專利名稱：基于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的交流無刷發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的交流無刷發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)與診斷主要對(duì)繞組絕緣、軸承和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，對(duì)發(fā)電機(jī)組電氣故障的監(jiān)測(cè)與診斷較少涉及。這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)電氣故障種類多、故障部位分散，早期電氣故障主要包括發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障等。目前對(duì)于每一類電氣故障，都需要不同的檢測(cè)方法，安裝不同的傳感器，應(yīng)用不同的診斷算法。因此，難以對(duì)上述電氣故障進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和集中診斷。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是一種常見故障。目前國家標(biāo)準(zhǔn)使用了轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)下氣隙探測(cè)線圈法來檢測(cè)轉(zhuǎn)子線圈是否發(fā)生匝間短路故障，該方法需要在距離被測(cè)轉(zhuǎn)子表面10 20mm處或發(fā)電機(jī)定子槽楔上安裝磁通探測(cè)器，只能在發(fā)電機(jī)空載和三相短路情況下進(jìn)行；在發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷的條件下，由于電樞反應(yīng)，檢測(cè)效果不明顯；發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路是破壞性很強(qiáng)的故障，要求發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置快速準(zhǔn)確地切除故障，保護(hù)發(fā)電機(jī)免受進(jìn)一步的損傷。但是發(fā)電機(jī)的各種保護(hù)方案對(duì)定子繞組同分支小匝數(shù)匝間短路都不能有效反應(yīng)。特別是匝數(shù)很小的短路，短路環(huán)中的電流很大，但發(fā)電機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)電流變化很小，這就增加了故障檢測(cè)的難度。而目前針對(duì)定子繞組同分支小匝數(shù)匝間短路還沒有在線診斷方法。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障主要包括勵(lì)磁機(jī)故障和旋轉(zhuǎn)整流器故障。與主發(fā)電機(jī)類似，勵(lì)磁機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組也會(huì)出現(xiàn)短路故障，尤其是處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的勵(lì)磁機(jī)電樞繞組，發(fā)生匝間和相間短路故障的可能性較大。同樣高速旋轉(zhuǎn)的整流器如遇到過電壓和過電流及其他非正常情況，功率二極管可能遭到損壞。二極管故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)短路和斷路情況。在船舶“高溫、高濕、高鹽”特殊環(huán)境下，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的安全運(yùn)行存在很大隱患，但由于船舶發(fā)電機(jī)空間狹小，無法采用侵入式檢測(cè)手段等特點(diǎn)，船舶交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的交流無刷發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)方法，可以解決現(xiàn)有發(fā)電機(jī)故障診斷方法存在的無法對(duì)多種發(fā)電機(jī)電氣故障進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和集中診斷的問題?！N基于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的交流無刷發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)方法，包括如下步驟首先測(cè)量發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的直流分量和各次諧波幅值，然后通過定子繞組匝間短路診斷算法、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法、勵(lì)磁機(jī)故障診斷算法和旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷算法來檢測(cè)發(fā)電機(jī)組是否發(fā)生電氣故障；所述電氣故障包括定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相間短路、旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管開路和旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管短路；其中(I)所述定子繞組匝間短路診斷算法，進(jìn)行下述操作(I. I)計(jì)算發(fā)電機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率fl fl = PXN/60,式中，P為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；(I. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，分別提取頻率為2fl、4fl、6fl的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電 流諧波幅值7V1、、76/,;分別計(jì)算勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流二次諧波、四次諧波和六次諧波相對(duì)值《 = hfi I he、β = I4fi / IDcmS = ' 1Dc ;(1.3)判斷是否α (η+1)/α (η) > 300%，是則進(jìn)行步驟(I. 4)，否則人機(jī)交互單元不顯示；式中，α (η)表示前5秒間隔的α值，α (η+1)表示后5秒間隔的α值；(1.4)判斷是否 β (η+1)/β (η) ( 175%且 δ (η+1)/δ (η) ( 175%，是則為發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行導(dǎo)致的諧波成分變化，人機(jī)交互單元不顯示；否則通過人機(jī)交互單元顯示定子繞組匝間短路；式中，Mn)、δ (η)分別表示前5秒間隔的β、δ值，β (η+1)、δ (η+1)分別表示后5秒間隔的β、δ值；(2)所述轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法，進(jìn)行下述操作(2. I)計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組匝間短路時(shí)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流頻譜中的故障基次諧波頻率f2 f2 = N X M/60,式中，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，M為發(fā)電機(jī)定子每相繞組的并聯(lián)支路數(shù)；(2. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，分別提取頻率為kf2的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅
值4/2 , k = 1、2· · · 7、8 ;(2. 3)判斷/桃(n + \)/ Ikf2 (η) > 200%的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值個(gè)數(shù)是否大于2個(gè)，是則進(jìn)行步驟(2. 4)，否則人機(jī)交互單元不顯示，式中，/%( )表示前5秒間隔的&2值Z20 + 1)表示后5秒間隔的&2值；(2.4)取(W +I)/^2(X)比值最大的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值7認(rèn)，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特征值^ = /;Λ flDC^j e (1,2...7,8)；(2. 5)判斷是否ε (η+2) / ε (η+1) > 120%，是則通過人機(jī)交互單元顯示轉(zhuǎn)子繞組匝間短路，否則轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特征不明顯，人機(jī)交互單元不顯示，式中，ε (η+1)表示后5秒間隔的ε值，ε (η+2)表示更后5秒間隔的ε值；(3)所述勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路診斷算法，進(jìn)行下述操作(3. I)計(jì)算勵(lì)磁機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率f3 f3 = P1XN/60,式中，Pl為勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；(3. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，提取頻率為2f3的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值72/3，計(jì)算勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路特征值7 = /V3 11DC ；(3. 3)判斷是否Y (n+1)/Y (η) < 150 %，是則勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組沒有發(fā)生短路，人機(jī)交互界面不顯示；否則判斷是否150%< Y (η+1)/Y (η) < 300%，是則通過人機(jī)交互單元顯示勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路；否則通過人機(jī)交互單元顯示勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相間短路；式中，Y (η)表示前5秒間隔的Y值，Y (η+1)表示后5秒間隔的Y值；(4)所述旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障診斷算法，進(jìn)行下述操作(4. I)計(jì)算勵(lì)磁機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率f3 f3 = P1XN/60,式中，Pl為勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；(4. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，提取頻率為f3的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值4，計(jì)算旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障特征值A(chǔ) =1IJ1DC-(4. 3)判斷是否λ < 10%，是則旋轉(zhuǎn)整流器正常，人機(jī)交互界面不顯示；否則判斷是否10% < λ <55%，是則通過人機(jī)交互單元顯示旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管開路；否則通過人機(jī)交互單元顯示旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管短路。本發(fā)明利用LabView開發(fā)的故障診斷算法，通過測(cè)量勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，就可檢測(cè)出發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相間短路、旋轉(zhuǎn)整流器二極管I管開路和旋轉(zhuǎn)整流器二極管I管短路等多種電氣故障，從而節(jié)約了測(cè)量點(diǎn)，不必在發(fā)電機(jī)內(nèi)安裝多種侵入式傳感器；對(duì)于大中型船舶的不同型號(hào)發(fā)電機(jī)有很好的通用性，用戶只要輸入采樣電路參數(shù)和待檢測(cè)發(fā)電機(jī)參數(shù)，就可自動(dòng)計(jì)算判斷相應(yīng)的各種電氣故障，實(shí)時(shí)性好，能夠滿足在線檢測(cè)的要求。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例硬件結(jié)構(gòu)組成框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例定子繞組匝間短路診斷算法操作流程框圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法操作流程框圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路診斷算法操作流程框圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障診斷算法操作流程框圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例人機(jī)交互單元實(shí)時(shí)采集及波形顯示界面。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。如圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例硬件結(jié)構(gòu)包括傳感器組、信號(hào)調(diào)理電路、采樣電路、數(shù)據(jù)處理器和人機(jī)交互單元，用戶通過人機(jī)交互單元向數(shù)據(jù)處理器輸入采樣電路參數(shù)和發(fā)電機(jī)參數(shù)，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)采樣電路參數(shù)控制采樣電路采集數(shù)據(jù)，所述傳感器組由三個(gè)電壓傳感器和四個(gè)電流傳感器構(gòu)成，各電壓傳感器及各電流傳感器的輸出信號(hào)分別送到信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓、調(diào)幅后，由采樣電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送到數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行故障檢測(cè)與識(shí)別處理，再由人機(jī)交互單元輸出結(jié)果，所述三個(gè)電壓傳感器中，第一、第二、第三電壓傳感器分別測(cè)量發(fā)電機(jī)A相、B相、C 相電樞相電壓；所述四個(gè)電流傳感器中，第一、第二、第三電流傳感器分別測(cè)量發(fā)電機(jī)A相、B相、C相電樞相電流；第四電流傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流；
0042]所述數(shù)據(jù)處理器加載定子繞組匝間短路算法、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路算法、勵(lì)磁機(jī)故障診斷算法和旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷算法。第一、第二、第三電壓傳感器采用瑞士 ABB公司的EM010-9238型傳感器；第一、第二、第三、第四電流傳感器采用美國Fluke公司的SOi-IlOs型電流測(cè)試鉗；信號(hào)調(diào)理電路采用北京阿爾泰公司的A1-P9信號(hào)調(diào)理端子板，將傳感器測(cè)得的電流信號(hào)、電壓信號(hào)接入信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)濾波、穩(wěn)壓和調(diào)幅后由采樣電路采集。采樣電路采用北京阿爾泰公司的USB2080數(shù)據(jù)采集卡，其前端采集和處理采用DSP芯片，最高采樣頻率為400KS/s ;接線端子有9路電流霍爾接口、3路電壓霍爾接口，還有振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)的擴(kuò)展接口 ；數(shù)字信號(hào)最后由數(shù)據(jù)采集卡USB接口輸出。數(shù)據(jù)處理器采用深圳西斯威公司的F2716型嵌入式微型PC104板，搭配了 CPU、數(shù)字I/o模塊和通訊模塊；CPU安裝了嵌入式操作系統(tǒng)Windows XP embedded，在該操作系統(tǒng)下運(yùn)行利用LabView開發(fā)的定子繞組匝間短路診斷模塊、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷模塊、勵(lì)磁機(jī)故障診斷模塊和旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷模塊。數(shù)字I/O模塊將CPU運(yùn)算結(jié)果通過人機(jī)交互單元顯示，通訊模塊具有多種通訊接口，如USB、RS485、以太網(wǎng)接口等等。本實(shí)施例中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷結(jié)果通過以太網(wǎng)接口遠(yuǎn)程通訊到上位機(jī)。圖2為定子繞組匝間短路診斷算法操作流程框圖，所述定子繞組匝間短路診斷算法，進(jìn)行下述操作(I. I)計(jì)算發(fā)電機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率fl fl = PXN/60,式中，P為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；(I. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，分別提取頻率為2fl、4fl、6fl的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電
流諧波幅值7V1、、76/,;分別計(jì)算勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流二次諧波、四次諧波和六次諧波相對(duì)值《 = hfi I he、β = I4fi / IDcmS = ' 1Dc ;(1.3)判斷是否α (η+1)/α (η) > 300%，是則進(jìn)行步驟(I. 4)，否則人機(jī)交互單元不顯示；式中，α (η)表示前5秒間隔的α值，α (η+1)表示后5秒間隔的α值；(1.4)判斷是否 β (η+1)/β (η) ( 175%且 δ (η+1)/δ (η) ( 175%，是則為發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行導(dǎo)致的諧波成分變化，人機(jī)交互單元不顯示；否則通過人機(jī)交互單元顯示定子繞組匝間短路；式中，Mn)、δ (η)分別表示前5秒間隔的β、δ值，β (η+1)、δ (η+1)分別表示后5秒間隔的β、δ值。圖3為轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法操作流程框圖，所述轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法，進(jìn)行下述操作(2. I)計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組匝間短路時(shí)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流頻譜中的故障基次諧波頻率f2 f2 = N X M/60,式中，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，M為發(fā)電機(jī)定子每相繞組的并聯(lián)支路數(shù)；(2. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，分別提取頻率為kf2的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值A(chǔ)/2 , k = 1、2· · · 7、8 ;(2. 3)判斷(η + \)/ Ikf2 (η) > 200%的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值個(gè)數(shù)是否大于2個(gè)，是則進(jìn)行步驟(2. 4)，否則人機(jī)交互單元不顯示，式中，/%( )表示前5秒間隔的&2值Z20 + 1)表示后5秒間隔的&2值；(2. 4)取+ I) / Ikf2 (W)比值最大的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值/;/2，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特征值^ = /;Λ flDC^j e (1,2...7,8)；(2. 5)判斷是否ε (η+2)/ ε (η+1) > 120%，是則通過人機(jī)交互單元顯示轉(zhuǎn)子繞組匝間短路，否則轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特征不明顯，人機(jī)交互單元不顯示，式中，ε (η+1)表示后5秒間隔的ε值，ε (η+2)表示更后5秒間隔的ε值。 圖4為勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路診斷算法操作流程框圖，所述勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路診斷算法，進(jìn)行下述操作(3. I)計(jì)算勵(lì)磁機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率f3 f3 = P1XN/60,式中，Pl為勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；(3. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，提取頻率為2f 3的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值72/3，計(jì)算勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路特征值7 = /V3 11DC ；(3. 3)判斷是否Y (n+1)/Y (η) < 150%，是則勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組沒有發(fā)生短路，人機(jī)交互界面不顯示；否則判斷是否150%< Y (η+1)/Y (η) < 300%，是則通過人機(jī)交互單元顯示勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路；否則通過人機(jī)交互單元顯示勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相間短路；式中，Y (η)表示前5秒間隔的Y值，Y (η+1)表示后5秒間隔的Y值。圖5為旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障診斷算法操作流程框圖，所述旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障診斷算法，進(jìn)行下述操作(4. I)計(jì)算勵(lì)磁機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率f3 f3 = P1XN/60,式中，Pl為勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；(4. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，提取頻率為f3的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值7/3，計(jì)算旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障特征值A(chǔ) =1IJ1DC-(4. 3)判斷是否λ < 10%，是則旋轉(zhuǎn)整流器正常，人機(jī)交互界面不顯示；否則判斷是否10% < λ <55%，是則通過人機(jī)交互單元顯示旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管開路；否則通過人機(jī)交互單元顯示旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管短路。所述人機(jī)交互單元為液晶觸摸屏，用戶在液晶觸摸屏上設(shè)置采樣電路參數(shù)和發(fā)電機(jī)參數(shù)，所述采樣電路參數(shù)包括采樣頻率、采樣時(shí)間和采樣通道；所述發(fā)電機(jī)參數(shù)包括發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、定子繞組連接方式、定子繞組并聯(lián)支路數(shù)、轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)和勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁極對(duì)數(shù)；液晶觸摸屏顯示發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷結(jié)果，所述發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)包括三相電樞電壓有效值和頻率、三相電樞電流有效值和頻率、每個(gè)采樣通道的時(shí)域波形和頻譜分析；所述故障診斷結(jié)果包括定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相間短路、旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管開路和旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管短路。人機(jī)交互單元采用日本歐姆龍的NT30-ST121-BR型液晶觸摸屏，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理器計(jì)算結(jié)果的顯示、存儲(chǔ)等功能，以頻譜圖、時(shí)域波形圖、圖表等形式定性、定量地顯示出監(jiān)測(cè)和診斷結(jié)果。本實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)故障診斷程序提供三種診斷模式。分別為在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)旁實(shí)時(shí)診斷，離線采集診斷和針對(duì)上位機(jī)的遠(yuǎn)程通訊診斷。操作人員還可在主界面中選擇對(duì)歷史數(shù)據(jù)的讀取和診斷。圖6為實(shí)時(shí)采集及波形顯示界面。在該界面左側(cè)的控制面板中用戶可以對(duì)數(shù)據(jù)采集的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。用戶還可以根據(jù)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)待測(cè)發(fā)電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。用戶可以選擇對(duì)某個(gè)采集通道的電氣量進(jìn)行時(shí)域波形顯示和頻譜分析。界面右下方分別是對(duì)發(fā)電機(jī) 電樞線電壓和相電流的有效值和頻率的顯示。如果出現(xiàn)故障，會(huì)在診斷結(jié)果處顯示故障類型，同時(shí)報(bào)警指示燈變紅。
權(quán)利要求
1.一種基于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的交流無刷發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟首先測(cè)量發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的直流分量和各次諧波幅值，然后通過定子繞組匝間短路診斷算法、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法、勵(lì)磁機(jī)故障診斷算法和旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷算法來檢測(cè)發(fā)電機(jī)組是否發(fā)生電氣故障；其中 (1)所述定子繞組匝間短路診斷算法，進(jìn)行下述操作 (1. 1)計(jì)算發(fā)電機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率fl fl = PXN/60, 式中，P為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速； (1. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，分別提取頻率為2fl、4fl、6fl的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值A(chǔ)/i、1^fl、;分別計(jì)算勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流二次諧波、四次諧波和六次諧波相對(duì)值a = I !DC、β = I4fi / Idc 和 5 _ ^6/ι 丨!DC · (1.3)判斷是否α(η+1)/α (η) > 300%，是則進(jìn)行步驟(I. 4)，否則人機(jī)交互單元不顯示；式中，α (η)表示前5秒間隔的α值，α (η+1)表示后5秒間隔的α值； (1.4)判斷是否β(η+1)/β (η)彡175%且δ (η+1)/δ (η) ( 175%，是則為發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行導(dǎo)致的諧波成分變化，人機(jī)交互單元不顯示；否則通過人機(jī)交互單元顯示定子繞組匝間短路；式中，β (η)、δ (η)分別表示前5秒間隔的β、δ值，β (η+1)、δ (η+1)分別表示后5秒間隔的β、δ值； (2)所述轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法，進(jìn)行下述操作 (2. I)計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組匝間短路時(shí)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流頻譜中的故障基次諧波頻率f2 f2 =NX M/60, 式中，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，M為發(fā)電機(jī)定子每相繞組的并聯(lián)支路數(shù)； (2. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，分別提取頻率為kf2的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值Ikf2 k = 1、2···7、8; (2. 3)判斷+1) / Ikk (η) > 200* 的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值個(gè)數(shù)是否大于2個(gè)，是則進(jìn)行步驟(2. 4)，否則人機(jī)交互單元不顯示，式中，/%( )表示前5秒間隔的^/2值，1^Sn + D表示后5秒間隔的&2值； (2. 4)取+ I) / Ikf2 (W)比值最大的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值/;/2，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特征值S = /;Λ 11DC , j e (1,2. · · 7、8〕； (2. 5)判斷是否ε (η+2)/ ε (η+1) > 120%，是則通過人機(jī)交互單元顯示轉(zhuǎn)子繞組匝間短路，否則轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特征不明顯，人機(jī)交互單元不顯示，式中，ε (η+1)表示后5秒間隔的ε值，ε (η+2)表示更后5秒間隔的ε值； (3)所述勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路診斷算法，進(jìn)行下述操作 (3. 1)計(jì)算勵(lì)磁機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率f3 f3 = P1XN/60, 式中，Pl為勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速； (3. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，提取頻率為2f 3的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值,計(jì)算勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路特征值7 = 72/3 11Dc ； (3.3)判斷是否Y (η+1)/Y (η) < 150%，是則勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組沒有發(fā)生短路，人機(jī)交互界面不顯示；否則判斷是否150 %< Y (η+1) / Y (η) < 300 %,是則通過人機(jī)交互單元顯示勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路；否則通過人機(jī)交互單元顯示勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相間短路；式中，Y (η)表示前5秒間隔的Y值，Y (η+1)表示后5秒間隔的Y值； (4)所述旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障診斷算法，進(jìn)行下述操作 (4. I)計(jì)算勵(lì)磁機(jī)電樞電壓的基次諧波頻率f3 f3 = P1XN/60, 式中，Pl為勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，N為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速； (4. 2)每隔5秒，對(duì)采樣電路輸出的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，提取勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直流分量幅值IDC，提取頻率為f3的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流諧波幅值4 ,計(jì)算旋轉(zhuǎn)整流器二極管故障特征值A(chǔ) =1IJ1DC- (4. 3)判斷是否λ < 10%，是則旋轉(zhuǎn)整流器正常，人機(jī)交互界面不顯示；否則判斷是否 10%< λ <55%，是則通過人機(jī)交互單元顯示旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管開路；否則通過人機(jī)交互單元顯示旋轉(zhuǎn)整流器I個(gè)二極管短路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的交流無刷發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)方法，首先測(cè)量發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的直流分量和各次諧波幅值，然后通過定子繞組匝間短路診斷算法、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷算法、勵(lì)磁機(jī)故障診斷算法和旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷算法來檢測(cè)發(fā)電機(jī)組是否發(fā)生電氣故障。所述電氣故障包括定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相間短路、旋轉(zhuǎn)整流器1個(gè)二極管開路和旋轉(zhuǎn)整流器1個(gè)二極管短路。本發(fā)明利用LabView開發(fā)的故障診斷算法，通過測(cè)量勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，就可檢測(cè)多種電氣故障，從而節(jié)約了測(cè)量點(diǎn)，不必在發(fā)電機(jī)內(nèi)安裝多種侵入式傳感器；實(shí)時(shí)性好，能夠滿足在線檢測(cè)的要求。
文檔編號(hào)G01R31/34GK102636751SQ201210125470
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者卜樂平, 夏立, 張超, 王征, 邵英 申請(qǐng)人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)