[發明專利]一種基于低次諧波軸電壓信號的電機轉子典型故障診斷方法

無效

• 申請號: 200910075688.9
• 申請日: 2009-10-14
• 公開（公告）號: CN101694508A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 李和明;武玉才;李永剛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: G01R31/06
• 分類號: G01R31/06;G01R23/16
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術領域

本發明涉及一種能夠在線診斷同步電機轉子繞組是否存在匝間短路等典型故障的方法，屬測試技術領域。

背景技術

轉子繞組匝間短路故障是同步電機的常見故障。針對匝間短路故障的診斷方法多種多樣，總體上可以分為兩類，即離線診斷方法和在線診斷方法。其中，在線診斷方法能對故障進行實時檢測，防止其進一步惡化，是今后發展的趨勢。

目前，在線檢測轉子繞組匝間短路故障的方法主要有探測線圈法、勵磁電流法以及基于轉子基頻振動的檢測方法。

探測線圈法的基本原理是對發電機定子鐵芯氣隙中的旋轉磁場進行微分，然后通過分析信號微分后的波形來診斷轉子繞組是否存在匝間短路故障以及故障槽的位置。該方法的缺點是只適合診斷分布式繞組的隱極電機而且只在電機空載狀態才能獲得較高的監測可靠性，而當電機帶載運行時，探測效果并不明顯，檢測準確度較差。此外，這種方法需要將探測線圈裝在定子鐵芯的空氣隙表面，由于對已經投運電機安裝探測線圈相當困難，使該方法的應用范圍受到了限制。

勵磁電流法是根據短路故障前后勵磁電流的變化和無功的相對變化來監測轉子短路故障，適用于靜止勵磁電機。該方法應為系統的擾動以及功率調節留有一定的裕度，對嚴重短路較為有效，而輕微的匝間短路(如1匝短路)通常難以檢測。

基于電機轉子的基頻振動的轉子繞組匝間短路故障監測方法監測的是轉子的振動信號，然而轉子振動是機電交叉作用的結果，包括質量不平衡和動偏心等初始狀態的影響，如果轉子所受初始不平衡外力與轉子匝間短路引起的不平衡磁拉力相位相反，那么短路發生后電機的基頻振動可能仍處于正常范圍，無法檢測出故障。

上世紀后期，Paul?I.Nippes經過大量的實踐，提出了通過軸電壓診斷旋轉機械故障的方法，它是以電壓波形異常和幅值的突然增大做為判斷依據，該方法雖然在實際生產中獲得了應用，并數次成功診斷出發電機故障，但并沒有獲得理論支持，難以對故障類型給出明確指示。

總之，盡管國內外對轉子繞組匝間短路故障的在線檢測十分重視，但現有的各種方法在應用中還是受到一定的制約，實際測試中得到的結果并不十分理想，發電廠發生轉子繞組匝間短路故障后未能及時發現的事例屢見不鮮，因此有必要進一步提高此類故障的診斷水平。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足、提供一種簡單易行、可靠性高且適用范圍廣的基于低次諧波軸電壓信號的電機轉子典型故障診斷方法。

本發明所述問題是以下述技術方案實現的：

一種基于低次諧波軸電壓信號的電機轉子典型故障診斷方法，它將滑動變阻器的兩端分別接于電機轉子兩端，然后利用數據采集儀在線采集滑動變阻器輸出的軸電壓分壓信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到軸電壓頻譜圖；最后通過對軸電壓信號的頻譜進行分析，診斷電機轉子繞組是否存在匝間短路故障：若軸電壓信號中jω_r/2π的頻率分量幅值超過正常值的15％，則判定電機轉子存在繞組匝間短路故障，其中，公式中的ω_r為電機的機械角速度，j為不等于kP的正整數，k＝1、3、5……，P為電機極對數。

上述基于低次諧波軸電壓信號的電機轉子典型故障診斷方法，通過對軸電壓信號的頻譜進行分析，還可診斷電機轉子靜偏心故障的嚴重程度：若軸電壓信號中工頻頻率分量幅值超過正常值的10％，則判定發電機靜偏心故障有增大趨勢。

本發明通過對軸電壓信號的頻譜進行分析來診斷轉子繞組匝間短路等故障，不僅診斷可靠性高，而且采集軸電壓信號不用安裝價格昂貴的傳感器，操作簡單而且成本低。該方法既適用于隱極同步電機，也適用于凸極同步電機，無論電機大小新舊，都可以方便地進行測試，尤其轉子繞組匝間短路故障頻發的中小型同步電機以及老舊的大型同步電機，采用該方法診斷具有廣闊應用前景。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步詳述。

圖1～圖4是靜偏心狀態下轉子轉角分別為0°、90°、180°和270°時磁力線的分布圖；

圖5～圖7是靜偏心導致電機磁場發生畸變的過程；

圖8是本發明軸電壓測量電原理圖；

圖9是故障模擬實驗接線圖；

圖10是無勵磁電流空轉狀態下的軸電壓頻譜；

圖11是空載正常情況下的軸電壓頻譜；

圖12是負載正常情況下的軸電壓頻譜；

圖13是空載短路5％情況下的軸電壓頻譜；

圖14是空載短路12％情況下的軸電壓頻譜；

圖15是空載短路20％情況下的軸電壓頻譜；

圖16是負載短路5％情況下的軸電壓頻譜；