CN112198449A - 无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法和装置 - Google Patents

无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法和装置 Download PDF

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CN112198449A CN202010863588.9A CN202010863588A CN112198449A CN 112198449 A CN112198449 A CN 112198449A CN 202010863588 A CN202010863588 A CN 202010863588A CN 112198449 A CN112198449 A CN 112198449A
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李文武
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任仰凯
钟浩文
郝亮亮
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Tsinghua University
Beijing Jiaotong University
Daya Bay Nuclear Power Operations and Management Co Ltd
Lingdong Nuclear Power Co Ltd
Guangdong Nuclear Power Joint Venture Co Ltd
Lingao Nuclear Power Co Ltd
China Nuclear Power Operation Co Ltd
Fujian Ningde Nuclear Power Co Ltd
Yangjiang Nuclear Power Co Ltd
Guangxi Fangchenggang Nuclear Power Co Ltd
Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co Ltd
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Tsinghua University
Beijing Jiaotong University
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Lingdong Nuclear Power Co Ltd
Guangdong Nuclear Power Joint Venture Co Ltd
Lingao Nuclear Power Co Ltd
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Abstract

本申请涉及一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置、计算机设备和存储介质。该方法包括：获取探测装置的感应电动势；获取感应电动势的叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量；根据电动势谐波分量进行故障检测，得到无刷励磁机的励磁绕组故障检测结果。采用本方法能够通过获取探测装置中的探测线圈的感应电动势，对感应电动势进行叠加得到叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量以进行故障检测，整个过程只需要对探测线圈的感应电动势进行分析，且探测线圈不受电机参数的影响，避免了因电机参数测量误差或参数变化带来的负面影响，能够更加准确的对励磁系统的故障进行检测。

Description

无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法和装置
技术领域
本申请涉及电力系统主设备继电保护技术领域，特别是涉及一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
励磁系统是大型发电机的重要组成部分，性能优良、可靠性高的励磁系统是保证发电机安全及电力系统稳定运行的基础，无刷励磁方式取消了发电机的碳刷和滑环，减小了励磁系统的维护工作量，显著提高了励磁系统的可靠性，是大型核电发电机组的首选励磁方式，但由于增加了励磁机及旋转整流环节，实际中常发生励磁系统故障，轻微故障不会对励磁系统产生严重影响，但长期故障运行会给机组带来严重的安全隐患，从而影响了整个发电系统的可靠性。
传统的励磁系统故障检测方法主要包括磁通模型观测法等，其中，磁通模型观测器受定子电阻和定子漏感等参数影响，容易因电机参数测量误差或参数变化带来负面影响，无法对励磁系统故障进行准确的检测。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高故障检测精度的无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，该方法包括：
获取探测装置的感应电动势，探测装置包括至少两个相对的探测线圈，探测线圈设置于无刷励磁机的励磁绕组中；
获取感应电动势的叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量；
根据电动势谐波分量进行故障检测，得到无刷励磁机的励磁绕组故障检测结果。
上述方法，通过获取探测装置中的探测线圈的感应电动势，对感应电动势进行叠加得到叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量以进行故障检测，整个过程只需要对探测线圈的感应电动势进行分析，且探测线圈不受电机参数的影响，避免了因电机参数测量误差或参数变化带来的负面影响，能够更加准确的对励磁系统的故障进行检测。
在其中一个实施例中，获取感应电动势的叠加值，包括：
将各个探测线圈的感应电动势进行叠加得到叠加值。
在其中一个实施例中，电动势谐波分量包括一次谐波分量和二次谐波分量，根据叠加值获取电动势谐波分量，包括：
对叠加值进行傅里叶分析，获取一次谐波分量和二次谐波分量。
在其中一个实施例中，对叠加值进行傅里叶分析，获取一次谐波分量和二次谐波分量，包括：
获取无刷励磁机的电机极对数p和相数m；
对叠加值进行傅里叶分析，获取m/p次谐波分量作为一次谐波分量；
获取2m/p次谐波分量作为二次谐波分量。
在其中一个实施例中，根据电动势谐波分量进行故障检测，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果，包括：
将一次谐波分量与二次谐波分量进行比对，得到比对结果；
将比对结果与预设故障阈值进行对比，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
在其中一个实施例中，将比对结果与预设故障阈值进行对比，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果，包括：
将比对结果与预设故障阈值进行比对；
当比对结果大于或等于预设故障阈值时，判定励磁机的励磁绕组出现短路故障。
在其中一个实施例中，将比对结果与预设故障阈值进行对比，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果之前，还包括：
获取无刷励磁机在非故障运行状态时探测线圈上产生的感应电动势；
根据预设可靠性系数以及无刷励磁机在非故障运行状态时探测线圈上产生的感应电动势，得到预设故障阈值。
一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置，装置包括：
获取模块，用于获取探测装置的感应电动势，探测装置包括至少两个相对的探测线圈，探测线圈设置于无刷励磁机的励磁绕组中；
叠加模块，用于获取感应电动势的叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量；
检测模块，用于根据电动势谐波分量进行故障检测，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
上述装置，通过获取探测装置中的探测线圈的感应电动势，对感应电动势进行叠加得到叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量以进行故障检测，整个过程只需要对探测线圈的感应电动势进行分析，且探测线圈不受电机参数的影响，避免了因电机参数测量误差或参数变化带来的负面影响，能够更加准确的对励磁系统的故障进行检测。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
附图说明
图1为一个实施例中励磁绕组短路故障检测方法的流程示意图；
图2为又一个实施例中励磁绕组短路故障检测方法的流程示意图；
图3为又一个实施例中励磁绕组短路故障检测方法的流程示意图；
图4为又一个实施例中无刷励磁机的探测线圈感应电动势波形示意图；
图5为又一个实施例中励磁绕组短路故障检测方法的流程示意图；
图6为一个实施例中励磁绕组短路故障检测装置的结构框图；
图7为又一个实施例中励磁绕组短路故障检测装置的结构框图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图；
图9为另一个实施例中励磁绕组短路故障检测方法的流程示意图；
图10为一个实施例中正常励磁绕组通正向电流时磁动势空间分布示意图；
图11为一个实施例中故障励磁磁动势空间分布示意图；
图12为一个实施例中短路匝绕组通反向电流时磁动势空间分布示意图；
图13为一个实施例中电枢电流产生的空间谐波磁场对不同极下励磁绕组作用的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，可以应用于大型核电发电机组的应用环境中，其中，探测线圈设置在励磁机励磁绕组中，以两个探测线圈为例，两探测线圈空间位置相对，当励磁机运行时旋转的气隙磁场在探测线圈上感应出电动势，可以理解，在正常情况时探测线圈上产生的感应电动势与非正常情况时探测线圈产生的感应电动势是存在有区别的，故而通过对探测线圈上产生的感应电动势进行分析即可确定励磁绕组是否有短路情况，本申请中的执行主体可以是计算机等处理设备，计算机获取探测装置的感应电动势，由计算机来对感应电动势进行分析即可，例如工作人员可以先通过测量装置测量探测装置的感应电动势，然后再直接输入到计算机中。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，包括以下步骤：
