CN110824389A - 一种基于ifra的同步发电机绕组短路故障检测方法 - Google Patents
一种基于ifra的同步发电机绕组短路故障检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110824389A CN110824389A CN201911136526.1A CN201911136526A CN110824389A CN 110824389 A CN110824389 A CN 110824389A CN 201911136526 A CN201911136526 A CN 201911136526A CN 110824389 A CN110824389 A CN 110824389A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency response
- synchronous generator
- signal
- voltage
- generator winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法，属于电力设备检测技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：通过高压脉冲信号发生模块产生激励脉冲，并加载到同步发电机绕组端部；步骤二：通过信号采集模块采集发电机绕组激励与响应时域信号；步骤三：通过数据处理模块处理激励与响应时域数据，获取发电机的频率响应；步骤四：通过对比模块对频率响应数据进行对比，根据对比结果进行故障诊断。本发明采用高压纳秒脉冲信号激励绕组，由于其频带较宽，含有丰富的频谱分量，可实现快速检测。
Description
技术领域
本发明属于电力设备检测技术领域，涉及一种基于IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法。
背景技术
现有的同步发电机绕组短路故障检测方法主要包括直流电阻测量法、分担电压法、交流阻抗与损耗试验法、开口变压器法等离线测试技术。其中，直流电阻测量法仅在绕组短路匝数较多时才比较有效；分担电压法需要抽出发电机转子才能开展试验；交流阻抗与损耗试验法虽然灵敏度较高，但检测效果受到转子阻抗、剩磁及定子损耗的影响，对处于萌芽期的匝间短路故障不易判断；开口变压器法的检测效果受转子槽楔材料以及槽楔与槽壁紧密程度的影响，同样需要抽出转子方可开展试验。综合而言，已有的同步发电机绕组故障检测方法容易受到检测条件影响，且其灵敏性、可靠性和实用性仍有待提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于IFRA(impulse frequency responseanalysis)的同步发电机绕组短路故障检测方法，该方法具有检测速度快、制造成本低、灵敏度高、无损等优势。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于脉冲频率响应法IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：通过高压脉冲信号发生模块产生激励脉冲，并加载到同步发电机绕组端部；
步骤二：通过信号采集模块采集发电机绕组激励与响应时域信号；
步骤三：通过数据处理模块处理激励与响应时域数据，获取发电机的频率响应；
步骤四：通过对比模块对频率响应数据进行对比，根据对比结果进行故障诊断。
可选的，在所述步骤一中，包括信号控制和高压脉冲信号发生；
信号控制为：信号控制模块通过个人计算机上的用户控制界面输入所要求的各种脉冲参数设置，将设置数据送至核心控制芯片，由核心控制芯片运算后发出各种控制信号；一路信号用于控制高压直流电源的输出，另一路信号则用于控制同步触发脉冲信号的产生；
高压脉冲发生为：高压脉冲发生模块由马克思发生器构成，包括直流电源、充电保护电阻、充电电容和金属氧化物半导体效应晶体管开关；金属氧化物半导体效应晶体管开关由所产生的同步触发脉冲信号实现开关的开断控制。
可选的，在所述步骤二中，信号采集模块由电压传感器、电流传感器和高通滤波器构成，用电压传感器把产生的高压纳秒级激励脉冲信号转换为低幅值的电压；
同时电流传感器对绕组末端接地线上的响应电流信号进行I-V转换，或电压传感器对绕组末端采样电阻上的响应电压信号进行幅度变换，响应电压/电流信号再经过高通滤波器，滤除响应信号的低频干扰；
变换后的信号经过模数转换器进行数据采集，传输至数据处理模块。
可选的，在所述步骤三中，数据处理模块包括频率响应曲线绘制功能，由编程实现；
频率响应曲线的绘制为：将信号采集模块采集的激励与响应数字信号进行快速傅里叶变换，根据下式进行频率响应数据的计算，从而绘制频率响应曲线，
式中，Vin(n)为绕组激励电压的N点时域采样信号，Vin(k)为Vin(n)的快速傅里叶变换；Rout(n)为绕组响应电压/电流的N点时域采样信号，Rout(k)为Rout(n)的快速傅里叶变换；H(f)表示同步发电机绕组的频率响应曲线。
可选的，在所述步骤四中，通过对比模块对频率响应数据进行对比；
频率响应数据进行对比包括两种方案：
一是以同步发电机在健康情况下测得的频率响应数据为基准，综合对比分析实测频率响应曲线的波峰、波谷的频率与幅值变化信息，以及实测频率响应的波形形态的变化情况，认为实测频率响应曲线的波峰、波谷以及波形形态变化较大时，同步发电机绕组存在匝间短路故障；
二是通过计算频率响应的特征参量进行对比，特征参量以健康频率响应数据为基准，根据下式计算得到实测响应数据的标准方差、协方差和归一化协方差系数，进而获得符合工程需要的相关系数指标；
根据所计算的实测频率响应与健康频率响应的相关系数指标，与给定阈值进行比较和综合分析，推断出可能存在的同步发电机绕组短路故障及其程度。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用高压纳秒脉冲信号激励绕组，由于其频带较宽，含有丰富的频谱分量，可实现快速检测。
2、本发明采用高压纳秒脉冲信号，其产生方式多样，制作成本较低，具有较好的工业应用前景。
3、本发明采用频率响应进行故障诊断，充分利用同步发电机绕组的宽频信息，灵敏度较高。
4、本发明计算特征参量，可直观地开展绕组变形状态的评估，实用性较好。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的实现图；
