專利名稱：負(fù)載工況下自動(dòng)識(shí)別發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種故障識(shí)別方法，特別涉及一種負(fù)載工況下自動(dòng)識(shí)別發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的方法，該方法基于感應(yīng)電勢(shì)積分獲得磁密波形，對(duì)磁密波形進(jìn)行進(jìn)一步分析的方法，消除傳統(tǒng)方法磁通量探測(cè)器感應(yīng)電勢(shì)波形在負(fù)載工況下非對(duì)稱而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)故障的問(wèn)題；及在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱位置出現(xiàn)匝間短路故障的情況下無(wú)法監(jiān)測(cè)到故障的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間容易發(fā)生短路故障。匝間短路故障容易導(dǎo)致局部過(guò)熱，最后形成轉(zhuǎn)子接地故障。此外，匝間短路引起轉(zhuǎn)子發(fā)熱不均勻，轉(zhuǎn)子彎曲和產(chǎn)生不平衡的磁拉力，所有以上這些因素將引起電機(jī)振動(dòng)增加。由于轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障初期階段對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行影響不大或故障特征不明顯往往容易被忽視，而隨時(shí)間的增加，許多匝間短路故障會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)甚至兩點(diǎn)接地，導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生，因此進(jìn)行匝間短路故障的早期預(yù)報(bào)是十分必要的。
對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的判斷，目前國(guó)內(nèi)外通用的手段是在靜態(tài)工況下進(jìn)行諸如絕緣、直流阻抗、交流阻抗和功耗等常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目，其周期一般為3-4年一次，由于試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，且做此類試驗(yàn)必須使發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)行，適合于發(fā)電機(jī)組大修期間的常規(guī)試驗(yàn)，或?qū)\(yùn)行狀態(tài)下預(yù)報(bào)出的短路故障進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)性診斷(停機(jī)后進(jìn)行)。由此可見(jiàn)，此類實(shí)驗(yàn)對(duì)運(yùn)行期間所發(fā)生的匝間短路故障，難以形成有效的檢測(cè)。
磁通量探測(cè)器在近十多年來(lái)在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用，國(guó)家機(jī)械部在1996年頒布了JB/T 8446-1996標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的診斷制定了兩種診斷方法。一種是用于靜態(tài)工況下檢測(cè)的阻抗測(cè)量法，另一種是用于動(dòng)態(tài)工況下檢測(cè)的探測(cè)線圈波形法。
探測(cè)線圈波形法是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)幾何180°前后讀取兩組數(shù)據(jù)，以做比較。探測(cè)線圈波形法在發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)診斷的靈敏度會(huì)降低，同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)一次定位，對(duì)于輕微的匝間短路有時(shí)候也難以檢測(cè)到。發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由于電樞反應(yīng)會(huì)影響轉(zhuǎn)子的磁滯回線出現(xiàn)非對(duì)稱現(xiàn)象，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致探測(cè)線圈波形是非對(duì)稱的。同時(shí)如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱位置出現(xiàn)匝間短路故障該方法也將會(huì)失效。