步骤S200，获取探测装置的感应电动势。具体的，探测装置包括至少两个相对的探测线圈，探测线圈设置于无刷励磁机的励磁绕组中，探测装置以包括两个相对的探测线圈为例，探测装置的感应电动势指的是探测线圈上产生的感应电动势，两个相对的探测线圈具体可以是空间位置相对的两个探测线圈，在无刷励磁机运行时旋转的气隙磁场分别在两个探测线圈上产生感应电动势，在同一时间上，由于两个探测线圈是相对设置的，故而两个探测线圈上产生的感应电动势的数值应当是一样的，但是感应电动势的方向可能相反或者相同，即如果将两个探测线圈上产生的感应电动势进行叠加，那么叠加得到的叠加值可能为零也可能是在原基础上翻倍。
可以理解，无刷励磁机采用的是无刷励磁方式，无刷励磁方式取消了发电机的碳刷和滑环，能够减小励磁系统的维护工作量，显著提高励磁系统的可靠性
步骤S300，获取感应电动势的叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量。具体的，由于探测装置包括至少两个探测线圈，在无刷励磁机运行时，各个探测线圈上都会产生感应电动势，感应电动势的叠加值即各个探测线圈上所产生的感应电动势的叠加。
可以理解，当无刷励磁机的励磁绕组处于非故障状态时，电动势的叠加值中包含的谐波的幅值是比较微小的，而当无刷励磁机的励磁绕组处于故障状态(例如短路)时，则电动势的叠加值中会包含有大量的谐波成分，不论无刷励磁机的励磁绕组处于故障状态还是非故障状态，都可以通过一些示波装置(例如示波器)得到电动势谐波分量，当然也可以通过一些其他的手段，例如通过进行对电动势的叠加值进行傅里叶分析等等。
步骤S400，根据电动势谐波分量进行故障检测，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。具体的，励磁绕组短路检测结果包括无刷励磁机的励磁绕组发生短路故障或没有发生短路故障，可以通过对电动势谐波分量的数值大小进行检测，例如将电动势谐波分量与预设故障阈值进行对比，如果大于预设故障阈值，则得到的励磁绕组短路故障检测结果为无刷励磁机的励磁绕组发生短路故障。
上述方法，通过获取探测装置中的探测线圈的感应电动势，对感应电动势进行叠加得到叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量以进行故障检测，整个过程只需要对探测线圈的感应电动势进行分析，且探测线圈不受电机参数的影响，避免了因电机参数测量误差或参数变化带来的负面影响，能够更加准确的对励磁系统的故障进行检测。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S300包括步骤S301和步骤S302，步骤S301，将各个探测线圈的感应电动势进行叠加得到叠加值。步骤S302，根据叠加值获取电动势谐波分量。
具体的，探测装置包括至少两个相对的探测线圈，在无刷励磁机工作时，每一个探测线圈上都会产生感应电动势，并且相对的探测线圈在同一时间产生的感应电动势的数值是相同的(方向可能相反或相同)，通过将各个探测线圈的感应电动势进行叠加得到叠加值，从而使得谐波也会相应的得到叠加，从而更加方便对励磁绕组短路故障进行检测。
进一步的，在一个实施例中，电动势谐波分量包括一次谐波分量和二次谐波分量，步骤S301包括步骤：对叠加值进行傅里叶分析，获取一次谐波分量和二次谐波分量。
具体的，一次谐波分量为奇数次谐波电动势，二次谐波分量为偶数次谐波电动势，可以理解，在对电动势的叠加值进行傅里叶分析之后，电动势的叠加值中包含有谐波电动势，不同谐波次数的谐波电动势其取值不同，例如2次谐波对应的谐波电动势为零，而三次谐波对应的谐波电动势为4PNfdi′fd/3π，i′fd为励磁电流大小，Nfd为励磁绕组匝数，P为无刷励磁机的电机极对数。
进一步的，在一个实施例中，对叠加值进行傅里叶分析，获取一次谐波分量和二次谐波分量的步骤中，还包括有步骤：获取无刷励磁机的电机极对数P和相数m；对叠加值进行傅里叶分析，获取m/p次谐波分量作为一次谐波分量；获取2m/p次谐波分量作为二次谐波分量。
具体的，探测线圈感应电动势中的m/p次谐波对应的谐波电动势是由于励磁绕组短路故障引起的，而在励磁绕组故障前后，2m/P次谐波对应的谐波电动势变化较小，即可以将2m/P次谐波分量作为参考值，只需要确定m/p次谐波分量与2m/P次谐波分量的大小关系是否发生变化，就可以确定励磁绕组是否有短路故障。
进一步的，在一个实施例中，如图3所示，步骤S400包括步骤S401，步骤S402，步骤S401，将一次谐波分量与二次谐波分量进行比对，得到比对结果。步骤S402，将比对结果与预设故障阈值进行对比，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
具体的，一次谐波分量表示的是奇数次谐波(例如m/p次谐波)对应的谐波电动势，二次谐波分量表示的是偶数次谐波(例如2m/P次谐波)对应的谐波电动势，通过将的一次谐波分量与二次谐波分量相除，得到比对结果，然后将比对结果与预设故障阈值进行对比，从而得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果，其中，故障检测结果包括励磁绕组短路或励磁绕组没有短路。
在一个实施例中，步骤S402之前还包括步骤：获取无刷励磁机在非故障运行状态时探测线圈上产生的感应电动势；根据预设可靠性系数以及无刷励磁机在非故障运行状态时探测线圈上产生的感应电动势，得到预设故障阈值。
