【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁线圈绝缘寿命预测领域，具体地说是一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法。
技术介绍
1、在工业生产过程中，生产设备及其核心组件由于长期运行导致老化而不可避免地发生退化甚至故障现象，最终造成生产设备带病运行或意外故障而引起产品质量下降、意外停机等严重问题。因此，如何将设备及其核心组件的健康状态尽早的准确检测出来是避免意外事故的基础。线圈作为能量转换设备的关键组件，自19世纪法拉第发现了电磁感应原理后,在其后的几个世纪，利用电磁感应原理诞生的设备及系统，如机器人、变压器、发电机、电动机、电抗器、电磁阀、断路器、继电器等，已经广泛应用于制造业各个领域。线圈由于其长期带电运行而受到热、电、机械等多重应力的作用，导致其绝缘失效问题频频出现。美国橡树岭国家实验室收集了为期10年的应用于美国商用核电站安全保护系统内的电磁阀失效数据，结果表明，超过50％的电磁阀故障与电磁线圈有关，其主要失效模式表现为线圈短路、开路等；在低压及高压电动机的应用过程中，仅仅绕组绝缘失效问题引起的电动机故障已经超过了三分之一；而对于电力源端的发电机，国际电网委员会经过数年研究获得的研究结果表明，绝缘问题引起的故障超过了发电机故障的一半以上。由于设备故障引发的设备意外停机和企业停产会造成巨大经济损失，也会降低企业的生产率，增加了设备的维修时间与维修成本。例如，由于电机故障引起的海上石油开采行业的损失就达400万人民币/天。综上所述，以线圈为核心组件的设备不仅应用广泛而且故障率高且由于它的故障引起的连锁事故后果十分严重，因此针对电磁线圈的故障诊断与
2、如图10所示，以是否发生匝间短路故障为分界点，将电磁线圈的绝缘退化过程分为早期退化和晚期退化两个阶段：
3、·早期退化阶段：电磁线圈通电后所产生的焦耳热使得线圈处于高温状态，高温使得导体(通常为铜)发生热膨胀现象，进而产生线圈匝间压缩应力。在热应力和压缩应力的长期作用下，匝间绝缘材料(通常为高分子材料)性能持续退化、绝缘层厚度持续变薄，最终导致匝间短路故障。此阶段线圈的退化过程为缓慢过程[5]；
4、·晚期退化阶段：匝间短路故障发生以后，电磁线圈直流电阻降低、电流增大、温度迅速升高，进而在匝间短路处形成热点；而后，以热点为中心，匝间短路故障将迅速扩散，最终导致整个线圈完全失效。此阶段线圈的退化过程为快速过程。
5、现有绝缘健康监测方法可分为“匝间短路故障检测”和“匝间绝缘退化监测”两大类。由于匝间短路故障发生以后，线圈的电流/磁场信号会发生改变，因此通过检测电流/磁场信号即可实现“匝间短路故障检测”。匝间短路故障检测方法目前已经得到实际工程应用，典型的方法包括：电机电流分析方法(mcsa)(例如：fft及扩展方法，小波变换方法)、负序电流方法、park变换方法、机器学习方法(人工神经网络、支持向量机)以及基于感应电动势和漏磁通的检测方法。
6、由于“匝间短路故障检测方法”的应用前提是匝间短路故障已经发生，此时电磁线圈已经进入晚期退化阶段，匝间短路故障将迅速在电磁线圈内扩散而导致线圈完全失效(例如，对于一个15kw的感应电机，从匝间短路故障发生到绕组完全失效的时间小于2秒钟)，因此，上述方法对于实现设备预测性维护、制订整体维护计划贡献有限。因此，在匝间短路尚未发生的绝缘早期退化阶段，展开绝缘退化监测研究对于避免突发故障、实现设备预测性维护、制订整体维护计划等更加具有实际意义。当前有关于绝缘退化监测的研究普遍使用线圈的高频电学参数作为绝缘退化监测参数。典型的研究包括：使用高频阻抗、高频电容实现退化监测。然而，高频电学参数不仅与线圈的绝缘健康状态有关，还与测量温度有关，在不同温度下测量同一线圈的高频电学参数，得到的结果是不同的。考虑到实际工程实践中，线圈使用工况条件差异巨大，测量温度极有可能处于持续变化过程中，因此现有基于高频电学参数的绝缘退化监测方法在实际应用过程中会受到测量温度干扰，导致方法的误报率居高不下。因此，本专利技术提出一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，可以有效避免测量温度对于线圈健康状态评估结果的影响。本专利技术充分考虑测量温度对高频电学参数的影响，构建健康因子映射模型，避免环境温度对检测结果的影响，从而提高线圈健康状态评估的准确性。
技术实现思路
1、针对现有技术实现线圈健康状态评估方法中尚未考虑温度环境影响的问题，本方法采用建立线圈健康因子映射模型的方法，把温度对线圈健康因子的影响充分考虑，利用健康因子映射模型实现变工况(温度变化)条件下线圈健康状态评估的准确识别。本专利技术不仅能够检测到线圈不同温度环境下的健康状态，而且能够准确识别线圈退化的严重程度，对于工业现场的线圈健康状态评估提升了准确性和可靠性。
2、本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
3、一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，包括以下步骤：
4、数据采集：获取待测电磁线圈的温度以及不同温度下电磁线圈的高频电学响应信号；
5、健康因子构建：基于高频电学响应信号构建当前温度下的健康因子himeasure，用于表征电磁线圈的健康状态；
6、健康因子映射：基于待测电磁线圈的温度，根据健康因子映射模型，把待测电磁线圈当前温度下的健康因子himeasure映射至基准温度下，得到基准温度下的健康因子hireference；
7、线圈退化阈值确定与健康状态评估：基于基准温度下的健康因子确定阈值，将待测电磁线圈基准温度下的健康因子hireference与基准温度下的轻微退化状态阈值hislight degradation、严重退化状态阈值hisevere degradation和故障预警状态阈值hifailure比较，完成待测线圈的健康状态评估。
8、通过温度传感器直接测量待测电磁线圈温度或基于线圈电流信号获取待测电磁线圈温度。
9、通过高频信号发生器向待测电磁线圈注入高频信号并采集高频电学响应信号。
10、所述健康因子为高频电学响应信号本身或其变换量，所述高频电学响应信号本身包括：高频阻抗或寄生电容；所述变换量包括谐振频率或均方根。
11、所述健康因子映射模型以某线圈健康状态为对象，根据待测电磁线圈不同温度tmeasure＝[t1，t2，...tn]及himeasure＝[hit1，hit2，...，hitn]的相关关系，建立相应的函数关系模型，并对其进行曲线拟合，获取拟合模型参数，完成健康因子映射模型的建立，所述相关关系包括：线性、指数、对数。
12、所述线圈退化阈值确定，具体为：
13、将基准温度条件下的健康因子下降a％所对应的健康因子作为轻微退化状态阈值hislight degradation；将健康因子下降b％所对应的健康因子作为严重退化状态阈值hisevere degradation；将健康因子下降c％所对应的健康因本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，通过温度传感器直接测量待测电磁线圈温度或基于线圈电流信号获取待测电磁线圈温度。
3.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，通过高频信号发生器向待测电磁线圈注入高频信号并采集高频电学响应信号。
4.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，所述健康因子为高频电学响应信号本身或其变换量，所述高频电学响应信号本身包括：高频阻抗或寄生电容；所述变换量包括谐振频率或均方根。
5.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，所述健康因子映射模型以某线圈健康状态为对象，根据待测电磁线圈不同温度Tmeasure＝[t1，t2，...tn]及HImeasure＝[HIt1，HIt2，...，HItn]的相关关系，建立相应的函数关系模型，并对其进行曲线拟合，获取拟合模型参数，完成健康因子映射模型的
6.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，所述线圈退化阈值确定，具体为：
7.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，所述健康状态评估，具体为：
8.一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法。
10.一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估系统，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7任一项所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法。
...【技术特征摘要】
1.一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，通过温度传感器直接测量待测电磁线圈温度或基于线圈电流信号获取待测电磁线圈温度。
3.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，通过高频信号发生器向待测电磁线圈注入高频信号并采集高频电学响应信号。
4.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，所述健康因子为高频电学响应信号本身或其变换量，所述高频电学响应信号本身包括：高频阻抗或寄生电容；所述变换量包括谐振频率或均方根。
5.根据权利要求1所述的一种高鲁棒性的电磁线圈绝缘退化状态评估方法，其特征在于，所述健康因子映射模型以某线圈健康状态为对象，根据待测电磁线圈不同温度tmeasure＝[t1，t2，...tn]及himeasure＝[hit1，hit2，...，hitn]的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王锴，孙越，徐皑冬，曾鹏，郭海丰，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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