CN112986816A - 一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法 - Google Patents

一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112986816A
CN112986816A CN201911270323.1A CN201911270323A CN112986816A CN 112986816 A CN112986816 A CN 112986816A CN 201911270323 A CN201911270323 A CN 201911270323A CN 112986816 A CN112986816 A CN 112986816A
Authority
CN
China
Prior art keywords
function
ratio
threshold
armature side
criterion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911270323.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112986816B (zh
Inventor
李华忠
王光
陈俊
张琦雪
牟伟
徐天乐
王凯
钟守平
郭自刚
陈佳胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NR Electric Co Ltd
NR Engineering Co Ltd
Original Assignee
NR Electric Co Ltd
NR Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NR Electric Co Ltd, NR Engineering Co Ltd filed Critical NR Electric Co Ltd
Priority to CN201911270323.1A priority Critical patent/CN112986816B/zh
Priority to PCT/CN2020/080281 priority patent/WO2021114507A1/zh
Publication of CN112986816A publication Critical patent/CN112986816A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112986816B publication Critical patent/CN112986816B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/346—Testing of armature or field windings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法，通过检测无刷励磁机励磁绕组电流，计算其直流分量幅值IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ；计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ；当IDC大于门槛定值Set_IDC时，则进行电枢侧故障判据1、判据2、判据3、判据4的逻辑识别，若满足则报相应的故障信号。本发明还公开了一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置。此装置及方法用于实现无刷励磁机电枢侧故障在线检测。

Description

一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法
技术领域
本发明属于电力***领域，特别涉及一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法。
背景技术
无刷励磁机电枢侧故障主要分为整流器开路故障和电枢绕组匝间短路故障。整流器开路故障分为旋转二极管一管开路、旋转二极管单相开路和旋转二极管多相开路故障。目前，对于整流器开路故障一般采用旋转二极管非导通检测***DNC(Diode Non-conduction Detection System)实现检测，但其存在维护工作量大，传感器长期运行有波形劣化畸变误发信号的问题。
中国专利申请号CN200910183871.0提出了一种旋转二极管故障判断方法，采用1、2、3、4、5、6次谐波的有效值与22次谐波的有效值比值进行判断，具有很大的创新性，但在实际工程应用中由于22次谐波分量很小，与测量零漂相差不大，因此可能存在现场无法应用的情况。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法，实现不受机组工况影响、高灵敏度的无刷励磁机电枢侧故障在线检测。
为达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置，包括：
采集单元，用于采集励磁机励磁绕组电流；
计算单元，用于从采集单元获得励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ，计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ；
判断单元，用于当IDC大于门槛定值Set_IDC时，进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。
进一步地，上述在线检测装置还包括：动作单元，用于当判断单元中的判据1～4任一项满足，经相应的预设延时告警或者动作于跳闸。
进一步地，上述在线检测装置中，门槛定值Set1_K2Σ小于Set2_K2Σ。
进一步地，上述在线检测装置中，所述各整数谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
进一步地，上述在线检测装置中，谐波分量有效值采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
本发明相应提出了一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法，包括如下步骤：
步骤(1)采集励磁机励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ；
步骤(2)计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ；
步骤(3)当IDC大于门槛定值Set_IDC时，则进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。
进一步地，上述在线检测方法还包括步骤(4)：所述步骤(3)中判据1～4任一项满足，经相应的预设延时告警或者动作于跳闸。
进一步地，上述在线检测方法中的门槛定值Set1_K2Σ小于Set2_K2Σ。
进一步地，上述在线检测方法中，所述各整数次谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
进一步地，上述在线检测方法中，谐波分量有效值采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
本发明的有益效果是：
