专利名称：射频信号检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种故障情况的检测方法和装置，特别是涉及一种检测涡轮发电机中的射频信号的方法和装置。这种装置可以区分虚假故障信号(如噪声信号)和真正故障信号(如由电弧击穿产生的信号)。
涡轮发电机一般有6条引出线，例如三相发电机有三条“火”线和三条接地中线，那么对全部三相来说有一条公共的信号中线。普通的射频监控器(RFM)从该公共中线上检测出全部射频信号，如果检测到的射频信号达到规定的门限电平，那么RFM就报警。
射频信号至少能在三种情况下出线。由于发电机内部或同相导管内局部放电而产生的续期很短的低压或小电流脉冲，这些脉冲差不多是以一个恒定的速率出现，但它们并不表征发电机内出现问题，也就是说这些“虚假”的故障信号。然而，普通的射频监控器RFM检测出这些短脉冲，并把它们的作用叠加到RFM电平上，这样就错误地指示出发电机的故障。这是一类虚假信号。
第二种虚假信号是由外界包含有半导体可控硅整流器、三端双向可控硅开关元件等的电器开关电路产生的，这些开关电路所产生的射频信号都是典型的很强的脉冲信号(高电压或大电流)，它们可能同步发生，也可能不同步。通常它们都是断续出现的，但是普通的RFM很容易被这种信号搞混，而误认为是电弧击穿事故。从而这些虚假信号也会错误地导致RFM报警。
真正的故障信号是由击穿电弧产生的，这些电弧可能在发电机内部，也可能是外部传到发电机的。通常，电弧的产生与绕组导线的断裂以及主轴接地电刷太脏或失调有关，只要检测到击穿电弧的存在就表征发电机系统可能出了问题。
由于普通的RFM不能区分虚假信号和真正的信号，因而导致误报警和降低了检测电弧击穿事故的能力。
本发明的目地是提供一种射频信号的检测方法和装置，它可以区分虚假射频信号和真正的射频信号。
本发明的另一个目的是提供一种检测射频信号的方法和装置，如果出现由电弧击穿产生的射频信号，就能跳闸报警，但是出现射频“噪声”信号，如发电机内的局部放电产生的短脉冲信号或由外界的包含有半导体可控硅整流器或三端双向可控硅开关元件等的电气开关电路产生的信号，这时它将不跳闸报警。
按照本发明所提供的方法和装置，只是在发电机中线的电压或电流峰值超过规定的门限值，并且随后在规定的时间周期内再次出现第二个或可能的第三个、第四个射频信号，才指示出现了真正的线路电弧击穿故障。
下面参照附图对结构和运行方法作更加详细的描述和申述，将使本发明的上述目的和其它目的和优点更加清楚明瞭，附图中同一部分使用相同的编号。
图1包括有射频监控器(RFM)的普通发电机系统的原理图。
图2A和2B是由局部放电产生的射频信号的波形图。
图3是由外界电气开关电路产生的射频信号波形图。
图4是由电弧击穿产生的射频信号波形图。
图5是本发明的模拟量予处理门电路的原理图。
图6是本发明的鉴别电路图。
图7是图6的移位寄存器实例的方块图。
图8是本发明的数字量予处理门电路方块图。
图1表示由美国专利US.4446426所描述的包括检测射频信号的RFM5的普通发电机系统。三相发电机10包括三条“火”相线，A相20，B相30和C相40，中线50接地，是三相的公共地线，射频RF信号感自或取自靠近中线变压器55的中线。当相位不平衡和发电机跳闸时，此中线变压器则拾取由此而产生的高压脉冲信号。这种射频是从带比如普通的电流变换器60的中线变压器摘取出来的。电容(电压)合器也能用来检测射频信号。射频监控器5用来识别射频信号，而标准的射频信号监控器不能区分真正的故障信号和虚假故障信号。
发电机10和同相总线(如C相40)脉冲内由于局部放电而在中线50上产生的射频信号是典型的很短的振铃波，持续期大约为50毫微秒，分别如图2A和图2B所示。
由外界包含有半导体可控硅整流元件和三端双向可控开关元件的电器开关电路所产生的射频信号要比图2所示由于局部放电产生的那些信号数量少，但是幅度要大得多，即是一个高电压，如图3所示。
真正的故障信号，也就是由电弧击穿所产生的信号是由一串密集的脉冲组成，它们局限于一个长度为数+微秒，如100微秒的包络之中，如图4所示。
