CN109814030A - 一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法，采集、测量待诊断同步发电机定子绕组上的输出电压信号，经滤波去噪，采用快速傅立叶变换变换为频谱信号，然后与无故障同步发电机定子绕组的历史输出电压信号的频率分量相比较，得到待诊断同步发电机发生气隙动态偏心时定子绕组输出电压中的畸变信息，包括基波幅值畸变和频率畸变。本发明能够直接依据同步发电机定子绕组的输出电压的畸变信息来诊断同步发电机内部转子动态偏心故障。本发明简单易行，可弥补传统故障特征不易测量、不易提取的不足，为同步发电机的维护和维修提供重要的参考资料。

Description

一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法

技术领域

本发明属于发电机技术领域，本发明涉及一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法，特别是一种基于定子绕组输出电压的畸变信息的同步发电机气隙动态偏心故障诊断方法。

背景技术

大多数发电机都不同程度地存在气隙偏心的现象，这是一种由于制造及安装误差、轴承偏移、定子铁芯变形等原因所导致的定转子间气隙不均匀(一侧气隙大另一侧气隙小)的状况。当偏心程度超过一定限度时即认为同步发电机存在气隙偏心故障，此类故障会导致发电机轴承工作状态恶化，同时加剧定转子振动，造成定子铁心变形、绕组磨损和绝缘破坏。

参照图1，定转子气隙偏心分为静态偏心、动态偏心及混合偏心，其中，本发明所述气隙动态偏心是指在同步发电机运转过程中，定子中心是转子的旋转中心，但转子中心与定子中心不重合，相当于轴承中心从定子中心向某个方向偏移，但转子旋转以轴承为中心，定转子气隙不断发生变化。

目前对于定转子气隙偏心的研究集中在静偏心，定转子气隙偏心的机械振动特征、电磁特性、定子并联支路环流电气特征，但在实际应用中这些特征不能直接作为判断同步发电机发生气隙动态偏心故障的有效依据，给同步发电机的故障诊断、后期精准维护和维修带来很大困难。因此，如何从可直接测量的信号中提取故障特征表征量，判断同步发电机是否存在气隙动态偏心故障，是亟待解决的难题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于定子绕组输出电压的畸变信息的同步发电机定转子气隙动态偏心故障的有效诊断方法，该方法能够快捷、可靠地判定同步发电机内部气隙动态偏心故障，为同步发电机的维护和维修提供理论支持。

技术方案

一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采集待诊断同步发电机定子绕组输出电压的波形数据，经滤波去噪，利用快速傅立叶变换将电压信号变换成频谱信号；

步骤2：将频谱信号中的不同频率分量与无故障同步发电机的历史输出电压信号的频率分量相比较：

若下列条件同时成立，则判定待诊断同步发电机存在定转子气隙动态偏心故障，否则无气隙动态偏心故障：

1)待诊断同步发电机定子绕组的输出电压中基波幅值增大；

2)待诊断同步发电机定子绕组的输出电压出现偶数倍转子转频谐波。

待诊断同步发电机定子绕组的输出电压出现偶数倍转子转频谐波，主要是二倍转子转频谐波。

有益效果

本发明提出的一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法，能够直接依据同步发电机定子绕组的输出电压的畸变信息来诊断同步发电机内部转子动态偏心故障。本发明简单易行，可弥补传统故障特征不易测量、不易提取的不足，为同步发电机的维护和维修提供重要的参考资料。

附图说明

图1为同步发电机定转子动态偏心故障状态坐标系示意图。

图2为无故障同步发电机实施例的示意图。

图3为空载情况下无故障同步发电机和定转子气隙动态偏心故障同步发电机的定子绕组的输出电压波形。

图4为空载情况下定转子气隙动态偏心故障的同步发电机定子绕组的输出电压中基波幅值曲线。

图5为同步发电机定转子气隙动态偏心故障判据示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种同步发电机定转子气隙动态偏心的故障诊断方法，该方法需要采集、测量待诊断同步发电机定子绕组上的输出电压信号，经滤波去噪，采用快速傅立叶变换变换为频谱信号，然后与无故障同步发电机定子绕组的历史输出电压信号的频率分量相比较，得到待诊断同步发电机发生气隙动态偏心时定子绕组输出电压中的畸变信息，包括基波幅值畸变和频率畸变。应理解的是本发明能够在不同的实施例中有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围。

该方法的一般步骤如下：

a.采集待诊断同步发电机定子绕组输出电压的波形数据，经过滤波去噪，利用快速傅立叶变换将定子绕组的输出电压信号变换成频谱信号；

b.将变换后的频谱信号中的不同频率分量与无故障同步发电机定子绕组的历史输出电压信号的频率分量相比较；

若下列条件同时成立，则判定待诊断同步发电机存在定转子气隙动态偏心故障，否则无气隙动态偏心故障：

①同步发电机定子绕组的输出电压中基波幅值增大；

②同步发电机定子绕组的输出电压出现偶数倍转子转频谐波，主要是二倍转子转频谐波。

相比于无故障同步发电机空载情况下定子绕组的历史输出电压，待诊断同步发电机定子绕组输出电压中的基波幅值增大越多，偶数倍转子转频谐波含量越高，则待诊断同步发电机产生的定转子气隙动态偏心越严重。

上述同步发电机定转子气隙偏心故障诊断方法，无故障同步发电机定子绕组的历史输出电压信号的获取方法为：

从相似产品获得的数据、生产商提供的数据、源于数据库的历史数据这三种方式，若历史数据不容易获取，则可以在同步发电机调试且各项指标均正常状态时，采集、测量同步发电机定子绕组输出电压数据多组，并求解其的平均值。然后采用快速傅立叶变换变换为频谱信号，提取并记录基波及各次谐波的含量。

实施例1：

1、采集待诊断同步发电机定子绕组输出电压的波形数据，经滤波去噪，利用快速傅立叶变换将电压信号变换成频谱信号。

2、将变换后的频谱信号中的不同频率分量与无故障同步发电机的历史输出电压信号的频率分量相比较，得到能够判定转子气隙动态偏心故障的故障特征。按如下方式判断同步发电机是否存在定转子气隙动态偏心故障：

若与无故障同步发电机的历史输出电压相比，待诊断同步发电机定子绕组的输出电压基波幅值增加，则可作为判断该同步发电机出现定转子气隙动态偏心的一个判据。

若与无故障同步发电机的历史输出电压相比，待诊断的同步发电机定子绕组的输出电压的FFT结果中除了基波频率f₁，还出现频率为2nf_r的边频带，其中，f_r＝f₁/p，f₁为输出电压基波频率，f_r为转子转频，p为转子极对数，n＝1，2，3……。结合以上判据可以判定同步发电机内部出现定转子气隙动态偏心故障。

3、排除其它类型的故障，这一步骤可采用现有成熟技术，不是本发明的说明范围。

参照图2、3和4，以定子极数36，转子极数16，额定转速3000rpm，转子转频为50rps，输出115V/400Hz，气隙宽度为0.3mm的凸极同步发电机的空载情况为例，对本发明进行说明。曲线1是空载情况下，无故障同步发电机的历史输出电压的仿真波形；曲线2是空载情况下，待诊断同步发电机发生定转子气隙动态偏心时，定子绕组的输出电压波形。在本实施例中定转子气隙动态偏心的同步发电机定子绕组的输出电压中400Hz基波的幅值增大，出现二倍转子转频的谐波含量，即100Hz谐波。

参照图5，同步发电机定转子气隙动态偏心故障的判据为：(1)定子绕组的输出电压中基波幅值增大；(2)定子绕组的输出电压出现偶数倍转子转频的谐波；(3)定子绕组的输出电压中二倍转子转频的谐波迅速增加。转子中心偏离定子中心和旋转中心越远，定子绕组的输出电压中基波幅值增大越多，出现的偶数倍转子转频的谐波含量越多。

Claims (2)

1.一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采集待诊断同步发电机定子绕组输出电压的波形数据，经滤波去噪，利用快速傅立叶变换将电压信号变换成频谱信号；

步骤2：将频谱信号中的不同频率分量与无故障同步发电机的历史输出电压信号的频率分量相比较：

若下列条件同时成立，则判定待诊断同步发电机存在定转子气隙动态偏心故障，否则无气隙动态偏心故障：

1)待诊断同步发电机定子绕组的输出电压中基波幅值增大；

2)待诊断同步发电机定子绕组的输出电压出现偶数倍转子转频谐波。

2.根据权利要求1所述的一种同步发电机定转子气隙动态偏心故障的诊断方法，其特征在于：待诊断同步发电机定子绕组的输出电压出现偶数倍转子转频谐波，主要是二倍转子转频谐波。