用于检测交流电机中的定子故障的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于检测AC电机中的相对地故障的系统和方法用于接收提供给所述AC电机的三相电压和电流的测量值，从所述三相电压和电流计算零序分量和负序分量中的至少一个，并根据电压和电流的所述零序或负序分量计算故障严重性指数(FSI)，以便识别所述AC电机中的相对地故障。计算所述FSI还包括确定所述零序或负序电流的总值，确定包括在所述总值中的所述零序或负序电流的噪声贡献值，基于所述总值和所述噪声贡献值确定所述零序或负序电流的补偿值，并基于所述补偿值计算所述FSI。

System and Method for Detecting Stator Faults in AC Motor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测交流电机中的定子故障的系统和方法
技术介绍
本专利技术整体涉及三相交流(AC)电机或电动机，更具体地，涉及用于检测此类电机中的定子故障的系统和方法。在工业设施中，诸如发电机、AC电动机和/或变压器的电机在各种应用中使用。作为一个示例，感应电动机用于诸如泵送、冷却、物料移动的应用以及需要成本有效且坚固的电动机的其他应用。当这些电动机发生故障时，它们所参与/用到它们的过程会遭受停机，这导致与这种停机相关的成本。已经认识到，各种因素可能导致电机故障，包括机器的轴承、定子和/或转子的故障，其中与定子相关的故障占所有故障的36％。在这些定子故障/失效中，76％的这些故障/失效被认为是定子绕组故障，这通常是指绕组绝缘失效，其导致匝间故障和相地故障。关于系统中的定子绕组故障，这些故障可能是由于绕组绝缘的逐渐恶化引起的，这种逐渐恶化归因于机电力引起的振动、高dv/dt电压浪涌、热过载和/或污染的组合。如果发生定子绕组故障并且定子的绕组短路，则短路线匝中会引起大的循环故障电流，导致局部热过载。如果未被检测到，这种局部热过载最终会导致电动机在短时间内由于接地故障/相间绝缘或开路故障而发生故障。传统上，通过使用变流器(CT)或使用三相电流测量流入地的电流来检测由于定子绕组失效引起的相地故障。然而，诸如系统泄漏电流、高电阻接地、电源谐波和/或CT中的不平衡等各种因素使得难以在变化的系统条件和各种电机尺寸下实现非常可靠的接地故障检测。此外，与使用专用CT检测接地故障相关的成本可能过高。因此，希望提供能够检测电机中的相地故障以用于诊断定子故障的系统和方法。还希望这种系统和方法在不使用专用接地故障CT的情况下检测相地故障并且以消除系统泄漏电流、高电阻接地和/或电源谐波的影响的方式来进行检测，这些影响可能使得难以实现对接地故障的可靠检测。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种控制器，其被配置为检测AC电机中的相对地故障。该控制器包括处理器，该处理器被编程为接收提供给AC电机的三相电压和电流的测量值，这些测量值是从与配电电路相关联的电压和电流传感器接收的。该处理器还被编程为根据三相电压和电流计算电压和电流的零序分量和负序分量中的至少一个，并基于电压和电流的零列分量和负序分量中的至少一个来计算故障严重性指数(FSI)，以便识别AC电机中的相对地故障，其中计算该FSI还包括确定零序电流和负序电流中的至少一个的总值，确定包括在该总值中的零序电流和负序电流中的至少一个的噪声贡献值，基于总值和噪声贡献值确定零序电流和负序电流中的至少一个的补偿值，以及基于补偿值计算FSI。根据本专利技术的另一方面，一种用于识别AC电机中的相对地故障的方法包括利用电压和电流传感器测量提供给AC电机的三相电压和电流，所述AC电机包括多个定子绕组。该方法还包括使故障检测器识别AC电机中的相对地故障，其中使故障检测器识别相对地故障包括接收测量的提供给该AC电机的三相电压和电流，根据三相电流确定零序电流和负序电流中的一个或多个，对零序电流和负序电流中的一个或多个执行基于噪声的补偿，以产生表示相对地电流的剩余零序电流和剩余负序电流中的一个或多个，以及基于剩余零序电流和剩余负序电流中的一个或多个识别该AC电机中的相对地故障。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于检测AC电机中的相对地故障的故障检测器。该故障检测器包括处理器，该处理器被编程为：接收输入，该输入包括提供给该AC电机的三相电压和电流；根据三相电流确定零序电流和负序电流中的一个或多个；对零序电流和负序电流中的一个或多个执行基于噪声的补偿，以产生表示相对地电流的剩余零序电流和剩余负序电流中的一个或多个；以及基于剩余零序电流和剩余负序电流中的一个或多个识别该AC电机中的相对地故障。根据以下具体实施方式和附图，本专利技术的各种其他特征和优点将变得显而易见。附图说明附图示出了目前预期用于执行本专利技术的优选的实施方案。在附图中：图1是可用于本专利技术的实施方案的AC感应电机的简化图示。图2是根据本专利技术的实施方案的星形连接的AC电机和用于检测其中的相对地故障的相关联故障检测器的示意图。图3是根据本专利技术的实施方案的三角形连接的AC电机和用于检测其中的相对地故障的相关联故障检测器的示意图。图4是示出根据本专利技术实施方案的图3中的步骤64的子步骤的流程图，其用于将EVD定位到三相AC电路中的一个或多个相。图5是示出在星形连接的AC电机中使用零序分量的相对地故障检测的曲线图。具体实施方式本专利技术的实施方案涉及用于通过检测相对地电流来检测三相AC电机中的定子故障的系统和方法。在检测相对地故障时，该系统和方法用于补偿基于噪声的因素，以提高对相对地故障的检测准确度。参见图1，提供了AC电机10的透视图，其中本专利技术的实施方案可用于检测其中的定子故障。电机10可以采用许多已知的AC电机中的任何一种的形式，例如以感应电动机、发电机或变压器的形式，或者可以采用由可能由三相电源驱动且适用于工业环境的任何其他负载。出于说明的目的，根据本专利技术的各种实施方案，图1中所示的AC电机10是感应电机，它可以是电动机或发电机。感应电机10包括定子12和转子组件14，转子组件包括多个转子导条16，转子导条联接到端环18(即转子笼)。在操作中，流过定子12的绕组20的电流产生磁场，该磁场引起电流流过转子导条16以产生转矩，通过转子导条16的电流经由来自定子绕组20的磁场的电磁感应提供。为了防止定子12的绕组20之间发送电短路，围绕定子绕组20设置绕组绝缘件22。关于AC感应电机10，可以认识到绕组绝缘22的失效，诸如可能是绕组绝缘件的逐渐恶化引起的，该逐渐恶化归因于机电力引起的振动、高dv/dt电压浪涌、热过载和/或污染的组合，例如，可能导致电机10中的匝间故障和相地故障。本专利技术的实施方案涉及用于通过检测AC电机10中的相对地故障来识别该AC电机中的定子故障的系统和方法，而无需使用专用的相地故障电流检测器，诸如变流器。在检测这种相地故障时，该系统和方法补偿基于噪声的因素，以便提高对相对地故障的检测准确度。现在参见图2和图3并且继续参考图1，示出了AC电机10的等效电路图，其中示出了电机的电流和电压输入以及设置在AC电机10的定子绕组20上的绕组绝缘件22的电容和电阻值。图2示出了星形连接的电机电路，而图3示出了三角形连接的电机电路。在图2的星形连接电路中，示出了提供给AC电机10的供电电压Vsa、Vsb、Vsc和相电流Isa、Isb、Isc，以及设置在AC电机10的定子绕组20上的绕组绝缘件22的电阻24和电容26，还示出了相对地电流Ifa、Ifb、Ifc和泄漏电流Ila、Ilb、Ilc。在图3的三角形连接电路中，示出了提供给AC电机10的供电电压Vsa、Vsb、Vsc和相电流Isa、Isb、Isc，以及设置在AC电机10的定子绕组20上的绕组绝缘件22的电阻24和电容26，还示出了相对地电流Ifab、Ifbc、Ifca和泄漏电流Ilab、Ilbc、Ilca。根据本专利技术的实施方案，为了提供对AC电机10中的相对地故障的检测，提供了故障检测器30。故障检测器30接收关于提供给AC电机10的三相电压和电流的输入，诸如可以由电压和电流传感器32测量。如图2和图3所示，故障检测器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被配置为检测AC电机中的相对地故障的控制器，所述控制器包括被编程为进行以下操作的处理器：接收提供给所述AC电机的三相电压和电流的测量值，所述测量值是从与配电电路相关联的电压和电流传感器接收的；从所述三相电压和电流计算电压和电流的零序分量和负序分量中的至少一个；并且基于电压和电流的所述零序分量和所述负序分量中的所述至少一个来计算故障严重性指数(FSI)，以便识别所述AC电机中的相对地故障，其中计算所述FSI包括：确定零序电流和负序电流中的至少一个的总值；确定包括在所述总值中的所述零序电流和所述负序电流中的至少一个的噪声贡献值；基于所述总值和所述噪声贡献值确定所述零序电流和所述负序电流中的所述至少一个的补偿值；并且基于所述补偿值计算所述FSI。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.15 US 15/3807241.一种被配置为检测AC电机中的相对地故障的控制器，所述控制器包括被编程为进行以下操作的处理器：接收提供给所述AC电机的三相电压和电流的测量值，所述测量值是从与配电电路相关联的电压和电流传感器接收的；从所述三相电压和电流计算电压和电流的零序分量和负序分量中的至少一个；并且基于电压和电流的所述零序分量和所述负序分量中的所述至少一个来计算故障严重性指数(FSI)，以便识别所述AC电机中的相对地故障，其中计算所述FSI包括：确定零序电流和负序电流中的至少一个的总值；确定包括在所述总值中的所述零序电流和所述负序电流中的至少一个的噪声贡献值；基于所述总值和所述噪声贡献值确定所述零序电流和所述负序电流中的所述至少一个的补偿值；并且基于所述补偿值计算所述FSI。2.根据权利要求1所述的控制器，其中在计算电压和电流的所述零序分量和所述负序分量中的所述至少一个时，所述处理器被编程为利用确定的所述零序电流的所述总值、噪声贡献值和补偿值计算电压和电流的所述零序分量。3.根据权利要求2所述的控制器，其中当所述AC电机是星形连接电机时，所述处理器被编程为根据下式计算所述FSI：I0PG＝3*(Is0-Il0)＝Ifa+Ifb+Ifc,其中Ifa、Ifb、Ifc是相对地故障电流，Is0是所述零序电流，Il0是噪声贡献零序泄漏电流。4.根据权利要求3所述的控制器，其中所述处理器被编程为根据下式计算所述噪声贡献零序泄漏电流：Il0＝Y0*Vg0+k*I1,其中Vg0是相对地或相对中性电压的零序分量，I1是正序电流，并且Y0和k是在相对地故障检测算法初始化时校准到所述AC电机的常数。5.根据权利要求2所述的控制器，其中当所述AC电机是三角形连接电机时，所述处理器被编程为根据下式计算所述FSI：I0PG＝3*(Is0-Il0)＝Ifca+Ifab+Ifbc其中Ifca、Ifab、Ifbc是相对地故障电流，Is0是所述零序电流，Il0是零序泄漏电流。6.根据权利要求1所述的控制器，其中在计算电压和电流的所述零序分量和所述负序分量中的所述至少一个时，所述处理器被编程为利用确定的所述负序电流的所述总值、噪声贡献值和补偿值计算电压和电流的所述负序分量。7.根据权利要求6所述的控制器，其中当所述AC电机是星形连接电机时，所述处理器被编程为根据下式计算所述FSI：I2PG＝3*(Is2-Im2)＝Ifa+a2Ifb+aIfc其中Ifa、Ifb、Ifc是相对地故障电流，Is2是所述负序电流，Im2是噪声贡献负序电流，a是角度符号。8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述处理器被编程为根据下式计算所述噪声贡献负序电流：Im2＝k1*V1+k2*I1+k3*V2其中V1是正序电压，I1是正序电流，V2是负序电压，并且k1、k2、k3是分别将V1、I1和V2与Im2相关并且在相对地...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·K·沙玛，A·帕尼，S·A·迪米诺，M·A·费尔海恩，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE