李宗哲
山东核电有限公司 265100
摘要：简要介绍我电力行业定制转子检测与控制设备的应用机器人及膛内自动检测与控制系统的主要内容和基本结构的理论研究和发展，并对其进行验证。通过理论实践和实际应用各方面的成果。膛内测试设备的功能基本满足了国家有关行业技术要求，可以有效地进行膛内维护和售后服务的管理。
关键词：发电机；检测系统；开发与应用
引言：
机器人控制设备的驱动机构设计本体主要组成包括：图像驱动控制模块、图像驱动信息信号采集检测处理控制模块、EL - CID驱动信号信息采集检测处理控制模块、定子和导槽楔子和松紧度信号检测处理模块等几个大部分。在这种旧模式下，电厂的发电机定子膛内的日常维护和定期安装等检修都需要把转子全部抽出，其中的操作过程中往往需要进行拆装数量比较多的零配件，耗时费力，且操作过程中定子与转子极易产生相互碰撞，有着一定程度上的的安全性风险。
1概述
发电机的维护及日常测试检查过程中，传统的定子检查运行方式的主要原理是从空气中快速抽出活动定子室中的槽楔、定子铁芯和整体外观对定子室中使用的转子进行了仔细检查[1]。所以，需要彻底打破目前传统的机械维修控制手段，在不再需要抽出转子的特殊情况下，设计了定子膛内机器人故障检测与自动诊断系统，对整个定子膛内部机械部件进行自动检测，及时进行机械故障自动识别和事故诊断。发电机不自动抽取转子，主要优点如下：
（1）大大缩短了检修周期，对于机组检修计划的统筹安排很是有利；
（2）有效地节约了检修费用和成本，减少了检修的时间和难度；
（3）有效地规避了在传统工作模式下抽、穿过转子的情况下碰到固定子腔内和端部绕组以及零件的危险；
（4）采用可视化的方法来检测其可靠性，极易储存、归档及分类，并且能够对发电机的使用寿命做出趋势性的分析。
2检测系统的开发内容
根据发电机相关结构特征与定子膛内机器人的所具备的需要完成的功能，其开发的主要内容为：机器人自动爬行系统、可视化图像监控系统、定子槽楔松动检测及EL - CID检测。
（1）机器人爬行系统：主要是研究一种利用机器人进行爬行的小车高度、爬行速率、吸收力矩、可以调节性、并且具有携带多个检查模块等功能。
（2）可视化图像监控系统：主要功能是系统具有图像照明时间和亮度的自动实时调节、高清图像的自动检测等功能，多画面图像同时自动显示，视频图像保存，高清图像回放等
（3）EL - CID检测系统：本文主要研究一种安装在机器人爬行车上的EL - CID检测线圈。利用这种检测电缆线圈的检测方法，可以检测芯件的EL - CID，判断芯件是否存在短路故障部位，有效地反映芯件之间的绝缘状况。本课题所研究的定子膛内机器人自动检测与控制系统的框架结构如表1所示。
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3系统结构设计
3.1机器人爬行系统
机器人爬行系统主要由爬行机器人驱动小车和爬行控制系统组成。利用发电机定子和转子之间的差异，能够自由地向前、向后和停止[2]。车体上预留多功能机械安装接口，可用于安装和携带其他子系统的传感器或侦察仪器。并且，在车身上安装了带编码器的传感头，能够及时反馈爬行机器人间的距离，并为其他传感头提供编码信号。
为了平衡风电机组最大输出驱动功率和电机驱动减速能力的实际要求，在电机驱动模块中专门重新设计了电机减速装置，大大提高了电机驱动减速能力。整个驱动机的电机控制装置嵌入并连接到驱动控制模块的电机尾部，整个驱动机的能量通过驱动齿轮箱传递到皮带轮展开爬行。通过磁感应强度的仿真模拟实验，磁力驱动吸附控制单元嵌入多块永磁体，对称自动分布或放置在磁力驱动小车模块中，把机器人的电动小车固固定自动吸附或放置在定子线圈或铁线圈中心物体表面。驱动控制模块与小车整体框架可完全使用悬挂结构，能够完全符合各种内部结构不同的发电机组驱动类型[3]。爬行机器车的总体硬件结构和框架设计如下图2所示。
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爬行控制和驱动系统主要通过内部具有无线电缆的驱动网络将所有爬行移动机器人的可移动体连接起来，并向所有爬行移动机器人的移动体提供驱动力和爬行控制器信号。其主要工作功能原理有两点：（1）主动向爬行机器人提供24V直流电压，并为爬行机器人供能并带来驱动能量； （2）自动分离控制爬行机器人的前行，退后及静止不前； （3）可自动调节爬行机器人的自由爬行速率； （4）向爬行机器人提供信息，以在爬行时提示正确的位置； （5）同时会自动展现电机的实际工作量和运转状态。其控制系统基本结构的逻辑设计策略，如图3所示
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3.2可视化检测
发电机的定子和转子之间的间隙是由专人使用特殊的机器人安全装置实现的。必须使用带有影装置的特殊机器人来检测定子铁心和转子表面上所有位置的径向和轴向位移。这样，能够有效判定在维修后的发电机运转是否处于正常工作状态，以及发电机产生异常时，是否有异物吸入或零件掉落。
3.3定子槽楔松动检测
在发电机的实际工作原理过程中，定子杆主要受铁芯力与电动势以及其他铁芯机械振动之间的相互作用的影响，而定子杆则主要依赖于固定在铁芯上的槽楔是固定的。由于槽楔受许多因素的直接影响，若长时间高速运行、振动以及槽中温差变化的影响，因此在槽楔和滚筒之间可能会发生少量的干燥收缩，并且会产生插槽松弛的现象，致使线槽之中的线杆产生些许振动，因此会磨损线杆及其防晕层的耐热性和稳定性，十分严重时可直接影响总线主体和其他组件的绝缘部件。
3.4定子铁芯电磁缺陷检测(EL - CID法)
典型的发电机定子电机的铁心中心主要由数千个薄钢板（也称为铁芯叠片）组成，而定子铁心绕组主要由嵌入齿槽内径的绝缘线棒构成。铁芯用于连接定位螺杆和外部发动机底座。叠层壳的表面被薄的白色绝缘转子涂层紧紧包裹着避免其干扰在两个绝缘叠片之间产生螺旋电流。叠片之间的局部绝缘失效将直接导致大电流，该电流可能会在叠片铁芯的局部温度范围内失效。这些小电流可能会导致危险的局部过热放电现象，特别是在损坏地面的区域，这可能会引起新的热点，从而对铁芯造成更为严重损害。
4 实际应用
定子膛内发电机器人安全自动化设备检测与控制系统的设计，开发及应用验证准备工作基本完成后，最终产品可广泛用于电厂现场进行不抽转子情况下的大修检查中。EL - CID铁芯故障检测功能的波形显示可以直观，准确地显示每个铁芯和每个铁芯是否存在绝缘短路故障，并可以准确确定每个铁芯之间是否存在绝缘状态。
许多大型风力发电机，例如国内大型发电厂中的100MW3#水氢冷发电机、国内某电厂390MW2#燃机发电机，在大修期间，都采用了一种新的不抽转子检修的解决措施。检查故障的全过程基本可以在2天左右完成，实现了对铸铁定子膛内各种物料槽的可视化视频短路检查高效、准确，对定子铸铁中心短路故障的录像检查。
5 结语
定子膛内部机器人自动检测和监视系统的技术研究和应用开发，技术应用验证和实际应用测试基本上可直接实现内部智能自动检测的能力。主要技术包括在定子膛内进行内部可视化自动图像分析检测以及对定子铁心的检测。该系列产品的新技术应用弥补了该技术产品在当前国内应用领域中技术缺口，极具有国际前景。
参考文献：
[1]丁志齐. 发电机膛内检测爬壁机器人技术研究与系统设计[D]. 华中科技大学，2020.
[2]宋伟，姜红建，王滔，高振飞，杜镇韬，朱世强. 爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究[J]. 浙江大学学报(工学版)，2018(10):16-20.
[3]陈永芳，孙世芳. 船用非接触喷涂爬壁机器人的开发与试验[J]. 机电工程技术，2018(09):198-199.