второй трансформатор тока для установки вокруг второго возбуждающего кабеля, соединенного с упомянутым коллекторным узлом генератора, при этом упомянутое вычислительное устройство имеет соединение для приема сигналов от упомянутого второго трансформатора тока.

4. Система по п. 3, в которой упомянутое вычислительное устройство записывает фрагмент упомянутых сигналов от второго трансформатора тока в ответ на обнаружение того, что от первого трансформатора тока приняты фрагменты сигнала, превышающие порог.

5. Система по п. 1, в которой упомянутое вычислительное устройство запрограммировано для обнаружения возникновения искры, по меньшей мере частично, на основе определения, превышает ли порог амплитуда сигналов от первого трансформатора тока.

6. Система по п. 1, в которой упомянутое вычислительное устройство запрограммировано для сохранения индикации того, что возникла искра.

7. Система по п. 6, в которой упомянутое вычислительное устройство запрограммировано для формирования предупреждения о круговом огне после сохранения заранее заданного количества индикаций того, что возникла искра.

8. Система по п. 6, в которой упомянутое вычислительное устройство запрограммировано для формирования предупреждения о круговом огне, по меньшей мере частично, на основе частоты индикаций того, что возникла искра.

9. Система по п. 1, в которой вычислительное устройство запрограммировано для анализа по меньшей мере одной характеристики упомянутых принятых сигналов и для обнаружения возникновения искры, по меньшей мере частично, на основе упомянутой анализируемой характеристики сигнала.

10. Система по п. 1, в которой упомянутый первый трансформатор тока является трансформатором тока радиочастотного диапазона.

11. Способ пассивного контроля генератора, включающий:
прием вычислительным устройством сигналов от трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который соединен с коллекторным узлом генератора;
обнаружение упомянутым вычислительным устройством возникновения искры в упомянутом коллекторном узле генератора, по меньшей мере частично на основе сигналов, принятых от упомянутого трансформатора тока;
формирование индикации того, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра, если упомянутое вычислительное устройство определило, что в упомянутом коллекторном узле генератора возникла искра; и
формирование предупреждения о круговом огне, по меньшей мере частично на основе упомянутой сформированной индикации того, что в коллекторном узле генератора возникла искра.

12. Способ по п. 11, включающий также запись фрагмента упомянутых сигналов от упомянутого трансформатора тока в ответ на обнаружение того, что сигнал, превышающий заранее заданный порог, принят от упомянутого трансформатора тока.

13. Способ по п. 11, в котором обнаружение возникновения искры включает обнаружение возникновения искры, по меньшей мере частично, на основе определения, превысили ли упомянутые сигналы заранее заданный порог.

14. Способ по п. 11, в котором формирование индикации того, что возникла искра, включает формирование предупреждения о том, что возникла искра, по меньшей мере частично на основе одного из следующего: количества возникших искр, частоты возникновения искр и одной или более характеристики упомянутых сигналов, связанных с возникновением искры.

15. Способ по п. 11, включающий также анализ по меньшей мере одной характеристики упомянутых принятых сигналов, при этом обнаружение возникновения искры, по меньшей мере частично, основано на упомянутой анализируемой характеристике.

16. Способ обучения системы пассивного контроля генератора, включающий:
прием вычислительным устройством сигналов от первого трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который соединен с коллекторным узлом генератора;
сохранение множества фрагментов упомянутых сигналов от первого трансформатора тока в ответ на обнаружение множества фрагментов сигналов, принятых от упомянутого первого трансформатора тока, при этом каждый фрагмент из упомянутого множества фрагментов сигналов связан с обнаруженным фрагментом из упомянутого множества фрагментов сигналов, принятых от первого трансформатора тока;
извлечение по меньшей мере одной характеристики сигналов из упомянутого множества фрагментов сигналов, и
формирование по меньшей мере одного порога сигнала, соответствующего искре в упомянутом коллекторном узле генератора, по меньшей мере частично, на основе упомянутой извлеченной характеристики упомянутых сигналов.

17. Способ по п. 16, в котором извлечение по меньшей мере одной характеристики упомянутых сигналов включает извлечение множества характеристик упомянутых сигналов.

18. Способ по п. 17, включающий также анализ упомянутого множества характеристик для определения по меньшей мере одной характеристики, связанной с искрением в коллекторном узле генератора.

19. Способ по п. 18, в котором анализ упомянутого множества характеристик включает анализ главных компонент.

20. Способ по п. 16, включающий также прием сигналов от второго трансформатора тока, установленного вокруг возбуждающего кабеля, который соединен с коллекторным узлом генератора, и сохранение множества фрагментов упомянутых сигналов от второго трансформатора тока в ответ на обнаружение множества фрагментов в сигналах, принятых от первого трансформатора тока, при этом извлечение по меньшей мере одной характеристики сигналов включает извлечение по меньшей мере одной характеристики сигналов, принятых от второго трансформатора тока.