图3为本发明方法运用于一台380V同步发电机A相绕组测量的频率响应曲线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1～图2所示，为一种基于IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法。
步骤一：通过高压脉冲信号发生模块产生激励脉冲，并加载到同步发电机绕组端部。步骤二：通过信号采集模块采集发电机绕组激励与响应时域信号。步骤三：通过数据处理模块处理激励与响应时域数据，获取发电机的频率响应曲线以及相关参数。步骤四：通过对比模块对频率响应数据进行对比，根据对比结果进行电机绕组短路故障检测。
其中，在步骤一中，通过个人计算机上的用户控制界面输入所要求的各种脉冲参数设置，将设置数据送至核心控制芯片，如现场可编程门阵列等，由核心控制芯片运算后发出各种控制信号。一路信号用于控制高压直流电源的输出，另一路信号则用于控制同步触发脉冲信号的产生，从而使驱动脉冲发生电路产生高压纳秒脉冲；
所述高压脉冲发生模块主要由马克思发生器构成，包括直流电源，充电保护电阻，充电电容，金属氧化物半导体效应晶体管开关。金属氧化物半导体效应晶体管开关由上述所产生的同步触发脉冲信号实现开关的开断控制。
在步骤二中，信号采集模块主要由电压传感器、电流传感器、高通滤波器构成，用电压传感器把产生的高压纳秒级激励脉冲信号转换为低幅值的电压；同时电流传感器对绕组末端接地线上的响应电流信号进行I-V转换，或电压传感器对绕组末端采样电阻上的响应电压信号进行幅度变换，响应电压/电流信号再经过高通滤波器，滤除响应信号的低频干扰；以上变换后的信号经过模数转换器进行数据采集，传输至数据处理模块。
在步骤三中，数据处理模块主要包括频率响应曲线绘制功能，可由编程实现；所述频率响应曲线的绘制，将信号采集模块采集的激励与响应数字信号进行快速傅里叶变换，根据下式进行频率响应数据的计算，从而绘制频率响应曲线，
式中，Vin(n)为绕组激励电压的N点时域采样信号，Vin(k)为Vin(n)的快速傅里叶变换；Rout(n)为绕组响应电压/电流的N点时域采样信号，Rout(k)为Rout(n)的快速傅里叶变换；H(f)表示绕组频率响应曲线。
在步骤四中，通过对比模块对频率响应数据进行对比。其中对比方式有两种方案：一是以同步发电机在健康情况下测得的频率响应数据为基准，综合对比分析实测频率响应曲线的波峰、波谷的频率与幅值变化信息，以及实测频率响应的波形形态的变化情况，认为实测频率响应曲线的波峰、波谷以及波形形态变化较大时，同步发电机绕组存在匝间短路故障；二是通过计算频率响应的特征参量进行对比，所述特征参量，以健康频率响应数据为基准，根据下式计算得到实测响应数据的标准方差、协方差、归一化协方差系数，进而获得符合工程需要的相关系数指标。
根据所计算的实测频率响应与健康频率响应的相关系数指标，与给定阈值进行比较和综合分析，从而推断出可能存在的同步发电机绕组短路故障及其程度。
图3为本发明所述方法运用于一台380V同步发电机A相绕组测量的频率响应曲线。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于脉冲频率响应法IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：通过高压脉冲信号发生模块产生激励脉冲，并加载到同步发电机绕组端部；
步骤二：通过信号采集模块采集发电机绕组激励与响应时域信号；
步骤三：通过数据处理模块处理激励与响应时域数据，获取发电机的频率响应；
步骤四：通过对比模块对频率响应数据进行对比，根据对比结果进行故障诊断。
2.根据权利要求1所述的一种基于IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法，其特征在于：在所述步骤一中，包括信号控制和高压脉冲信号发生；
信号控制为：信号控制模块通过个人计算机上的用户控制界面输入所要求的各种脉冲参数设置，将设置数据送至核心控制芯片，由核心控制芯片运算后发出各种控制信号；一路信号用于控制高压直流电源的输出，另一路信号则用于控制同步触发脉冲信号的产生；
高压脉冲发生为：高压脉冲发生模块由马克思发生器构成，包括直流电源、充电保护电阻、充电电容和金属氧化物半导体效应晶体管开关；金属氧化物半导体效应晶体管开关由所产生的同步触发脉冲信号实现开关的开断控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法，其特征在于：在所述步骤二中，信号采集模块由电压传感器、电流传感器和高通滤波器构成，用电压传感器把产生的高压纳秒级激励脉冲信号转换为低幅值的电压；
同时电流传感器对绕组末端接地线上的响应电流信号进行I-V转换，或电压传感器对绕组末端采样电阻上的响应电压信号进行幅度变换，响应电压/电流信号再经过高通滤波器，滤除响应信号的低频干扰；
变换后的信号经过模数转换器进行数据采集，传输至数据处理模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法，其特征在于：在所述步骤三中，数据处理模块包括频率响应曲线绘制功能，由编程实现；
频率响应曲线的绘制为：将信号采集模块采集的激励与响应数字信号进行快速傅里叶变换，根据下式进行频率响应数据的计算，从而绘制频率响应曲线，
式中，Vin(n)为绕组激励电压的N点时域采样信号，Vin(k)为Vin(n)的快速傅里叶变换；Rout(n)为绕组响应电压/电流的N点时域采样信号，Rout(k)为Rout(n)的快速傅里叶变换；H(f)表示同步发电机绕组的频率响应曲线。
5.根据权利要求1所述的一种基于IFRA的同步发电机绕组短路故障检测方法，其特征在于：在所述步骤四中，通过对比模块对频率响应数据进行对比；
频率响应数据进行对比包括两种方案：
一是以同步发电机在健康情况下测得的频率响应数据为基准，综合对比分析实测频率响应曲线的波峰、波谷的频率与幅值变化信息，以及实测频率响应的波形形态的变化情况，认为实测频率响应曲线的波峰、波谷以及波形形态变化较大时，同步发电机绕组存在匝间短路故障；
二是通过计算频率响应的特征参量进行对比，特征参量以健康频率响应数据为基准，根据下式计算得到实测响应数据的标准方差、协方差和归一化协方差系数，进而获得符合工程需要的相关系数指标；
根据所计算的实测频率响应与健康频率响应的相关系数指标，与给定阈值进行比较和综合分析，推断出可能存在的同步发电机绕组短路故障及其程度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911136526.1A CN110824389A (zh) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | 一种基于ifra的同步发电机绕组短路故障检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911136526.1A CN110824389A (zh) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | 一种基于ifra的同步发电机绕组短路故障检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110824389A true CN110824389A (zh) | 2020-02-21 |
Family
ID=69556921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911136526.1A Pending CN110824389A (zh) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | 一种基于ifra的同步发电机绕组短路故障检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110824389A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111751764A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-09 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种便携式变压器绕组故障在线检测装置及方法 |
| CN112462293A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-03-09 | 江苏大学 | 车载电动机匝间短路故障诊断装置及其方法 |
| CN113189515A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-07-30 | 重庆大学 | 一种基于ifra磁耦合的电抗器匝间短路故障非接触式在线检测方法 |
| CN113238165A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-08-10 | 重庆大学 | 一种基于ifra和svm的电抗器匝间短路故障检测方法 |
| WO2022094726A1 (en) * | 2020-11-09 | 2022-05-12 | Magna International Inc. | Determination and classification of electric motor winding insulation degradation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110089954A1 (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | Industrial Technology Research Institute | Station for detecting winding products and method for detecting inter-turn short circuit |
| CN102721903A (zh) * | 2012-05-08 | 2012-10-10 | 河北省电力研究院 | 发电机转子绕组匝间绝缘故障的检测装置及检测方法 |
| CN104034255A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-09-10 | 重庆大学 | 基于脉冲耦合注入的电力变压器绕组变形在线检测方法 |
| CN107064726A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-18 | 河北冀研能源科学技术研究院有限公司 | 一种电磁式电压互感器匝间短路检测装置及方法 |
-
2019
- 2019-11-19 CN CN201911136526.1A patent/CN110824389A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110089954A1 (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | Industrial Technology Research Institute | Station for detecting winding products and method for detecting inter-turn short circuit |
| CN102721903A (zh) * | 2012-05-08 | 2012-10-10 | 河北省电力研究院 | 发电机转子绕组匝间绝缘故障的检测装置及检测方法 |
| CN104034255A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-09-10 | 重庆大学 | 基于脉冲耦合注入的电力变压器绕组变形在线检测方法 |
| CN107064726A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-18 | 河北冀研能源科学技术研究院有限公司 | 一种电磁式电压互感器匝间短路检测装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵仲勇: ""基于脉冲耦合注入的变压器绕组变形故障检测方法研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111751764A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-09 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种便携式变压器绕组故障在线检测装置及方法 |
