用于确定同步机故障状态的方法和系统技术方案

本公开涉及确定同步机中的故障状态的方法。该方法包括a)获得同步机的励磁电流信号和轴电压信号，b)变换励磁电流信号和轴电压信号以获得励磁电流频谱和轴电压频谱，以及c)基于励磁电流频谱的谐波量以及轴电压频谱的谐波量来确定故障状态是否存在，并且在故障状态存在的情况下识别故障状态的类型，其中，c)包括将励磁电流频谱的谐波量与故障状态励磁电流特征频谱作比较，并且将轴电压频谱的谐波量与故障状态轴电压特征频谱作比较。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般地涉及同步机。具体地，涉及确定在同步机中是否存在故障状态、以及在存在故障状态的情况下识别故障状态的类型的方法。此外，本公开还涉及实现该方法的同步机故障状态监视系统。
技术介绍
同步机，即同步电机和同步发电机，包括转子和定子。转子和定子电磁地相互作用，使得在同步机是电机的情况下获得转子的旋转，并且使得在同步机是发电机的情况下，在定子线圈中感生电流。很多故障状态可以在同步机中(在定子和转子二者中)出现。这样的故障状态可以瞬时引起同步机的性能中的显著偏差，或者其可能不被注意达较长时间段，这仅在数月或甚至数年之后表现为灾难性故障。传统上，定子电流和同步机振动测量已经是用于确定故障状态的存在的优选的监测。然而，定子电流测量必须在定子的高电压状态下被执行，其因此需要能够经受这样的状态的昂贵的传感器设备。此外，已经显示，振动水平没有以令人满意的方式反映出同步机状态。US20090091289公开了一种使用励磁电流(即转子电流)和转子探测线圈电压谐波的故障检测系统。该方法包括收集例如同步机励磁电流，并且基于励磁电流来预测谐波频率。监视所预测的谐波频率，以基于电流和电压来确定定子的状态。基于所预测的谐波频率的监视来检测定子匝间故障，其中谐波频率与线频率的比率等于特定等式。基于机器的基本磁极的数目来预测谐波频率。US20090091289因此提供了利用励磁电流测量来监视和确定定子匝间故障。然而，存在可能在同步机中出现的多个可能的故障状态。US4,492,999公开了一种监测单元，用于检测在诸如无刷同步电机的装置和旋转电机中的轴电压的异常。监测单元包括用于监测跨转子轴的至少两个点的电压的第一检测器、用于检测在转子轴和地之间的电压的第二检测器、以及用于检测AC励磁机的电气状态的第三检测器，AC励磁机构成该装置的励磁系统的一部分。第三检测器可以检测指示励磁系统电压或励磁系统电流的电气信号。监测单元包括：电压比较器和频率比较器，其接收来自三个检测器的检测信号，以提供指示在异常状态发生时的异常的信号，诸如接地刷的接触故障或线圈绝缘故障。WesleyDoorsamy等人的论文“Multiplefaultdiagnosisonasynchronous2polegeneratorusingshaftandfluxprobesignals”，IndustrialTechnology(ICIT)，2013IEEEInternationalConferenceON，IEEE，2013年2月25日，第362-367页公开了用于使用单匝铜导体和轴悬架刷的对同步发电机的故障诊断的方法。该刷提供了轴电压测量，并且单匝铜导体用作使用线圈导体模制的探测线圈/磁通探头，该线圈导体在定子齿周围沿着机器的长度行进并且在相反方向上沿着机器返回。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供一种方法和系统，该方法和系统提供了相对于先前可能的改进的故障状态监测和故障状态类型确定。因此，根据本公开的第一方面，提供了一种确定同步机中的故障状态的方法，其中，该方法包括：a)获得所述同步机的励磁电流信号和轴电压信号，b)变换所述励磁电流信号和所述轴电压信号以获得励磁电流频谱和轴电压频谱，以及c)确定故障状态是否存在，并且在故障状态存在的情况下识别所述故障状态的类型，其中，所述确定是基于所述励磁电流频谱的谐波量以及所述轴电压频谱的谐波量。可以通过利用不同的故障状态指标(即，励磁电流和轴电压)获得的效果是，可以检测到和识别出多个故障状态。此外，可以确定无法通过对仅励磁电流频谱和轴电压频谱中的一个的分析来识别的故障状态。具体地，对于一些故障，不存在用于励磁电流频谱或轴电压频谱的独特特征频谱。励磁电流频谱和轴电压频谱的评估因此可以协同地用于在不同的故障状态中更准确地进行辨别。此外，利用不同的故障指标使得能够在同时存在若干故障状态的情况下检测同时故障检测。根据一个实施例，步骤c)包括将所述励磁电流频谱的谐波量与健康状态励磁电流特征频谱作比较，并且将所述轴电压频谱的谐波量与健康状态轴电压特征频谱作比较。在所述励磁电流频谱的谐波量与健康状态励磁电流特征频谱不匹配，或者所述轴电压频谱的谐波量与健康状态轴电压特征频谱不匹配的情况下，步骤c)包括将所述励磁电流频谱的谐波量与故障状态励磁电流特征频谱作比较，并且将所述轴电压频谱的谐波量与故障状态轴电压特征频谱作比较。根据一个实施例，在步骤c)中，识别故障状态的类型进一步基于所述轴电压频谱和所述励磁电流频谱的谐波量的频率分量的幅度。一个实施例包括不论在2n*fs处的频率分量是否存在都评估所述励磁电流频谱，其中，n是整数并且fs是电源频率。一个实施例包括：确定是否存在超过6次谐波的2n*fs处的频率分量，以确定转子具有短路线匝故障状态。一个实施例包括不论在(2n+1)*fs±fr处的频率分量是否存在都评估所述轴电压频谱，其中，fr是所述同步机的转子的旋转频率。一个实施例包括在所述励磁电流频谱的频率分量2n*fs在整个频谱中分布的情况下，并且如果存在轴电压频谱中的(2n+1)*fs±fr处的频率分量，则确定定子具有短路线匝。一个实施例包括在所述励磁电流频谱的频率分量2n*fs限制为6次谐波的情况下，并且如果存在轴电压频谱中的(2n+1)*fs±fr处的频率分量，则确定定子具有短路线匝。一个实施例包括不论是否存在n*fr处的频率分量都评估所述励磁电流频谱，以确定是否存在静态和动态偏心故障状态，其中，n是整数，并且fr是所述同步机的转子的旋转频率。一个实施例包括不论是否存在n*fr处的频率分量都评估所述励磁电流频谱，并且不论是否存在n*fr处的频率分量都评估所述轴电压频谱，以确定转子是否具有短路线匝故障状态或者存在动态偏心故障状态，其中，n是整数并且fs是电源频率。一个实施例包括从励磁电流传感器获得所述励磁电流信号，并且从轴电压传感器获得所述轴电压信号。一个实施例包括获得同步机的转子的温度，并且基于励磁电流频谱的谐波量、轴电压频谱和温度来估计转子的寿命。根据本公开的第二方面，提供了一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，所述计算机可执行组件用于当在所述同步机故障状态监视系统的处理器电路上运行所述计算机可执行组件时，使得同步机故障状态监视系统执行根据本文呈现的第一方面的方法。根据本公开的第三方面，提供了一种同步机故障状态监视系统，包括：被布置为测量同步机的励磁电流的励磁电流传感器；被配置为测量同步机的轴电压的轴电压传感器；被布置为从所述励磁电流传感器接收所述励磁电流信号，以及从所述轴电压传感器接收所述轴电压信号的处理器电路；以及存储指令的存储单元，当由所述处理器电路执行所述指令时，使得所述同步机故障状态监视系统执行根据本文的第一方面的方法。通常，权利要求中使用的所有术语将根据其在本
中的普通含义来解释，除非本文另有明确定义。对“一/一个/该元件、装置、组件、部件等的所有引用被开放地解释为指元件、装置、组件、部件等中的至少一个实例，除非另有明确说明。此外，本文所呈现的方法的任何步骤不必一定以所描述的顺序来执行，除非明确如此声明。附图说明现在将参考附图通过示例的方式来描述本专利技术原理的具体实施例，在附图中：图1示意性地描绘了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定同步机中的故障状态的方法，其中，所述方法包括：a)获得所述同步机的轴电压信号和励磁电流信号，b)变换所述励磁电流信号和所述轴电压信号以获得励磁电流频谱和轴电压频谱，以及c)确定故障状态是否存在，并且在故障状态存在的情况下识别所述故障状态的类型，其中，所述确定是基于所述励磁电流频谱的谐波量以及所述轴电压频谱的谐波量，其中，步骤c)包括将所述励磁电流频谱的谐波量与故障状态励磁电流特征频谱作比较，并且将所述轴电压频谱的谐波量与故障状态轴电压特征频谱作比较。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.11 EP 14158820.21.一种确定同步机中的故障状态的方法，其中，所述方法包括：a)获得所述同步机的轴电压信号和励磁电流信号，b)变换所述励磁电流信号和所述轴电压信号以获得励磁电流频谱和轴电压频谱，以及c)确定故障状态是否存在，并且在故障状态存在的情况下识别所述故障状态的类型，其中，所述确定是基于所述励磁电流频谱的谐波量以及所述轴电压频谱的谐波量，其中，步骤c)包括将所述励磁电流频谱的谐波量与故障状态励磁电流特征频谱作比较，并且将所述轴电压频谱的谐波量与故障状态轴电压特征频谱作比较。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)包括将所述励磁电流频谱的谐波量与健康状态励磁电流特征频谱作比较，并且将所述轴电压频谱的谐波量与健康状态轴电压特征频谱作比较。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述励磁电流频谱的谐波量与所述健康状态励磁电流特征频谱不匹配，或者所述轴电压频谱的谐波量与所述健康状态轴电压特征频谱不匹配的情况下，步骤c)包括将所述励磁电流频谱的谐波量与所述故障状态励磁电流特征频谱作比较，并且将所述轴电压频谱的谐波量与所述故障状态轴电压特征频谱作比较。4.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，在步骤c)中，识别故障状态的类型进一步基于所述轴电压频谱和所述励磁电流频谱的谐波量的频率分量的幅度。5.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，包括：不论在2n*fs处的频率分量是否存在都评估所述励磁电流频谱，其中，n是整数并且fs是电源频率。6.根据权利要求5所述的方法，包括：确定是否存在超过6次谐波的2n*fs处的频率分量，以确定转子具有短路线匝故障状态。7.根据权利要求5所述的方法，包括：不论在(2n+1)*fs±fr处的频率分量是否存在都评估所述轴电压频谱，其中，fr是所述同步机的转子的旋转频率。8.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·罗德里格斯，S·萨霍，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH