三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，步骤：同步采集电机绝缘系统的电压、电流信号；对采集到的电机的电压、电流信号采用PWM解调技术进行处理；对处理后的信号进行特征指标提取，提取包括MCSA特征指标、电流信号统计模式识别指标、序电压分布统计指标、Park变换特征指标、三相交流电压差统计指标和三相交流电流差统计指标；将提取到的各个指标作为支持向量机的训练集进行状态预诊，输出电机绝缘系统的综合状态预诊结果，对电机绝缘系统的运行状态进行在线评估。本发明专利技术提供的电机绝缘系统在线监测方法，可实现对电机绝缘状态的长期有效的监测；能将多类绝缘特征指标进行融合，增加了方法的可靠性和监测精度，数据处理精度高。

【技术实现步骤摘要】
三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法和装置
本专利技术涉及电气设备监测
，特别涉及一种三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法和装置。
技术介绍
一般情况下，三相异步交流电机是许多工程领域中的关键装置，广泛应用于高速列车，航空航天，电动车辆等领域，近些年来，三相异步交流电机的安全事故频发，其中电机绝缘系统的匝间绝缘故障是造成电机事故的主要因素之一。因此，对三相异步交流电机定子绝缘进行在线监测评估，对于提高电机设备可靠性具有重要意义。目前，对于电机绝缘故障已有一系列检测方法，已有离线检测方法如交流阻抗法、功率损耗法、微分线圈探测法等，以及在线检测方法如绝缘电流法、定子电流测试、磁通泄露、序阻抗矩阵、高频阻抗及匝间电容测试等。上述电机绝缘故障检测方法只能评估绝缘系统的某一种性能，且有些检测方法的试验设备比较复杂、笨重，现场试验很不方便，在测试的便捷性、测试灵敏度及适用场合等方面均存在一定的不足，且对测试结果的分析过度依赖于专家系统和专业人员经验，对客观、准确地得出测试结论具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术中不能同时评估多种性能并且在检测时在线监测技术可靠性低精度差、成本高等问题，提供一种三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法和装置。为了实现上述目的，本专利技术通过以下方案实现：一种三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，包括以下步骤：同步采集电机绝缘系统的电压、电流信号；对采集到的电机的电压、电流信号采用PWM解调技术进行处理；对处理后的信号进行特征指标提取，提取包括MCSA特征指标、电流信号统计模式识别指标、序电压分布统计指标、Park变换特征指标、三相交流电压差统计指标和三相交流电流差统计指标；将提取到的各个指标作为支持向量机的训练集进行状态预诊，输出电机绝缘系统的综合状态预诊结果，对电机绝缘系统的运行状态进行在线评估。作为一种可实施方式，在步骤3中，所述提取MCSA特征指标，具体步骤为：将采集到电机的电流信号进行傅里叶变换并获得变换后的电流频谱；当电机的绝缘系统状态发生变化时，定子绕组电流会产生特定特征频率的基波；通过分析电机定子电流频谱，检测产生特定特征频率的基波成分是否为高次分量频率的谐波，进一步判断电机目前所处运行状态。作为一种可实施方式，在步骤3中，所述提取电流信号统计模式识别指标，包括以下步骤：对采集到的电流信息进行聚类；估计电流信号的混合高斯模型的参数，得到电流信号的混合高斯分布，通过分析电机健康状态下的混合高斯分布与电机任意状态下的混合高斯分布，得出电流信号统计模式识别指标，判断电路绝缘系统的状态。作为一种可实施方式，所述估计电流信号的混合高斯模型的参数，得到电流信号的混合高斯分布，通过分析电机健康状态下的混合高斯分布与电机任意状态下的混合高斯分布，得出电流信号统计模式识别指标，判断电路绝缘系统的状态的具体步骤如下：初始化每个高斯分布的均值μk、方差σk以及对应的权重πk，其中N(x/μj,σj)为第j个高斯模型概率密度，其中μj表示第j个单高斯分量的均值，σj为j个单高斯分量的协方差矩阵，πj表示第j个单高斯分量在全局混合高斯中所占的比重，0≤πj≤1；计算每个高斯模型生成的概率γ(k)，根据概率估算各高斯分布的均值、方差和影响因子，公式如下，πk＝Nk/N(5)循环公式(3)、(4)、(5)、(6)，直到求得高斯分布的均值、方差和权重因子收敛，假设H(x)代表电机健康状态下的混合高斯分布，G(x)代表电机任意状态下的混合高斯分布，则有：p＝1时，Z代表H(x)和G(x)两个分布之间的曼哈顿距离，p＝2时，Z代表两分布之间的欧式距离，p＝∞时，Z代表H(x)和G(x)两个分布之间的切比雪夫距离，因此，Z可以作为电路绝缘系统的状态特征量，表征绝缘系统的状态，通过计算H(x)和G(x)两者之间的分布重叠指标来量化两者之间的相似程度。作为一种可实施方式，在步骤3中，所述提取序电压分布统计指标，具体步骤如下：将三相不平衡电压或电流可以分解成正序分量、负序分量及同向的零序分量，公式如下：其中，V0表示零序电压，VP表示正序电压，Vn表示负序电压，在此α＝ej2π/3，j表示为虚数单位；将正序电压、负序电压、零序电压转换为正序电流、负序电流、零序电流，公式如下：其中，I0表示零序电流，IP表示正序电流，In表示负序电压，zxy对应电机阻抗，V0表示零序电压，VP表示正序电压，Vn表示负序电压；当电机处于健康状态时，根据基尔霍夫定律，三相电流的总和为零，零序电流I0为0，所对应的零序电压V0为零，将公式(9)转换成以下公式：Vp＝z11Ip+z12In(10)Vn＝z21Ip+z22In(11)公式(10)(11)中，根据电机正常运转时的电流和电压数据计算出电机的阻抗系数矩阵；当电机绝缘状态发生变化，则测量此时的正序电压或负序电压以及相应的电流数据，根据公式(8)、公式(9)、公式(10)、公式(11)中，得出正序电压VP和负序电压Vn；当电机发生故障时，计算的正序电压VP和负序电压Vn与测量的正序电压和负序电压会存在一定差异，将计算得到的正序电压VP和负序电压Vn和测量得到的正序电压和负序电压之间的存在的差异作为判断电机运行状态的特征指标。作为一种可实施方式，在步骤3中，所述提取Park变换特征指标，具体步骤如下：当电机绝缘状态发生变化时，定子绕组电流产生故障特征频率的基波成分且电流的Park's矢量轨迹会发生变化，根据Park变换，将电流中基波的正序分量转换成了dqo坐标的直流分量，基波的负序分量转换成了dqo坐标的交流频率分量2f1，通过对定子电流Park矢量模的平方进行频谱分析，观察有无2f1频率分量来判定定子绕组是否发生故障，采用交流频率分量2f1的幅值大小作为电路绝缘系统的故障特征指标。作为一种可实施方式，在步骤3中，所述提取三相交流电压差统计指标，具体操作步骤如下：当电机绝缘状态处于健康状态下时，测量三相电压值V1，当电机绝缘状态处于任意状态时，测量得到的三相电压值V2，将V1和V2两者之间的差值V作为电机绝缘系统的状态特征量。作为一种可实施方式，在步骤3中，所述提取三相交流电流差统计指标，具体步骤如下：当电机绝缘状态处于健康状态下时，测量三相电流值I1，当电机绝缘状态处于任意状态时，测量得到的三相电流值I2，将I1和I2两者之间的差值I作为电机绝缘系统的状态特征量。作为一种可实施方式，在步骤4中，将得到的状态指标量作为支持向量机的训练集进行状态预诊，输出电机绝缘系统的运行状态预诊结果，具体操作步骤如下：根据得到的六类状态特征指标，六类特征指标为：MCSA特征指标、电流信号统计模式识别指标、序电压分布统计指标、Park变换特征指标、三相交流电压差统计指标和三相交流电流差统计指标，建立训练数据集(ξs,ζs)，ξs为输入变量的值，ζs为相应的输出变量值，S为训练集个数；采用高斯径向基核函数：K(ξs,ζs)＝exp(-|ξs-ζ|2/σ20)，在式中，K(ξs,ζs)为核函数，σ0为高斯函数的方差；选用训练数据集(ξs,ζs)对支持向量机进行训练，建立支持向量机的状态预诊模型；用训练好的支持向量机对待诊断样本进行诊断输出，输出电机绝缘系统的状态预诊模型。一种三相异本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：同步采集电机绝缘系统的电压、电流信号；对采集到的电机的电压、电流信号采用PWM解调技术进行处理；对处理后的信号进行特征指标提取，提取包括MCSA特征指标、电流信号统计模式识别指标、序电压分布统计指标、Park变换特征指标、三相交流电压差统计指标和三相交流电流差统计指标；将提取到的各个指标作为支持向量机的训练集进行状态预诊，输出电机绝缘系统的综合状态预诊结果，对电机绝缘系统的运行状态进行在线评估。

【技术特征摘要】
1.一种三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：同步采集电机绝缘系统的电压、电流信号；对采集到的电机的电压、电流信号采用PWM解调技术进行处理；对处理后的信号进行特征指标提取，提取包括MCSA特征指标、电流信号统计模式识别指标、序电压分布统计指标、Park变换特征指标、三相交流电压差统计指标和三相交流电流差统计指标；将提取到的各个指标作为支持向量机的训练集进行状态预诊，输出电机绝缘系统的综合状态预诊结果，对电机绝缘系统的运行状态进行在线评估。2.根据权利要求1所述的三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，其特征在于，在步骤3中，所述提取MCSA特征指标，具体步骤为：将采集到电机的电流信号进行傅里叶变换并获得变换后的电流频谱；当电机的绝缘系统状态发生变化时，定子绕组电流会产生特定特征频率的基波；通过分析电机定子电流频谱，检测产生特定特征频率的基波成分是否为高次分量频率的谐波，进一步判断电机目前所处运行状态。3.根据权利要求1所述的三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，其特征在于，在步骤3中，所述提取电流信号统计模式识别指标，包括以下步骤：对采集到的电流信息进行聚类；估计电流信号的混合高斯模型的参数，得到电流信号的混合高斯分布，通过分析电机健康状态下的混合高斯分布与电机任意状态下的混合高斯分布，得出电流信号统计模式识别指标，判断电路绝缘系统的状态。4.根据权利要求3所述的三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，其特征在于，所述估计电流信号的混合高斯模型的参数，得到电流信号的混合高斯分布，通过分析电机健康状态下的混合高斯分布与电机任意状态下的混合高斯分布，得出电流信号统计模式识别指标，判断电路绝缘系统的状态的具体步骤如下：初始化每个高斯分布的均值μk、方差σk以及对应的权重πk，其中N(x/μj,σj)为第j个高斯模型概率密度，其中μj表示第j个单高斯分量的均值，σj为j个单高斯分量的协方差矩阵，πj表示第j个单高斯分量在全局混合高斯中所占的比重，0≤πj≤1；计算每个高斯模型生成的概率γ(k)，根据概率估算各高斯分布的均值、方差和影响因子，公式如下，πk＝Nk/N(5)循环公式(3)、(4)、(5)、(6)，直到求得高斯分布的均值、方差和权重因子收敛，假设H(x)代表电机健康状态下的混合高斯分布，G(x)代表电机任意状态下的混合高斯分布，则有：p＝1时，Z代表H(x)和G(x)两个分布之间的曼哈顿距离，p＝2时，Z代表两分布之间的欧式距离，p＝∞时，Z代表H(x)和G(x)两个分布之间的切比雪夫距离，因此，Z可以作为电路绝缘系统的状态特征量，表征绝缘系统的状态，通过计算H(x)和G(x)两者之间的分布重叠指标来量化两者之间的相似程度。5.根据权利要求1所述的三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法，其特征在于，在步骤3中，所述提取序电压分布统计指标，具体步骤如下：将三相不平衡电压或电流可以分解成正序分量、负序分量及同向的零序分量，公式如下：其中，V0表示零序电压，VP表示正序电压，Vn表示负序电压，在此α＝ej2π/3，j表示为虚数单位；将正序电压、负序...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，易永余，吴芳基，李杰，倪军，
申请(专利权)人：杭州安脉盛智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33