本发明提出一种全新的基于谐波分量与直流分量比值的无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法，在故障情况下，各次谐波分量随着励磁绕组直流分量增大而增大，成一定比例关系，本发明采用谐波电流分量与直流分量比值方式构成识别判据，有效实现无刷励磁机电枢侧故障在线检测，具有不易受机组工况影响、灵敏度高等优点。
附图说明
图1是本发明的无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置示意图。
图2是本发明的另一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置示意图。
图3是本发明的另一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置实施例一如图1所示包括：采集单元、计算单元、和判断单元。其中：
采集单元，用于采集励磁机励磁绕组电流。
计算单元，用于从采集单元获得励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ，计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ。
判断单元，用于当IDC大于门槛定值Set_IDC时，进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。
一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置实施例二包括：采集单元、计算单元、和判断单元。其中：
采集单元，用于采集励磁机励磁绕组电流。
计算单元，用于从采集单元获得励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ，计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ。
其中，各整数谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。谐波分量有效值可以采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
判断单元，用于当IDC大于门槛定值Set_IDC时，进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。其中，门槛定值Set1_K2Σ小于Set2_K2Σ。
一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置实施例三如图2所示包括：采集单元、计算单元、判断单元和动作单元。其中：
采集单元，用于采集励磁机励磁绕组电流。
计算单元，用于从采集单元获得励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ，计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ。
其中，各整数谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。谐波分量有效值可以采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
判断单元，用于当IDC大于门槛定值Set_IDC时，进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。
动作单元，用于当判断单元中的判据1～4任一项满足，经相应的预设延时告警或者动作于跳闸。
基于上述装置，本发明还提供一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法实施例一，包括如下步骤：
S110：采集励磁机励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ。
S120：计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ。
S130：当IDC大于门槛定值Set_IDC时，则进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。
本发明的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法实施例二，包括如下步骤：
S210：采集励磁机励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ。
S220：计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ。
其中，各整数次谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。谐波分量有效值可以采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
其中，各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
S230：当IDC大于门槛定值Set_IDC时，则进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。其中，门槛定值Set1_K2Σ小于Set2_K2Σ。
本发明的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法实施例三如图3所示，包括如下步骤：
S310：采集励磁机励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ。
S320：计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ。
其中，各整数次谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。谐波分量有效值可以采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
其中，各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，
n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
S330：当IDC大于门槛定值Set_IDC时，则进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。其中，门槛定值Set1_K2Σ小于Set2_K2Σ。
S340：所述步骤S330中判据1～4任一项满足，经相应的预设延时告警或者动作于跳闸。
以某22.3kVA励磁机动模样机为例，极对数为5，相数为11，其额定频率为80Hz。模拟励磁机电枢侧发生整流器旋转二极管一管开路故障，进行具体说明。
首先进行装置定值整定：Set_IDC＝0.5A，Set1_KΣ＝1.00％，Set2_KΣ＝1.00％，Set1_K12Σ＝50％，t1＝t2＝0.5s。
(1)试验1：模拟1号上桥臂单个二极管开路。
步骤1：实时采集励磁机励磁绕组电流，计算直流分量IDC＝2.923A；
优选采用傅里叶算法计算各整数次谐波分量有效值，基波、2、3、4、5、6次谐波分量有效值分别如下：
I1＝0.023A，I2＝0.017A，I3＝0.011A，I4＝0.010A，I5＝0.009A，I6＝0.003A，I22＝0.000A；其中，I1为基波分量，对应80Hz；I2为2次谐波分量，对应160Hz；I3为3次谐波，对应240Hz；I6为6次谐波，对应480Hz；I22为22次谐波，对应1760Hz，励磁机正常运行时I22＝0.000A。
步骤2：优选采用求和公式，计算各整数次谐波总量IΣ、I1Σ、I2Σ：
IΣ＝I1+I2+I3+I4+I5+I6＝0.073A；
计算各奇数次谐波总量I1Σ：
I1Σ＝I1+I3+I5＝0.043A；
计算各偶数次谐波总量I2Σ：
I2Σ＝I2+I4+I6＝0.030A；
计算IΣ与IDC的比值KΣ：
KΣ＝IΣ/IDC＝0.073/2.923×100％＝2.50％>Set1_KΣ＝Set2_KΣ＝1.00％；
计算I1Σ与IDC的比值K1Σ：
K1Σ＝I1Σ/IDC＝0.043/2.923×100％＝1.47％；
计算I2Σ与IDC的比值K2Σ：
K2Σ＝I2Σ/IDC＝0.030/2.923×100％＝1.02％；
计算I1Σ与I2Σ的比值K12Σ：
K12Σ＝I1Σ/I2Σ＝0.043/0.030×100％＝143％>Set1_K12Σ＝50％。
步骤3：由于IDC>Set_IDC＝0.5A，KΣ＝2.50％>Set1_KΣ＝Set2_KΣ＝1.00％，K12Σ＝143％>Set1_K12Σ＝50％，同时满足判据1和判据2，所以装置经延时0.5s后报电枢侧信号和电枢侧旋转二极管一管开路信号。
如上情况I22＝0.000A，与励磁机正常运行时I22＝0.000A分辨度不大，而且考虑测量回路的零漂误差等因素，本发明已具有较高的分辨度。
(2)试验2：降低励磁绕组电流，同样模拟1号上桥臂单个二极管开路。
步骤1：实时采集励磁机励磁绕组电流，计算直流分量IDC＝2.174A；
优选采用傅里叶算法计算各整数次谐波分量有效值，基波、2、3、4、5、6次谐波分量有效值分别如下：
I1＝0.016A，I2＝0.013A，I3＝0.009A，I4＝0.008A，I5＝0.007A，I6＝0.003A，I22＝0.001A；其中，I1为基波分量，对应80Hz；I2为2次谐波分量，对应160Hz；I3为3次谐波，对应240Hz；I6为6次谐波，对应480Hz；I22为22次谐波，对应1760Hz，励磁机正常运行时I22＝0.000A。
步骤2：优选采用求和公式，计算各整数次谐波总量IΣ、I1Σ、I2Σ：
IΣ＝I1+I2+I3+I4+I5+I6＝0.055A；
计算各奇数次谐波总量I1Σ：
I1Σ＝I1+I3+I5＝0.032A；
计算各偶数次谐波总量I2Σ：
I2Σ＝I2+I4+I6＝0.023A；
注意：求IΣ、I1Σ、I2Σ也可采用求总有效值函数，如：
Figure BDA0002313970020000111
计算IΣ与IDC的比值KΣ：
KΣ＝IΣ/IDC＝0.055/2.174×100％＝2.53％>Set1_KΣ＝Set2_KΣ＝1.00％；
计算I1Σ与IDC的比值K1Σ：
K1Σ＝I1Σ/IDC＝0.032/2.174×100％＝1.47％；
计算I2Σ与IDC的比值K2Σ：
K2Σ＝I2Σ/IDC＝0.023/2.174×100％＝1.06％；
计算I1Σ与I2Σ的比值K12Σ：
K12Σ＝I1Σ/I2Σ＝0.032/0.023×100％＝139％>Set1_K12Σ＝50％。
步骤3：由于IDC>Set_IDC＝0.5A，KΣ＝2.53％>Set1_KΣ＝Set2_KΣ＝1.00％，K12Σ＝139％>Set1_K12Σ＝50％，同时满足判据1和判据2，所以装置经延时0.5s后报电枢侧信号和电枢侧旋转二极管一管开路信号。
如上情况I22＝0.001A，与励磁机正常运行时I22＝0.000A分辨度不大，而且考虑测量回路的零漂误差等因素，本发明已具有较高的分辨度。
(3)结论
通过试验1和试验2可见，不同励磁绕组电流工况下，谐波分量随着励磁绕组直流分量增大而增大，成一定比例关系。
采用谐波电流与直流电流比值方式时，KΣ增加了(2.50-2.53)/2.53×100％＝1.2％；若采用判断有名值大小方式实现故障识别时，IΣ降低了(0.073-0.055)/0.073×100％＝24.6％，因此相比而言，采用谐波电流与直流电流比值方式时，动作数值较明显，具有不易受工况影响、灵敏度高的优点。
(4)同样的，模拟励磁机电枢侧整流器其他类型开路故障和电枢侧绕组匝间短路故障，具体实施方式如上类型，不再赘述。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集励磁机励磁绕组电流；
计算单元，用于从采集单元获得励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ，计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ；
判断单元，用于当IDC大于门槛定值Set_IDC时，进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ，且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ，且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。
2.如权利要求1所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置，其特征在于，还包括：
动作单元，用于当判断单元中的判据1～4任一项满足，经相应的预设延时告警或者动作于跳闸。
3.如权利要求1所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置，其特征在于，门槛定值Set1_K2Σ小于Set2_K2Σ。
4.如权利要求1所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置，其特征在于：所述各整数谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
5.如权利要求4所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置，其特征在于：谐波分量有效值采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
6.一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)采集励磁机励磁绕组电流，计算其直流分量IDC、各整数次谐波总量IΣ、各奇数次谐波总量I1Σ及各偶数次谐波总量I2Σ；
步骤(2)计算IΣ与IDC的比值KΣ、I1Σ与IDC的比值K1Σ、I2Σ与IDC的比值K2Σ、I1Σ与I2Σ的比值K12Σ；
步骤(3)当IDC大于门槛定值Set_IDC时，则进行如下判据识别：
判据1：若KΣ大于门槛定值Set1_KΣ，则判定为电枢侧异常；
判据2：若KΣ大于门槛定值Set2_KΣ，且比值K12Σ大于定值门槛Set1_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一管开路；
判据3：若K2Σ大于门槛定值Set1_K2Σ，且比值K12Σ小于定值门槛Set2_K12Σ，则判定为电枢侧旋转二极管一相或多相开路；
判据4：若K2Σ大于门槛定值Set2_K2Σ，且比值K12Σ小于定值门槛Set3_K12Σ，则判定为电枢侧电枢绕组匝间短路。
7.如权利要求6所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法，其特征在于，还包括步骤(4)：所述步骤(3)中判据1～4任一项满足，经相应的预设延时告警或者动作于跳闸。
8.如权利要求6所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法，其特征在于，门槛定值Set1_K2Σ小于Set2_K2Σ。
9.如权利要求6所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法，其特征在于：所述各整数次谐波总量IΣ计算公式为：
IΣ＝F(Ij)；
其中，Ij为励磁机励磁绕组电流中各整数次谐波分量有效值，j＝1,2，…，N，N为自然数，F(Ij)为与Ij相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各奇数次谐波总量I1Σ计算公式为：
I1Σ＝F(I2n+1)；
其中，I2n+1为励磁机励磁绕组电流中各奇数次谐波分量有效值，n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n+1)为与I2n+1相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数；
所述各偶数次谐波总量I2Σ计算公式为：
I2Σ＝F(I2n)；
其中，I2n为励磁机励磁绕组电流中各偶数次谐波分量有效值，n＝1,2，…，N，N为自然数，F(I2n)为与I2n相关的运算函数，采用求和函数、求总有效值函数、或求平均值函数。
10.如权利要求9所述的一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法，其特征在于：谐波分量有效值采用傅里叶算法函数、瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、或全波积分运算函数计算。
CN201911270323.1A 2019-12-12 2019-12-12 一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法 Active CN112986816B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911270323.1A CN112986816B (zh) 2019-12-12 2019-12-12 一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法
PCT/CN2020/080281 WO2021114507A1 (zh) 2019-12-12 2020-03-19 一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911270323.1A CN112986816B (zh) 2019-12-12 2019-12-12 一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112986816A true CN112986816A (zh) 2021-06-18
CN112986816B CN112986816B (zh) 2022-03-29

Family

ID=76329491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911270323.1A Active CN112986816B (zh) 2019-12-12 2019-12-12 一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112986816B (zh)
WO (1) WO2021114507A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113608144A (zh) * 2021-07-09 2021-11-05 阳江核电有限公司 无刷励磁机及其旋转电枢绕组短路故障的快速判断方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4816756A (en) * 1987-09-03 1989-03-28 Westinghouse Electric Corp. Circuit and method for statically testing rotating rectifiers in brushless alternators
KR101129634B1 (ko) * 2011-01-10 2012-03-28 성균관대학교산학협력단 고조파 비율를 이용한 재폐로 제어를 위한 장치 및 방법
CN102520352A (zh) * 2011-12-02 2012-06-27 中国人民解放军海军工程大学 一种交流无刷发电机故障诊断仪
CN102636751A (zh) * 2012-04-26 2012-08-15 中国人民解放军海军工程大学 基于励磁机励磁电流的交流无刷发电机故障检测方法
CN106772039A (zh) * 2016-12-15 2017-05-31 华北电力大学（保定） 基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法
US20180095134A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-05 Rolls-Royce Plc Brushless synchronous generator stator winding fault
CN109212369A (zh) * 2018-11-14 2019-01-15 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种变压器铁心直流偏磁的检测方法及装置
CN109581219A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 广州孚鼎自动化控制设备有限公司 一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法
CN109738780A (zh) * 2019-02-02 2019-05-10 广东核电合营有限公司 多相角接无刷励磁机旋转二极管一管开路检测方法与***
CN109991539A (zh) * 2019-03-29 2019-07-09 广西防城港核电有限公司 多相角接无刷励磁机旋转二极管一相开路检测方法与***

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644739B (zh) * 2009-08-03 2011-08-31 南京南瑞继保电气有限公司 旋转二极管故障检测方法
GB201400701D0 (en) * 2014-01-16 2014-03-05 Rolls Royce Plc Fault detection in brushless exciters
CN107843805A (zh) * 2017-10-30 2018-03-27 华北电力大学（保定） 无刷励磁机旋转二极管开路故障在线诊断方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4816756A (en) * 1987-09-03 1989-03-28 Westinghouse Electric Corp. Circuit and method for statically testing rotating rectifiers in brushless alternators
KR101129634B1 (ko) * 2011-01-10 2012-03-28 성균관대학교산학협력단 고조파 비율를 이용한 재폐로 제어를 위한 장치 및 방법
CN102520352A (zh) * 2011-12-02 2012-06-27 中国人民解放军海军工程大学 一种交流无刷发电机故障诊断仪
CN102636751A (zh) * 2012-04-26 2012-08-15 中国人民解放军海军工程大学 基于励磁机励磁电流的交流无刷发电机故障检测方法
US20180095134A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-05 Rolls-Royce Plc Brushless synchronous generator stator winding fault
CN106772039A (zh) * 2016-12-15 2017-05-31 华北电力大学（保定） 基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法
CN109212369A (zh) * 2018-11-14 2019-01-15 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种变压器铁心直流偏磁的检测方法及装置
CN109581219A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 广州孚鼎自动化控制设备有限公司 一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法
CN109738780A (zh) * 2019-02-02 2019-05-10 广东核电合营有限公司 多相角接无刷励磁机旋转二极管一管开路检测方法与***
CN109991539A (zh) * 2019-03-29 2019-07-09 广西防城港核电有限公司 多相角接无刷励磁机旋转二极管一相开路检测方法与***

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴建; 孙玉光: "Analysis of Armature-Winding Inter-Turn Short Circuit Fault in Multiphase", 《2019年第五届控制、自动化和机器人国际会议（ICCAR）》 *
朱晓瑾: "旋转二极管故障检测新技术在无刷励磁机上的应用分析", 《电气工程硕士论文》 *
纪庞; 刘卫国；许涵; 志煌伟; 羽坤扇: "Fault Detection and Location in Exciter Rotor", 《ICON 2019年第45届IEEE 工业电子学会年会》 *
罗井钰: "核电多相无刷励磁***旋转故障仿真及监控方案", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 *
郝亮亮，常江，李洪学等: "核电多相角形无刷励磁机定子匝间短路故障特征分析", 《中国电机工程学报》 *
郝亮亮，李佳慧等: "核电多相角形无刷励磁***旋转二极管开路故障特征分析", 《电力***自动化》 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021114507A1 (zh) 2021-06-17
CN112986816B (zh) 2022-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103782509B (zh) 用于检测同步发电机内部绕组故障的***、计算机程序产品和方法
US9459320B2 (en) Fault detection in brushless exciters
US10782351B2 (en) Diagnosing a winding set of a stator
CN103947096B (zh) 用于检测ac/dc转换器中失效整流器的方法和***
CN103823150A (zh) 基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法
CN103926506A (zh) 基于构建函数的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法
CN103827683B (zh) 确定用于机电***诊断的平稳信号的方法
CN103235260A (zh) 基于hht的潜油电机转子断条故障识别方法
CN109975653B (zh) 一种10千伏配电线路故障测距方法
CN110007183A (zh) 逆变器在线开路故障检测方法
US20200341063A1 (en) Systems and methods for analyzing operation of motors
CN112986816B (zh) 一种无刷励磁机电枢侧故障在线检测装置及方法
CN107064630A (zh) 一种电力***频率测量方法及装置
CN102753982A (zh) 次同步谐振检测的方法
CN104062555B (zh) 配电线路高阻接地故障特征谐波的辨识方法
CN112986817B (zh) 无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障在线检测装置及方法
CN111226389B (zh) 监测多绕组组定子
Zafar et al. CUSUM based fault detection of stator winding short circuits in doubly-fed induction generator based wind energy conversion systems
CN202002994U (zh) 电气回路接地故障快速测试仪
WO2014173132A1 (zh) 水轮发电机转子匝间短路定子侧不平衡电流监测方法
Mahmoud Detection and assessment scheme of voltage and current unbalance for three phase synchronous generators using dual numerical techniques based on correlation and deviation percentage concepts
CN107607825A (zh) 一种基于多频率零序电信号的单相接地故障选线方法
CN111796203A (zh) 一种静止变频器网桥侧单相接地故障的识别方法及装置
RU2698312C1 (ru) Способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока
Gliga et al. Fault diagnosis of a direct drive wind turbine using a bank of Goertzel filters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant