CN113311328B - 一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，包括以下步骤：S1、在发电机的定子端部绕组部位，沿圆周方向间隔布置测点，测点采用加速度传感器测量发电机的定子端部绕组的径向振动；S2、将加速度传感器测得的加速度信号滤波去噪后进行傅立叶变换，得到其二次谐波幅值；S3、根据得到的二次谐波幅值，计算各测点加速度二次谐波幅值的有效值；S4、根据各测点加速度二次谐波幅值的有效值，计算发电机转子静偏心的偏心位置和偏心率。本发明能够准确确定故障程度，并且使得检查维修故障的过程简单，可以弥补现有技术的不足。

Description

一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法

技术领域

本发明涉及发电机检测技术领域，尤其涉及一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法。

背景技术

由于加工安装误差、轴系支撑刚度不足、长期运转等原因，大部分电机都存在定转子气隙偏心现象，即气隙偏心是发电机常见机械故障之一。当偏心程度超过10％时即存在较严重的气隙偏心故障，此类故障会造成部分绕组电磁力增大，发电机轴承工作情况恶化,加剧定转子振动，造成定子铁心变形、绕组振动磨损及强度破坏。

根据偏心成因的不同,气隙偏心有静偏心、动偏心及动静混合偏心三种。对此类故障下转子振动特征、电气故障特征，现有专利、论文对此已有诸多研究与总结。但大多面向如何利用转子振动特性和电气故障特征区分及识别出此类故障, 少有鉴定此类故障严重程度的文章，并且对此类故障严重程度的估测大多据转子振动的剧烈程度及电气参数的大小，若准确确定故障程度,则需停机拆装检验，导致发电机的维修保养过程复杂。

发明内容

本发明意在提供一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，以解决现有的发电机转子静偏心故障检测方法不能准确确定故障程度，且检查维修故障的过程复杂的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，包括以下步骤：

S1、在发电机的定子端部绕组部位，沿圆周方向间隔布置测点，测点采用加速度传感器测量发电机的定子端部绕组的径向振动；

S2、将加速度传感器测得的加速度信号滤波去噪后进行傅立叶变换，得到其二次谐波幅值；

S3、根据得到的二次谐波幅值，计算各测点加速度二次谐波幅值的有效值；

S4、根据各测点加速度二次谐波幅值的有效值，计算发电机转子静偏心的偏心位置和偏心率。

优选地，所述测点沿发电机的定子端部绕组的圆周方向间隔60°布置，共布置四个。

优选地，所述步骤S3中，测点加速度二次谐波幅值的有效值的计算公式如下：

式(1)中，A_ip为第i个测点第p个样本的二次谐波幅值，m为采样次数。

优选地，所述步骤S4中，发电机转子静偏心的偏心位置的计算公式如下：

式(2)中，λ为发电机转子静偏心的偏心位置，A_1～A₄分别是四个测点加速度二次谐波幅值的有效值。

优选地，所述步骤S4中，发电机转子静偏心的偏心率的计算公式如下：

式(3)中，ζ为发电机转子静偏心的偏心率。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益技术效果：

由于发电机的定子及绕组的振动加速度数量级远远大于速度和位移的数量级，且二次谐波较为明显，其他高次谐波非常微弱，因此本发明提出通过绕组振动加速度的二次谐波来计算偏心位置及偏心率，无须正常运行时的振动特性，能够准确确定故障程度，并且使得检查维修故障的过程简单，可以弥补现有技术的不足。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法的发电机气隙偏心示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法的测点布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

基本原理：

发电机正常运行时的气隙磁动势为：

其中：F_sn和F_rn分别是定转子绕组磁动势的n次谐波幅值，F_cn是合成磁动势幅值，β_n为定转子磁动势之间的夹角，ψ是电机的内功角，ω为转子转动角速度。气隙静偏心时，气隙单位面积磁导为：

其中：Λ₀＝μ₀/δ₀为正常情况下的磁导(μ₀和δ₀分别为真空磁导率和正常气隙)，δ(α)为不同位置的气隙长度，ζ＝e/δ₀为相对偏心率(e为绝对偏心值)，λ为偏心位置，各几何参数见图2，图2中XY为定子坐标系，x_ry_r为转子坐标系。

忽略定子线棒之间的连接关系，鼻端微弧段电磁力可近似描述为：

其中：k为同一周向位置端部与铁心处磁密的比值，B为铁心部位磁密，I 为定子电流，dl为鼻端微弧长度，L为绕组直线段长度，v为定子线棒切割磁力线的速度，θ为磁密与电流夹角，Z为绕组阻抗。

可知端部绕组二次谐波幅值为：

定子铁心单位面积径向磁拉力：

可知定子磁拉力二次谐波幅值为：

定子绕组在端部绕组电磁力作用下会产生一次强迫振动，同时定子铁心在磁拉力产生的振动会对绕组造成二次强迫振动。由式(7)(9)可知，两种振动的二次谐波幅值与偏心位置及偏心率的关系是一致的，其合成加速度二次谐波可表达为：

因此，可以用发电机的定子端部绕组振动加速度二次谐波特性来进行偏心位置及偏心程度的分析。

检测方法：

如图1所示的，一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，包括以下步骤：

S1、在发电机的定子端部绕组部位，沿圆周方向间隔布置测点，测点采用加速度传感器测量发电机的定子端部绕组的径向振动；

具体地，测点沿发电机的定子端部绕组的圆周方向间隔60°布置，共布置四个，分别为1号(0°)、2号(60°)、3号(120°)、4号(180°)，见图3。

S2、将加速度传感器测得的加速度信号滤波去噪后进行傅立叶变换，得到其二次谐波幅值；

S3、根据得到的二次谐波幅值，计算各测点加速度二次谐波幅值的有效值；

具体地，各测点加速度二次谐波幅值的有效值计算公式如下：

式(1)中，A_ip为第i个测点第p个样本的二次谐波幅值，m为采样次数。

S4、根据各测点加速度二次谐波幅值的有效值，计算发电机转子静偏心的偏心位置和偏心率。

具体地，由于各测点所在相内位置相同，正常运行时电磁力相同，因此振动加速度二次谐波幅值相同。偏心现象出现时，各测点加速度二次谐波幅值不再相同，可根据所测数据进行偏心位置和偏心程度的计算。

发电机转子静偏心的偏心位置的计算公式如下：

式(2)中，λ为发电机转子静偏心的偏心值，A_1～A₄分别是四个测点加速度二次谐波幅值的有效值。

发电机转子静偏心的偏心率的计算公式如下：

式(3)中，ζ为发电机转子静偏心的偏心率。

采用上述基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，通过绕组振动加速度的二次谐波来计算偏心位置及偏心率，无需正常运行时的振动特性，能从整体上客观地鉴定出发电机的偏心故障程度，能够使维修人员及时发现故障，减小故障损失，保障人员安全。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在发电机的定子端部绕组部位，沿圆周方向间隔布置测点，测点采用加速度传感器测量发电机的定子端部绕组的径向振动；

S2、将加速度传感器测得的加速度信号滤波去噪后进行傅立叶变换，得到其二次谐波幅值；

S3、根据得到的二次谐波幅值，计算各测点加速度二次谐波幅值的有效值；

S4、根据各测点加速度二次谐波幅值的有效值，计算发电机转子静偏心的偏心位置和偏心率；

所述步骤S4中，发电机转子静偏心的偏心位置的计算公式如下：

式(2)中，λ为发电机转子静偏心的偏心位置，A₁～A₄分别是四个测点加速度二次谐波幅值的有效值；

所述步骤S4中，发电机转子静偏心的偏心率的计算公式如下：

式(3)中，ζ为发电机转子静偏心的偏心率。

2.根据权利要求1所述的一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，其特征在于：所述测点沿发电机的定子端部绕组的圆周方向间隔60°布置，共布置四个。

3.根据权利要求2所述的一种基于定子—绕组***振动特性的转子静偏心诊断方法，其特征在于，所述步骤S3中，测点加速度二次谐波幅值的有效值的计算公式如下：

式(1)中，A_ip为第i个测点第p个样本的二次谐波幅值，m为采样次数。

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