轉(zhuǎn)子除具有高的磁導(dǎo)率外，另一重要的磁性特點(diǎn)就是磁滯。在直流磁場(chǎng)和交流磁場(chǎng)的同時(shí)作用下，鐵磁的磁化過(guò)程較復(fù)雜。如果在一個(gè)直流偏置磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，作用一個(gè)小信號(hào)交變磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁材料的磁狀態(tài)將不沿磁化曲線變化，而以原工作點(diǎn)為中心，形成一個(gè)增量環(huán)(即局部磁滯回線)這個(gè)磁滯回線叫做增量磁滯回線(非對(duì)稱磁滯回線)。
發(fā)電機(jī)在帶負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，氣隙磁場(chǎng)是由額定勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和隨著電網(wǎng)需求而改變的定子磁場(chǎng)共同作用產(chǎn)生的。非對(duì)稱的磁滯回線會(huì)導(dǎo)致非對(duì)稱的感應(yīng)電勢(shì)波形，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)非對(duì)稱磁滯回線現(xiàn)象時(shí)，磁通探測(cè)器輸出的感應(yīng)電勢(shì)波形反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的共同作用結(jié)果，因此感應(yīng)電勢(shì)的波形會(huì)隨著負(fù)載的變化而進(jìn)一步畸變，從而導(dǎo)致感應(yīng)電勢(shì)波形對(duì)稱比較法就無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)到匝間短路故障。而經(jīng)過(guò)積分的磁密波形可以消除掉定子磁場(chǎng)的作用，僅僅反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的作用結(jié)果，從而可以保證無(wú)論是在空載還是負(fù)載的情況下，都能夠準(zhǔn)確反應(yīng)匝間短路狀況。從圖1中可以看出以上結(jié)果，其中a圖為單周期感應(yīng)電勢(shì)波形，b圖為經(jīng)過(guò)積分后的單周期磁密波形，c圖中虛線為單周期感應(yīng)電勢(shì)波形前半周期波峰包絡(luò)，實(shí)線為對(duì)單周期感應(yīng)電勢(shì)波形后半周期的波谷包絡(luò)進(jìn)行了Y軸對(duì)稱后向左平移半周期的結(jié)果，d圖中虛線為單周期磁密波形前半周期包絡(luò)，實(shí)線為對(duì)單周期磁密波形后半周期的波谷包絡(luò)進(jìn)行了Y軸對(duì)稱后向左平移半周期的結(jié)果。由圖中可以看出，感應(yīng)電勢(shì)波形前后半周期的包絡(luò)線形狀差別較大，且隨著負(fù)載的不同也會(huì)有所變化，因?yàn)閷?dǎo)致傳統(tǒng)的感應(yīng)電勢(shì)波形對(duì)稱法的理論依據(jù)出現(xiàn)偏差；而磁密波形的前后半周期的包絡(luò)線幾乎重合，可以保證在任何負(fù)載狀況下分析的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)發(fā)電機(jī)在負(fù)荷狀態(tài)下轉(zhuǎn)子匝間短路故障無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一種負(fù)載工況下自動(dòng)識(shí)別發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的方法，該方法對(duì)磁通量探測(cè)器的感應(yīng)電勢(shì)波形積分獲得磁密波形采用分析磁密波形，提取故障特征，兩種計(jì)算方法的結(jié)合獲取故障檢測(cè)結(jié)果。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種負(fù)載工況下自動(dòng)識(shí)別發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的方法，其特征在于，該方法采用分析磁密波形，提取故障特征，兩種計(jì)算方法的結(jié)合獲取故障檢測(cè)結(jié)果，具體包括以下步驟1)在發(fā)電機(jī)氣隙中安裝磁通量探測(cè)器，每5s采集一次數(shù)據(jù)，每次采集30ms即1.5個(gè)周期的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)據(jù)流；2)對(duì)感應(yīng)電勢(shì)波形中的轉(zhuǎn)子大齒段進(jìn)行分析和識(shí)別，截取第一個(gè)大齒段之后20ms的數(shù)據(jù)，即1個(gè)周期的完整波形；3)對(duì)單周期感應(yīng)電勢(shì)波形數(shù)據(jù)積分得到單周期磁密波形數(shù)據(jù)；4)利用磁密波形對(duì)稱比較法分析單周期磁密波形，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障進(jìn)行分析和識(shí)別；5)利用磁密波形諧波峰峰值法分析單周期磁密波形，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障進(jìn)行分析和識(shí)別；6)將兩種計(jì)算方法的結(jié)果綜合給出最終的故障檢測(cè)結(jié)果。