| CN111751764B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-08-18 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种便携式变压器绕组故障在线检测装置及方法 |
| CN112462293A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-03-09 | 江苏大学 | 车载电动机匝间短路故障诊断装置及其方法 |
| CN112462293B (zh) * | 2020-10-20 | 2022-12-16 | 江苏大学 | 车载电动机匝间短路故障诊断装置及其方法 |
| WO2022094726A1 (en) * | 2020-11-09 | 2022-05-12 | Magna International Inc. | Determination and classification of electric motor winding insulation degradation |
| CN113189515A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-07-30 | 重庆大学 | 一种基于ifra磁耦合的电抗器匝间短路故障非接触式在线检测方法 |
| CN113238165A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-08-10 | 重庆大学 | 一种基于ifra和svm的电抗器匝间短路故障检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110824389A (zh) | 一种基于ifra的同步发电机绕组短路故障检测方法 | |
| Wang et al. | A new method with Hilbert transform and slip-SVD-based noise-suppression algorithm for noisy power quality monitoring | |
| WO2009003361A1 (fr) | Système de générateur de surveillance des décharges partielles en ligne, et procédé correspondant | |
| CN102749558A (zh) | 电缆振荡波局部放电及故障定位的检测装置及方法 | |
| CN102116849B (zh) | 开关电源工作参数的非接触式测量系统及测量方法 | |
| CN103698669B (zh) | 一种高压电力设备局部放电脉冲分离方法 | |
| CN103018629A (zh) | 一种基于马拉算法的电力系统故障录波数据分析方法 | |
| CN109932053B (zh) | 一种用于高压并联电抗器的状态监测装置及方法 | |
| CN104132610A (zh) | 配网变压器低压绕组变形带电检测装置及检测方法 | |
| Abdel-Galil et al. | De-noising of partial discharge signal using eigen-decomposition technique | |
| Birlasekaran et al. | Comparison of known PD signals with the developed and commercial HFCT sensors | |
| Solomon et al. | Application of pseudo-random impulse perturbation for characterizing capacitor voltage transformer frequency responses | |
| Macedo et al. | Wavelet transform processing applied to partial discharge evaluation | |
| CN110764027A (zh) | 基于频谱特征变化的电连接器发生间歇故障诊断方法 | |
| CN113238165A (zh) | 一种基于ifra和svm的电抗器匝间短路故障检测方法 | |
| CN108594156B (zh) | 一种改进的电流互感器饱和特性识别方法 | |
| CN201628754U (zh) | 电力设备宽频局部放电检测装置 | |
| CN210604864U (zh) | 线圈匝间绝缘检测装置 | |
| Nussbaumer et al. | Sensitivity analysis of insulation state indicator in dependence of sampling rate and bit resolution to define hardware requirements | |
| RU2553281C1 (ru) | Устройство для обнаружения частичных разрядов | |
| CN108008262B (zh) | 一种局部放电快速检测方法 | |
| CN111458626B (zh) | 基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法 | |
| Bucci et al. | Online SFRA characterization of a batch of induction motors for predictive maintenance | |
| CN102621389B (zh) | 平行输电线路的耦合电容的测试方法 | |
| CN105807178A (zh) | 基于小波分析的配电变压器匝间短路监测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200221 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |