用于检测、定位和量化在AC电动机中的定子绕组故障的系统和方法技术方案

公开了一种用于检测、定位和量化在AC电机中的定子绕组故障的系统和方法。被配置成检测在AC电机中的定子绕组故障的诊断系统包括处理器，该处理器被编程为：从与配电电路相关联的电压和电流传感器接收提供给AC电机的三相电压和电流的测量，从三相电压和电流计算电压和电流的正序、负序和零序分量，以及基于电压和电流的正序、负序和零序分量的至少一部分来计算故障严重度指数(FSI)；其中计算FSI进一步包括：识别由于定子绕组故障导致的AC电机的一个或多个相位中的电压增益，以及将定子绕组故障定位到AC电机中的一个或多个相位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及三相交流(AC)电机或电动机，并且更特别地涉及用于检测、定位和量化在此类电机中的定子绕组故障的系统和方法。
技术介绍
在工业设施中，诸如发电机、AC电动机和/或变压器的电机被用于各种应用中。作为一个示例，感应电动机被用于像泵浦、冷却、材料运动的应用，以及其中需要成本有效且鲁棒的电动机的其它应用。配电系统与此类应用中的电机结合使用，其中配电系统包括保护和控制部件，诸如断路器、接触器、起动器等。在具有配电系统和AC电机的三相系统中，公认的是各种因素可导致系统中的三相电压不对称/不平衡。也就是说，高阻连接和(多种)定子绕组故障二者改变系统中的电阻，从而导致三相电压不对称/不平衡。关于系统中的高阻连接，保护和/或控制部件的不当连接(例如当电连接变得松动或具有小的线结合力时)可使得在电路中形成高阻连接，并且因此使得在分配电路中发生过量电压降(EVD)。这些EVD可导致连接处的异常电力消耗，并且相应地导致连接中的过度加热的触点或热点，其可引发火灾和设备损坏。甚至在早期阶段，电压降导致伴随线降的能量损失，在事实上例如降低电动机效率和电动机寿命。关于系统中的定子绕组故障，由于机电力引起的振动、高的dv/dt电压浪涌、热过载和/或污染的组合而导致的绕组绝缘的逐渐恶化可能引发这些故障。如果定子绕组故障发生并且定子的绕组短路，则在短路匝中感应到大的循环故障电流，导致局部热过载。如果该局部热过载未被检测到，则最终可由于短时段内的接地故障/相间绝缘或开路故障而产生电动机故障。针对上述情况，期望以有效且成本经济的方式检测高阻连接和定子绕组故障，以便识别电路中的不当电连接和在定子绕组中的故障。然而，认识到的是因为故障发生在相位中的一个相位中，所以用于检测高阻连接和定子绕组故障二者的一些现有无传感器技术依赖于监测三相系统的不对称中的“变化”的影响的主要方式/概念。因此，这些无传感器技术基于诸如负序电流、相位间的相对角等的类似指标，以使得可能难以在这类故障之间进行区分。然而，因为取决于故障和应用的类型和严重度可确定行动方案，所以这种在两个故障之间的区分是可期望的，因为其允许以更灵活且有效的方式来执行维护。因此，期望提供一种能够检测三相电压中的不平衡并且能够在由高阻连接或定子绕组故障导致的这种不平衡之间进行区分的系统和方法。同样将期望这种系统和方法将检测到的高阻连接/定子绕组定位到分配电路的一个特定相位或多个特定相位，并且量化与故障相关联的电压降或电压增益。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种诊断系统，其与配电电路可操作地通信并且被配置成检测在包括多个定子绕组的AC电机中的定子绕组故障，其中该诊断系统包括处理器，该处理器被编程为：从与配电电路相关联的电压和电流传感器接收提供给AC电机的三相电压和三相电流的测量；从三相电压和三相电流计算电压和电流的正序、负序和零序分量；以及基于电压和电流的正序、负序和零序分量中的至少一部分，计算故障严重度指数(FSI)，其中计算FSI进一步包括：识别由于定子绕组故障导致的AC电机的一个或多个相位中的电压增益；以及将定子绕组故障定位到AC电机中的一个或多个相位。根据本专利技术的另一个方面，配电电路包括：可连接到AC源的输入，以及可连接到为该配电电路提供三相电力的电机的端子的输出，该电机包括多个定子绕组。配电电路同样包括被配置成识别在电机的定子绕组中的定子故障的诊断系统，诊断系统包括处理器，该处理器被编程为：从连接到在输入和输出之间的配电电路的电压和电流传感器接收提供给电机的三相电源电压和三相电源电流的测量；计算电源电压和电流的正序、负序和零序分量；从负序电压分量确定定子故障负序电压；部分地基于三相电流的基本分量，确定每一个相位的定位参考相位角；以及基于定子故障负序电压和定位参考相位角，识别并且定位在配电电路中的定子故障。根据本专利技术的另一方面，一种用于识别在配电电路中基于电阻的故障的方法包括：借助于电压和电流传感器，测量提供给在配电电路中的电机的端子的三相电压和三相电流，电机包括多个定子绕组。该方法同样包括使诊断系统识别在配电电路与在电机的定子绕组中的基于电阻的故障，其中使诊断系统识别基于电阻的故障包括：接收提供给电机的端子的所测量的三相电压和三相电流；从所测量的三相电压和三相电流计算正序、负序和零序电压，以及正序、负序和零序电流；使用电压和电流的正序、负序和零序分量，检测在配电电路的一个或多个相位中的电压增益或电压降；以及基于所检测的电压增益或电压降，识别在配电电路的一个或多个相位中的基于电阻的故障，其中识别基于电阻的故障包括：如果检测到电压降，则将基于电阻的故障分类为在配电电路的输入和输出之间的高阻故障；以及如果检测到电压增益，则将基于电阻的故障分类为在定子绕组中的定子故障。以下详细描述和附图将使本专利技术的各种其它特征和优点显而易见。附图说明附图示出目前预期用于实现本专利技术的优选实施例。在附图中：图1是用于与本专利技术的实施例一起使用的三相配电电路的示意图。图2是根据本专利技术的实施例的具有在其中存在的高阻连接故障和/或定子绕组故障的电动机电路的示意图。图3是根据本专利技术的实施例的用于检测在三相AC电路中的过量电压降的技术的流程图。图4是示出根据本专利技术的实施例的定位参考相位角相量的相量图。图5是示出根据本专利技术的实施例的用于定位EVD到三相AC电路中的一个或多个相位的图3中的步骤64的子步骤的流程图。图6-8是分别示出三相AC电路的相位A、B和C中的定子绕组故障导致的负序电压的相量图。图9是示出在三相AC电路的一个以上相位中的定子绕组故障导致的负序电压的相量图。图10是示出根据本专利技术的实施例的用于在三相AC电路的定子绕组故障和高阻连接故障之间进行区分的技术的流程图。具体实施方式在此阐述的本专利技术的实施例涉及用于检测、定位和量化在三相AC电机中的定子绕组故障的系统和方法。该系统和方法同样能够在定子绕组故障和高阻连接之间进行区分，以便以灵活有效的方式提供要在电机上执行的适当维护。参考图1，根据本专利技术的实施例示出了三相配电电路10。配电电路10在三相AC输入12a至12c与诸如AC电机的负载14之间连接，以提供对电机的保护，并且调节来自三相AC输入12a至12c的用于递送到电机的电力。根据本专利技术的一个实施例，电机14是以感应电动机14的形式，并因此在图1中此后称为感应电动机14。然而，应当认识到，电机14同样可以是例如发电机或变压器，或者可能由三相电力驱动并且用于工业设置的任何其它负载。配电电路10包括输入16，该输入16可连接至三相AC输入12a至12c以从其中接收电力。配电电路10同样包括三相输出18，该输出18可连接到感应电动机的电动机端子20，以向感应电动机14提供三相电压和三相电流。根据一个实施例，例如，输出18可以连接到在配电电路10的端子箱22处的电动机端子20。如在图1中进一步示出，多个电路部件被包括在位于输入16和输出18之间的配电电路10中，其中电路部件提供对电压和电流的保护，并且对电压和电流进行控制，所述电压和电流从三相AC输入12a-12c提供，用于递送到感应电动机14。在图1中示出多个这种保护和控制部件，但应当认识到，其它部件同样/替代地包括在根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种诊断系统，其与配电电路可操作地通信并且被配置成检测在包括多个定子绕组的AC电机中的定子绕组故障，所述诊断系统包括：处理器，其被编程为：接收提供给所述AC电机的三相电压和三相电流的测量，所述测量从与所述配电电路相关联的电压和电流传感器接收；从所述三相电压和三相电流计算电压的正序、负序和零序分量和电流的正序、负序和零序分量；以及基于所述电压的正序、负序和零序分量和所述电流的正序、负序和零序分量的至少一部分，计算故障严重度指数(FSI)，其中计算所述FSI包括：识别由于定子绕组故障导致的所述AC电机的一个或多个相位中的电压增益；以及将所述定子绕组故障定位到所述AC电机中的一个或多个相位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 US 14/230,2601.一种诊断系统，其与配电电路可操作地通信并且被配置成检测在包括多个定子绕组的AC电机中的定子绕组故障，所述诊断系统包括：处理器，其被编程为：接收提供给所述AC电机的三相电压和三相电流的测量，所述测量从与所述配电电路相关联的电压和电流传感器接收；从所述三相电压和三相电流计算电压的正序、负序和零序分量和电流的正序、负序和零序分量；以及基于所述电压的正序、负序和零序分量和所述电流的正序、负序和零序分量的至少一部分，计算故障严重度指数(FSI)，其中计算所述FSI包括：识别由于定子绕组故障导致的所述AC电机的一个或多个相位中的电压增益；以及将所述定子绕组故障定位到所述AC电机中的一个或多个相位。2.根据权利要求1所述的诊断系统，其中在计算所述FSI上，所述处理器进一步被编程为：估计电动机端子负序电压；以及基于所述负序电压并且基于所述电动机端子负序电压来估计定子故障负序电压。3.根据权利要求2所述的诊断系统，其中所述处理器进一步被编程为：将所述定子故障负序电压与电压阈值比较；以及如果所述定子故障负序电压大于所述电压阈值，则将所述定子故障负序电压识别为在所述AC电机中的定子故障；否则，判定在所述AC电机中不存在定子故障。4.根据权利要求2所述的诊断系统，其中在计算所述FSI上，所述处理器进一步被编程为：部分地基于三相电力的基本分量，确定每一个相位的定位参考相量；基于所述定子故障负序电压的幅度，识别在所述AC电机中的定子绕组故障；以及基于在所述定子故障负序电压的相位角和所述定位参考相量之间的差，将所述定子故障定位到所述AC电机的一个或多个相位。5.根据权利要求4所述的诊断系统，其中在定位所述定子故障上，所述处理器进一步被编程为：确定所述定子故障负序电压的所述相位角；将所述定子故障负序电压的所述相位角与每一个相位的每一个定位参考相量的角比较；以及如果在所述定子故障负序电压的所述相位角与所述定位参考相量中的一个定位参考相量之间的角度差小于预定量，则将所述定子故障定位到所述相位中的一个相位；否则，如果所述角度差大于所述预定量，则将所述定子故障定位到一个以上的相位，其中单独地量化在所述定子故障已经被定位到的所述一个以上的相位中的每一个相位中的定子故障的量。6.根据权利要求5所述的诊断系统，其中所述预定角度范围是正或负15度。7.根据权利要求4所述的诊断系统，其中所述处理器进一步被编程为根据如下识别在所述AC电机中的所述定子绕组故障，并且将所述定子故障定位到所述AC电机中的一个或多个相位：VSFa+a2VSFb+aVSFc＝-3V2SF，其中VSFa、VSFb、VSFc是指示定子故障的相位A、B、C中的电压增益，并且V2SF是所述定子故障负序电压。8.根据权利要求1所述的诊断系统，其中在计算所述FSI上，所述处理器进一步被编程为：识别由于高阻连接导致的所述配电电路中的电压降；以及将所述高阻连接定位到所述配电电路中的一个或多个相位。9.根据权利要求8所述的诊断系统，其中所述处理器进一步被编程为基于在所述FSI中识别的所述电压降或电压增益，在定子故障和高阻连接之间进行区分。10.根据权利要求1所述的配电电路，其中所述处理器进一步被编程为确定提供给所述AC电机的所述三相电压和三相电流的基本分量，以及其中从所述基本分量确定所述电压的正序、负序和零序分量和所述电流的正序、负序和零序分量。11.一种配电电路，包括输入，其可连接到AC源；输出，其可连接到电机的端子以便为其提供三相电力，所述电机包括多个定子绕组；以及诊断系统，其被配置成识别在所述电机的所述定子绕组中的定子故障，所述诊断系统包括处理器，所述处理器被编程为：接收提供给所述电机的三相电源电压和三相电流的测量，所述三相电源电压和三相电流的测量从连接到在所述输入和所述输出之间的所述配电电路的电压和电流传感器提供；计算所述三相电源电压的正序、负序和零序分量和所述三相电流的正序、负序和零序分量；从所述负序电压分量确定定子故障负序电压；部分地基于所述三相电流的基本分量，确定每一个相位的定位参考相位角；以及基于所述定子故障负序电压和所述定位参考相位角，识别并...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·K·沙尔玛，R·乔杜里，S·A·迪米诺，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国;US