本發(fā)明給出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路檢測(cè)方法，克服了以往探測(cè)線圈波形法在發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)診斷的靈敏度會(huì)降低，同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)一次定位，對(duì)于輕微的匝間短路有時(shí)候也難以檢測(cè)到的缺點(diǎn)。采取磁密波形對(duì)稱比較法，消除電樞反應(yīng)導(dǎo)致探測(cè)線圈波形非對(duì)稱的影響；采取磁密波形諧波峰峰值法，解決了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱位置出現(xiàn)故障比較法無(wú)法檢測(cè)的缺點(diǎn)；從而大大提高了檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度。


圖1是單周期波形圖，其中a為單周期感應(yīng)電勢(shì)波形圖，b為單周期磁密波形圖，c為單周期感應(yīng)電勢(shì)波峰和波谷包絡(luò)圖，d為單周期磁密波形波峰和波谷包絡(luò)圖；圖2是本檢測(cè)方法流程圖；圖3是故障診斷儀硬件框圖；圖4是前端信號(hào)調(diào)理電路圖。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測(cè)方法的流程圖如圖2所示，具體包括以下步驟在發(fā)電機(jī)氣隙中安裝磁通量探測(cè)器，每5s采集一次數(shù)據(jù)，每次采集30ms(1.5周期)的數(shù)據(jù)流；磁通量探測(cè)器的探測(cè)線圈是用直徑為0.05-0.07毫米的高強(qiáng)度漆包線，纏繞100-200匝，磁通量探測(cè)器的絕緣棒長(zhǎng)度相當(dāng)于定子線槽的高度，引線從管內(nèi)導(dǎo)出。一般發(fā)電機(jī)定子的通風(fēng)溝為8-10毫米，所以探測(cè)管的外徑取8毫米，以便插入通風(fēng)溝。探測(cè)線圈一般距離轉(zhuǎn)子表面從 英寸到 英寸之間，大約位于定子鐵心內(nèi)表面沿軸向的中間為宜。
由于轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障初期階段對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行影響不大，而隨著時(shí)間的增加，許多匝間短路故障才會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，最終導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。因此轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求不高，本發(fā)明選擇每5s采集一次數(shù)據(jù)，采樣速率是50k/s。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)數(shù)是3000rpm，本發(fā)明設(shè)計(jì)每次采集30ms的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)據(jù)流即1.5個(gè)波形周期的數(shù)據(jù)。
對(duì)感應(yīng)電勢(shì)波形的轉(zhuǎn)子大齒段進(jìn)行分析和識(shí)別，截取第一個(gè)大齒段之后20ms的數(shù)據(jù)，即1個(gè)周期的完整波形；如圖1a所示，是600MW發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下檢測(cè)到的感應(yīng)電勢(shì)波形圖，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用輻射形槽。沿著轉(zhuǎn)子外圈，占2/3的轉(zhuǎn)子表面上均勻開(kāi)著32個(gè)下線槽，在另外的占轉(zhuǎn)子1/3的部分沒(méi)有開(kāi)下線槽，形成了大齒。感應(yīng)電勢(shì)波形的16個(gè)波峰和16個(gè)波谷與轉(zhuǎn)子的32個(gè)下線槽一一對(duì)應(yīng)。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大齒段的諧波是由定子線槽產(chǎn)生的，因?yàn)閭鞲衅骶嚯x定子表面相對(duì)較遠(yuǎn)，所以轉(zhuǎn)子大齒段的諧波峰峰值明顯低于轉(zhuǎn)子齒諧波。感應(yīng)電勢(shì)波形的最大振幅大約4.5V，轉(zhuǎn)子大齒段的諧波峰峰值大約0.5V，轉(zhuǎn)子齒諧波峰峰值大約3-4V。根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大齒段諧波峰峰值較低的特征，即可截取一個(gè)周期的感應(yīng)電勢(shì)波形。
上述識(shí)別感應(yīng)電勢(shì)波形轉(zhuǎn)子大齒段的具體步驟是1)對(duì)獲取的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行查找，識(shí)別其最大值和最小值，通過(guò)計(jì)算差值得到感應(yīng)電勢(shì)波形的最大振幅改變量，將最大振幅改變量的10％設(shè)置為閾值α1；2)從數(shù)據(jù)流起始位置取0.4ms數(shù)據(jù)，計(jì)算感應(yīng)電勢(shì)波形最大振幅改變量；3)判斷0.4ms內(nèi)的最大振幅改變量是否超出閾值α1，如果沒(méi)有超出閾值則說(shuō)明檢測(cè)到了轉(zhuǎn)子大齒段，如果超出閾值則繼續(xù)取下一段0.4ms數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，直到檢測(cè)到大齒段。
對(duì)單周期感應(yīng)電勢(shì)波形數(shù)據(jù)積分得到單周期磁密波形數(shù)據(jù)；對(duì)單周期磁密波形進(jìn)行對(duì)稱比較法識(shí)別故障，其具體步驟是1)對(duì)單周期磁密波形中轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰和波谷進(jìn)行分析和識(shí)別；2)根據(jù)磁密波形起始段的波峰值判斷磁密波形前半周期的基波變化趨勢(shì)。如果波峰值逐漸增大，表明前半周期基波的變化趨勢(shì)是逐漸上升，則將前半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰值和后半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波谷值按順序存入數(shù)組A；如果波峰值逐漸減小，表明前半周期基波的變化趨勢(shì)是逐漸下降，將后半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰值和前半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波谷值按順序存入數(shù)組A；本實(shí)例中，轉(zhuǎn)子齒槽每極16個(gè)，因此數(shù)組A元素?cái)?shù)目為32。
3)利用數(shù)組中的數(shù)據(jù)計(jì)算半周期對(duì)稱位置的波峰和波谷之間的幅值偏差E[i-1]即計(jì)算數(shù)組中第i(1≤i≤16)個(gè)數(shù)據(jù)A[i-1]與第(i+16)個(gè)數(shù)據(jù)A[i+15]的差；4)設(shè)置磁密波形對(duì)稱位置波峰和波谷之間的幅值偏差閾值α2；α2為全部偏差的平均值E的5％；5)計(jì)算全部偏差的平均值E；6)計(jì)算任一幅值偏差E[i-1]與E之間的差值，判斷該差值是否超出閾值α2，如果超出閾值則說(shuō)明存在故障點(diǎn)，若偏差E[i-1]為正，故障位于轉(zhuǎn)子N極第i槽，若偏差E[i-1]為負(fù)，故障位于轉(zhuǎn)子S極第i槽；如果沒(méi)有超出閾值則說(shuō)明無(wú)故障。
對(duì)單周期磁密波形進(jìn)行諧波峰峰值法識(shí)別故障，其具體步驟是1)對(duì)單周期磁密波形轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰和波谷進(jìn)行分析和識(shí)別，并對(duì)轉(zhuǎn)子齒諧波進(jìn)行編號(hào)；2)每個(gè)轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰值和波谷值相減，計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)子齒諧波的峰峰值；3)對(duì)磁密波形的諧波峰峰值按一維樣條進(jìn)行插值計(jì)算；
4)采用二進(jìn)離散小波變換的快速算法----Mallat算法抓取插值計(jì)算后的諧波峰峰值曲線突變點(diǎn)；5)設(shè)置突變閾值α3為該處轉(zhuǎn)子齒諧波峰峰值的5％，并判斷突變點(diǎn)是否超出閾值；如果超出閾值則說(shuō)明存在故障點(diǎn)，故障位于突變點(diǎn)處，如果沒(méi)有超出閾值則說(shuō)明沒(méi)有故障點(diǎn)。
下面是發(fā)明人給出的一個(gè)具體實(shí)例如圖3所示，為采用本發(fā)明提供的故障診斷方法實(shí)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障在線診斷儀的硬件組成框圖。由以下幾部分組成電源電路1，信號(hào)調(diào)理電路2，基準(zhǔn)電壓電路3，AD采樣及數(shù)字信號(hào)處理器電路4，CAN總線驅(qū)動(dòng)5，外擴(kuò)RAM空間6，LCD顯示電路7，聲光報(bào)警指示電路8，CF卡存儲(chǔ)電路9，鍵盤電路10組成。
由于本發(fā)明提供的故障診斷算法需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法，為了滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)算要求，選用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TMS320LF2407作為系統(tǒng)的核心，它在30MHz的時(shí)鐘頻率下能夠達(dá)到30MIPS的執(zhí)行速度，足以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。在DSP內(nèi)部，除了CPU內(nèi)核外，還集成了專用的硬件乘法器、16通道10位AD轉(zhuǎn)換器、控制器局域網(wǎng)(CAN)2.0B模塊、看門狗電路等。
前端信號(hào)調(diào)理電路如圖4所示，主要由三部分組成儀用放大器信號(hào)調(diào)理電路3、增益數(shù)字控制電路2、偏置數(shù)字調(diào)整電路12組成。儀用放大器采用AD623，其增益可通過(guò)外接在+RG和-RG之間的增益電阻方便地在1～1000范圍內(nèi)設(shè)定。增益的計(jì)算公式如下G=1+100KΩRG]]>AD623在前端電路中的作用有三個(gè)。第一，以高共模抑制比、高閉環(huán)增益精度和高輸入阻抗對(duì)微型探測(cè)線圈輸出的小電壓信號(hào)進(jìn)行放大，以匹配ADC的輸入量程。第二，由于ADC以+2.50v電壓為參考對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，AD623通過(guò)加于REF管腳的數(shù)字可調(diào)電壓基準(zhǔn)對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行偏置調(diào)整；第三，配合數(shù)字電位器，通過(guò)程序控制接入增益電阻RG的不同，實(shí)現(xiàn)增益的數(shù)字控制。
增益數(shù)字控制電路中選用數(shù)字電位器X9313，總阻值為100k，32抽頭，也即在前端信號(hào)處理電路中，與AD623配合，可實(shí)現(xiàn)32檔的可編程放大器，放大倍數(shù)可在2～1000倍范圍內(nèi)調(diào)整。
偏置數(shù)字調(diào)整電路采用MAX517實(shí)現(xiàn)，由單片機(jī)進(jìn)行程序控制輸出電壓的范圍。
通過(guò)以上分析可得如下ADC輸入電壓的計(jì)算公式uadm=um×(1+100kRG)+DACReg0FFH×2.50(V)]]>式中uadm-------------ADC的輸入信號(hào)um---------------微型線圈輸出信號(hào)RG-------------數(shù)字電位器接入調(diào)理電路部分的阻值DACReg-----max517轉(zhuǎn)換寄存器的值，范圍00H-0FFH電壓基準(zhǔn)電路，選用MAXIM公司的max6166，其輸入電壓為2.7v～12.6v，輸出電壓為2.50v，溫度系數(shù)為5ppm/℃，具有很好的精度，對(duì)感應(yīng)電勢(shì)磁密波形的準(zhǔn)確測(cè)量提供精確的參考電壓。
由于DSP內(nèi)部集成了CAN總線控制器，因此，僅需要添加CAN總線驅(qū)動(dòng)芯片，即可實(shí)現(xiàn)儀器的CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，方便的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接傳輸數(shù)據(jù)。在本實(shí)例中，選擇的是TI公司的SN65HVD231D，其內(nèi)部有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)接收器，工作電壓為3.3V。
由于轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障波形及后續(xù)分析波形較為復(fù)雜，因此選用CSTN7.7#液晶(LM8V302)提供顯示界面，該液晶具有640×480點(diǎn)陣，8色，可以滿足顯示需要，同時(shí)將原始感應(yīng)電勢(shì)波形、磁密波形，及處理后波形以不同顏色顯示，方便區(qū)分查看。
考慮到對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，以利于后續(xù)分析，選用CF卡(Compact Flash)進(jìn)行保存數(shù)據(jù)。目前市場(chǎng)上512M CF卡僅售價(jià)150元，具有很高的性價(jià)比，在本儀器中，設(shè)計(jì)CF卡擴(kuò)展槽，可根據(jù)用戶需要自行配置不同容量的CF卡，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。以選用256M CF卡為例，每次存儲(chǔ)1.5周期波形數(shù)據(jù)(采樣速率為50kps，采樣精度為10位)，每10分鐘存儲(chǔ)一次，則可存儲(chǔ)的時(shí)間為256M/(24*6*1.5*50000*2/50)＝621(天)，即一張256M的CF卡，可存儲(chǔ)近兩年的波形數(shù)據(jù)。由于該CF卡的讀寫操作以扇區(qū)為單位操作，每個(gè)扇區(qū)大小為512字節(jié)，因此外擴(kuò)一片RAM，64kB空間，作為數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)以及程序運(yùn)行所需變量空間使用。
該故障診斷儀還設(shè)置了聲光報(bào)警指示，如果診斷有故障，將通過(guò)繼電器給出開(kāi)關(guān)量報(bào)警信息，該開(kāi)關(guān)量可控制位于控制室的光子牌，從而報(bào)警提醒操作人員前去查看故障。
通過(guò)上述模塊實(shí)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障在線診斷儀具有的功能如下1)對(duì)磁通量探測(cè)器輸出的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)進(jìn)行采集，采集周期可調(diào)整，范圍為5秒～60秒；2)可響應(yīng)計(jì)算機(jī)請(qǐng)求，以CAN總線方式傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)及故障診斷結(jié)果；3)可對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間間隔可選，范圍5分鐘～24小時(shí)；4)對(duì)故障按磁密波形對(duì)稱法和磁密波形諧波峰峰值法進(jìn)行診斷，給出診斷結(jié)果5)對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障給出報(bào)警信號(hào)輸出；6)可顯示感應(yīng)電勢(shì)波形、積分后的磁密波形、經(jīng)磁密波形對(duì)稱法及磁密波形諧波峰峰值法處理后的波形；7)可從CF卡中回調(diào)歷史數(shù)據(jù)波形，并對(duì)其進(jìn)行故障分析；采用本發(fā)明給出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路檢測(cè)方法，克服了以往探測(cè)線圈波形法在發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)診斷的靈敏度會(huì)降低，同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)一次定位，對(duì)于輕微的匝間短路有時(shí)候也難以檢測(cè)到的缺點(diǎn)。所開(kāi)發(fā)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障診斷儀，采用數(shù)字信號(hào)處理器配合彩色液晶屏幕，具有很好的故障分析和顯示能力，儀器功能豐富，操作方便，人機(jī)界面友好。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載工況下自動(dòng)識(shí)別發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的方法，其特征在于，該方法對(duì)磁通量探測(cè)器的感應(yīng)電勢(shì)波形積分獲得磁密波形，提取故障特征，用兩種計(jì)算方法的結(jié)合獲取故障檢測(cè)結(jié)果，具體包括以下步驟1)在發(fā)電機(jī)氣隙中安裝磁通量探測(cè)器，每5s采集一次數(shù)據(jù)，每次采集30ms即1.5個(gè)周期的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)據(jù)流；2)對(duì)感應(yīng)電勢(shì)波形中的轉(zhuǎn)子大齒段進(jìn)行分析和識(shí)別，截取第一個(gè)大齒段之后20ms的數(shù)據(jù)，即1個(gè)周期的完整波形；3)對(duì)單周期感應(yīng)電勢(shì)波形數(shù)據(jù)積分得到單周期磁密波形數(shù)據(jù)；4)利用磁密波形對(duì)稱比較法分析單周期磁密波形，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障進(jìn)行分析和識(shí)別；5)利用磁密波形諧波峰峰值法分析單周期磁密波形，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障進(jìn)行分析和識(shí)別；6)將兩種計(jì)算方法的結(jié)果綜合給出最終的故障檢測(cè)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的法，其特征在于，所述的識(shí)別感應(yīng)電勢(shì)波形轉(zhuǎn)子大齒段的具體步驟是1)對(duì)獲取的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行查找，識(shí)別其最大值和最小值，通過(guò)計(jì)算差值得到感應(yīng)電勢(shì)波形的最大振幅改變量，將最大振幅改變量的10％設(shè)置為閾值α1；2)從數(shù)據(jù)流起始位置取0.4ms數(shù)據(jù)，計(jì)算感應(yīng)電勢(shì)波形最大振幅改變量；3)判斷0.4ms內(nèi)的最大振幅改變量是否超出閾值α1，如果沒(méi)有超出閾值則說(shuō)明檢測(cè)到了轉(zhuǎn)子大齒段，如果超出閾值則繼續(xù)取下一段0.4ms數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，直到檢測(cè)到大齒段。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磁密波形對(duì)稱比較法的具體步驟是1)對(duì)單周期磁密波形中轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰和波谷進(jìn)行分析和識(shí)別；2)根據(jù)磁密波形起始段的波峰值判斷磁密波形前半周期的基波變化趨勢(shì)，如果波峰值逐漸增大，表明前半周期基波的變化趨勢(shì)是逐漸上升，則將前半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰值和后半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波谷值按順序存入數(shù)組A；如果波峰值逐漸減小，表明前半周期基波的變化趨勢(shì)是逐漸下降，將后半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰值和前半周期轉(zhuǎn)子齒諧波的波谷值按順序存入數(shù)組A；數(shù)組A元素?cái)?shù)目為N，N對(duì)應(yīng)為轉(zhuǎn)子槽總數(shù)；3)利用數(shù)組中的數(shù)據(jù)計(jì)算半周期對(duì)稱位置的波峰和波谷之間的幅值偏差E[i-1]即計(jì)算數(shù)組中第i個(gè)數(shù)據(jù)A[i-1]與第i+N/2個(gè)數(shù)據(jù)A[i-1+N/2]的差，其中1≤i≤N/2；4)設(shè)置磁密波形對(duì)稱位置波峰和波谷之間的幅值偏差閾值α2；5)計(jì)算全部偏差的平均值E；6)計(jì)算任一幅值偏差E[i-1]與E之間的差值，判斷該差值是否超出閾值α2，如果超出閾值則說(shuō)明存在故障點(diǎn)，若偏差E[i-1]為正，故障位于轉(zhuǎn)子N極第i槽，若偏差E[i-1]為負(fù)，故障位于轉(zhuǎn)子S極第i槽；如果沒(méi)有超出閾值則說(shuō)明無(wú)故障。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磁密波形諧波峰峰值法的具體步驟是1)對(duì)單周期磁密波形轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰和波谷進(jìn)行分析和識(shí)別，并對(duì)轉(zhuǎn)子齒諧波進(jìn)行編號(hào)；2)每個(gè)轉(zhuǎn)子齒諧波的波峰值和波谷值相減，計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)子齒諧波的峰峰值；3)對(duì)磁密波形的諧波峰峰值按一維樣條進(jìn)行插值計(jì)算；4)采用二進(jìn)離散小波變換的快速算法----Mallat算法抓取插值計(jì)算后的諧波峰峰值曲線突變點(diǎn)；5)設(shè)置突變閾值α3，并判斷突變點(diǎn)是否超出閾值；如果超出閾值則說(shuō)明存在故障點(diǎn)，故障位于突變點(diǎn)處，如果沒(méi)有超出閾值則說(shuō)明沒(méi)有故障點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的磁密波形對(duì)稱法中的閾值α2為全部偏差的平均值E的5％。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的突變閾值α3以該處轉(zhuǎn)子齒諧波峰峰值的5％為突變點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種負(fù)載工況下自動(dòng)識(shí)別發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的方法，該方法對(duì)磁通量探測(cè)器的感應(yīng)電勢(shì)波形積分獲得磁密波形，提取故障特征，并給出了兩個(gè)新的計(jì)算方法的結(jié)合獲取故障檢測(cè)結(jié)果，一個(gè)是比較磁密波形半周期對(duì)稱位置的轉(zhuǎn)子齒諧波波峰和波谷之間偏差的計(jì)算方法，該方法解決了傳統(tǒng)方法磁通量探測(cè)器感應(yīng)電勢(shì)波形在負(fù)載工況下非對(duì)稱而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)故障的問(wèn)題；另一個(gè)是比較磁密波形轉(zhuǎn)子齒諧波峰峰值的計(jì)算方法，該方法解決了傳統(tǒng)方法在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱位置出現(xiàn)匝間短路故障的情況下無(wú)法監(jiān)測(cè)到故障的問(wèn)題。本發(fā)明的方法可以滿足發(fā)電機(jī)負(fù)載工況下在線監(jiān)測(cè)的要求，且故障診斷的準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步提高，漏報(bào)率有很大降低。
文檔編號(hào)H02H7/06GK1896760SQ20061004298
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者陳鋒, 司剛?cè)? 張彥斌, 虞鶴松 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)