按照本发明的方法和装置，那些不希望的脉冲信号在信号输入到RFM5之前就从信号中去除掉，在信号送到RFM之前必须满足两个条件，第一，在发电机中线50上检测到的电压脉冲必须超过规定的门限电压，例如4毫伏。如果满足了这个条件，在发电机中线上的信号还必须在规定的期间，如100微秒之内超过作为上升前沿的规定的门限电压。这两个条件都满足的话，则两个信号都能传到RFM去，反之，如果这两条件的任何一个不满足的话则信号就都不会送到RFM。用这种筛选的方法，就能把上述的虚假信号从输入到RFM的信号中清除出去。当然，电流脉冲也能与电流门限值相比较。
用模拟量予处理门电路或数字量予处理门电路也能清除虚假信号，图5是按照本发明模拟量予处理门电路的原理图，在非延时输入端512处把中线50上的射频信号输入到鉴别电路510，经延时的信号在延时输入端514输入到鉴别电路510。普通的延时线520把输入到延时输入端514的射频信号延时，以便当检验出未延时的信号满足前述的判别准则时，延时的信号就可以被传送到RFM去。延时线520可以由任何标准的延时电路来构成，例如同轴电缆绕成的线圈或者超声电子延时电路。按照一个优选的实施例，所需要的延时时间是100微秒。
鉴别电路510的一个实施例表示在图6中。来自中线50的射频信号输入到高通滤波器610，高通滤波器610滤掉中线上的180(HZ)成分，然后射频信号输入到比较器620和延时电路520。如果输入到比较器620的射频信号电压超过VREF那么比较器620输出一个逻辑码“1”。比较器620保持逻辑码“1”直到该射频信号等于VREF或跌落到VREF以下为止。
比较器620的输出信号输入到单稳态多波振荡器630，例如100微秒触发一次，而该振荡器630由比较器620的输出电压VB的上升前沿来触发。
比较器620的输出(VB)还输入到差分放大器640，多谐振荡器630的输出电压VA也同时输到差分放大器640，该差分放大器640把电压VA从VB中减掉，而把减得的结果(1或0)输入到串行移位寄存器650。。来自多谐振荡器630的输出电压VA也输入到移位寄存器650(下面将更加详细地描述移位寄存器650)。
串行移位寄存器650把它的输电压VD送到单稳态多谐振荡器660，例如100微秒触发一次。该多谐振荡器660由信号VD的下降后沿来触发，并将输出电压VE送到开关器670，信号VE是触发开关器670的门信号。当门信号VE是高电平时，开关器670把经延时电路520延时的射频信号RF发送到RFM。
图7是图6中移位寄存器650的方块图，串行移位寄存器710接收到来自多谐振荡器630的下跳脉冲而归零，并且当接收到一个高电平信号时就能工作。“与”门720接收来自差分放大器640和来自串行移位寄存器710的输出信号，来自串行移位寄存器710的输出信号首先反相而后输入到“与”门720。
在运行期间，来自发电机中线的信号经过高通滤波器610滤掉中线上的180Hz信号成份，而后将该信号输入到比较器620和延时电路520，经延时电路520延时的射频信号RF送到开关器670，当开关器670导通时，它将延迟的信号送到RFM。
输入到比较器620的射频信号RF要与VREF比较，如果该信号RF小于或等于VREF，则比较器620输出一个逻辑码“0”。如果输入到比较器620的射频信号超过RREF时，比较器620输出逻辑码“1”。同时逻辑码“1”的上升前沿触发多谐振荡器630。
多谐振荡器630接收到来自比较器620的逻辑码“1”时，就输出一个逻辑码“1”到差分放大器640去。因为比较器620的输出信号VB也直接输入到差分放大器640，当VA是“1”(表示出现VB的上升前沿)而VB是“0”(在多谐振荡器630触发周期内，如本例的100微秒，VB跌落到VREF以下时)，那么差分放大器640就输出一个“1”(V-V＝1)，这个信号被送到移位寄存器650。
来自单稳态谐振荡器630的下降脉冲信号把串行移位寄存器710归零，当VA的下降边缘把串行移位寄存器710归零时，串行移位寄存器的全部输出端都成为低电平，而且“与”门720把来自差分放大器640的全部脉冲信号都送到串行移位寄存器710去。经过“与”门720的第一个脉冲使串行移位寄存器710的输出端1达到高电平，而第二个脉冲使输出端2变成高电平，以防止任何随后的脉冲通过“与”门720。来自串行移位寄存器710的输出端2的高电平输出还触发单稳态多谐振荡器660，使之把开关器670导通，从而把来自延时电路520的延迟信号送到RFM。这个信号将连续地被送到RFM，直到射频信号电压跌落到低于门限电压值和达到该门限电压的射频RF脉冲在规定的时间限(本例为100微秒)不再出现时为止。
移位寄存器650可以重新布线，以使串行移位寄存器710从输出端3或4输出，这时在移位寄存器650的输出达到高电平之前，就分别需要3个或4个脉冲。
图8是本发明一个对射频信号进行预处理的数字量预处理门电路。在图8中表示，一个高速数字器810可以例如电一个很快的模/数A/D变换器构成，典型的一个例子是用型号为BT-208的变换器，这是一种20MHz，8比特闪光变换器，由Brooktree公司生产(Brooktree Corperation，San Diego，California)。数字器810把来自中线的模拟信号变换成为由信号处理器820处理的数字信号，而信号处理器820例如可以由计算机构成，它包括一套软件程序，以通过检测前述的第一和第二条件的存在与否来执行筛选功能。对本领域的普通技术人员来讲，都能提供这种适合的程序。
信号处理器820起鉴别电路510的作用，如果射频信号RF满足两个判定条件，那么该信号由数/模变换器825变回为模拟量之后，输送到RFM5去。换言之，也可用该处理器对射频信号RF电平进行数字量计算和由数字信号处理器820来代替RFM。
用图8的实施例，软件程序能使信号处理器820读取输入量，分析该输入量信号，以决定是否把该信号输出到RFM去，或者把该信号作为虚假信号“抛弃”掉等。所以，当要改变判别准则时，如第一、二条件规定的门限电压或时间期限，只需对软件程序进行适当上述变化的修改就很容易实现。
在此所披露的方法和装置，不需要对现有的RFM进行修改，这种装置和方法是用在输入到RFM之前。所以，对现有系统的修改是相当容易的。
从详细的说明书中可以清楚地体现出本发明的这些特点和优点，并期望通过复加的权利要求来覆盖本发明构思及其范围之内的全部特征和优点。另外，由于本领域的普通技术人员很容易做到许多修改和变形，所以本发明并不局限于上述具体的结构和运行。相应地，所有相应的改型和等价物的替换都不会超出本发明的范围。
附图所采用的数码代表的符号代号 编号 附图射频监控器 5 1鉴别电路 510 5RFM(射频监控器缩写) 5 5高通滤波器 610 6延时电路 520 6比较器 620 6单稳态多谐振荡器 630 6移位寄存器 650 6单稳态多谐振荡器 660 6开关器 670 6串行移位寄存器 710 7高速数字器 810 8信号处理器 820 8数/模变换器 825 8RFM 5 8
权利要求
1.一种检测发电机内出现真实故障的方法，其中，先检测来自发电机(10)的射频信号RF，再识别虚假故障信号和真实故障信号，然后依据射频信号RF监控器的检测指示真实故障信号的存在，其特征在于先确定检测到的第一次出现的射频信号RF的电平，再检测该射频信号RF的第二次出现只有在第一次出现的射频信号电平超过预定的电平，和在预定的时间周期内第二次出现该射频信号时，该输出端(670)才允许输出真实的故障信号。
2.一种检测发电机内出现真实故障的装置，包括检测来自发电机的射频信号RF的检测器(60);用来区分该射频信号内的虚假故障信号和真实故障信号的鉴别装置(510);和依据射频信号监控器的检测来指示真真实故障信号存在的指示装置(5)，其特征在于所说的鉴别装置包括检测所测到的第一次出现的射频信号电平的第一检测器(620);检测该射频信号第二次出现的第二检测器(630，640和650);以及输出真空故障信号的输出装置(670)，但只有在第一次出现的射频信号电平超过预定的值和在预定的时间周期内该射频信号第二次出现时，该输出装置(670)才输出真实的故障信号。
3.按照权利要求2的装置，其特征在于还有一个直接从发电机中线接收射频信号的实际输入装置(512);接收来自中线并经延时的射频信号的延时输入装置(514);以及用来把被接收到的射频信号与所述延时的射频信号相比较的比较器(510)，当该比较器指示接收到的射频信号电平超过预定的值和在预定的时间周期内出现延时的射频信号时，输出真实的故障信号。
全文摘要
一种指示发电机确实发生故障的方法和装置，它只是在发电机中线电压或电流超过规定的门限值，并接着在规定的时间周期内再次出现超过该门限值的第二射频信号时，才指示发电机发生故障，因而避免了发电机故障的误报事故。
文档编号H02P9/00GK1049914SQ90107110
公开日1991年3月13日 申请日期1990年8月17日 优先权日1989年8月18日
发明者米歇尔·特威尔道克利普 申请人:西屋电气公司