具体的，在无刷励磁机运行的过程中，无论励磁绕组出现故障与否，探测线圈上都会有产生感应电动势，如果无刷励磁机运行过程中，无刷励磁机的励磁绕组出现短路，则在探测线圈上产生的感应电动势数值相对较大，如果在无刷励磁机运行过程中，无刷励磁机的励磁绕组没有出现短路，则探测线圈上产生的感应电动势较小，即在无刷励磁机的励磁绕组出现短路时，计算机设备会计算得到第一个比对结果，在无刷励磁机的励磁绕组没有出现短路，计算机设备会计算得到另一个比对结果，当然可以理解的是，第一个比对结果的数值必然是大于另一个比对结果的，故而在步骤S402中将比对结果与预设故障阈值进行比对之前，为了能够晒除掉另一个比对结果，需要将预设故障阈值的数值设置得大于另一个比对结果。
预设可靠性系数可以根据实际情况进行选择，例如其取值范围为1.2～1.5之间，非故障运行状态指的是无刷励磁机运行时，励磁绕组在没有出现短路故障的状态，若在无刷励磁机运行过程中，无刷励磁机的励磁绕组没有出现短路，则探测线圈上产生的感应电动势较小，计算机设备计算得到的是另一个比对结果，将另一个比对结果与预设可靠性系数相乘，即得到了预设故障阈值，该预设故障阈值就必然是大于另一个比对结果的，从而避免了故障检测出错。
在一个实施例中，步骤S402包括步骤：将比对结果与预设故障阈值进行比对；当比对结果大于或等于预设故障阈值时，判定励磁机的励磁绕组出现短路故障。
具体的，预设故障阈值可以是根据实际情况进行设置，例如获取在非故障状态下的电动势谐波分量，取其中的m/p次谐波分量与2m/p次谐波分量的比值作为预设故障阈值，之后当无刷励磁机运行时，采集无刷励磁机运行时的电动势谐波分量，取一次谐波分量与二次谐波分量的比值作为比对结果，如果该比对结果大于或等于该预设故障阈值，则表示励磁机的励磁绕组出现短路故障。
以11相5对极励磁机为例，如图4为11相角形无刷励磁机的探测线圈感应电动势波形，左边的波形是正常工况下感应电动势波形；右边的波形代表故障后的感应电动势波形，对故障前后探测线圈感应电动势进行傅里叶分析，结果见下表1。
故障前稳态运行(A) 故障后稳态运行(A)
直流量 6.06×10<sup>-3</sup> 5.80×10<sup>-3</sup>
基波 1.39×10<sup>-2</sup> 1.10×10<sup>-2</sup>
2次谐波 8.59×10<sup>-3</sup> 3.54×10<sup>-2</sup>
3次谐波 1.37×10<sup>-2</sup> 3.10×10<sup>-2</sup>
4次谐波 2.72×10<sup>-2</sup> 4.81×10<sup>-2</sup>
11/5次谐波 1.66×10<sup>-2</sup> 3.34×10<sup>-1</sup>
22/5次谐波 5.58×10<sup>-1</sup> 3.18×10<sup>-1</sup>
表1
从表1可以看到，11相无刷励磁系统在发生励磁绕组短路故障后，相比于正常工况，探测线圈感应电势中含有较大的11/5次谐波分量。
在一个实施例中，如图5所示，在步骤S200之前，还包括步骤S100，控制无刷励磁机运行以使得旋转的气隙磁场在各个探测线圈上产生感应电动势。
具体的，计算机设备作为执行主体，可以先与测量装置进行数据通信，由测量装置来采集探测线圈上的感应电动势，之后计算机设备发送控制指令给无刷励磁机或者无刷励磁机的控制装置，使得无刷励磁机运行从而使得各个探测线圈上产生感应电动势，此时测量装置就可以测量到感应电动势，然后由计算机设备获取到各个探测线圈上产生的感应电动势。
应该理解的是，虽然图1-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-5中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置，包括：获取模块200、叠加模块300和检测模块400，其中：
获取模块200，用于获取探测装置的感应电动势，探测装置包括至少两个相对的探测线圈，探测线圈设置于无刷励磁机的励磁绕组中。
叠加模块300，用于获取感应电动势的叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量。
检测模块400，用于根据电动势谐波分量进行故障检测，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
上述装置，通过获取探测装置中的探测线圈的感应电动势，对感应电动势进行叠加得到叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量以进行故障检测，整个过程只需要对探测线圈的感应电动势进行分析，且探测线圈不受电机参数的影响，避免了因电机参数测量误差或参数变化带来的负面影响，能够更加准确的对励磁系统的故障进行检测。
在一个实施例中，叠加模块300包括感应电动势叠加单元和谐波分量获取单元，电动势叠加单元用于将各个探测线圈的感应电动势进行叠加得到叠加值。谐波分量获取单元用于根据叠加值获取电动势谐波分量。
在一个实施例中，电动势谐波分量包括一次谐波分量和二次谐波分量，谐波分量获取单元包括傅里叶分析单元，傅里叶分析单元用于对叠加值进行傅里叶分析，获取一次谐波分量和二次谐波分量。
在一个实施例中，傅里叶分析单元包括数据获取单元，一次谐波分量获取单元和二次谐波分量获取单元，数据获取单元用于获取无刷励磁机的电机极对数p和相数m。一次谐波分量获取单元用于对叠加值进行傅里叶分析，获取m/p次谐波分量作为一次谐波分量。二次谐波分量获取单元用于获取2m/p次谐波分量作为二次谐波分量。
在一个实施例中，检测模块400包括谐波分量对比单元和阈值对比单元，谐波分量对比单元用于将一次谐波分量与二次谐波分量进行比对，得到比对结果。阈值对比单元用于将比对结果与预设故障阈值进行对比，得到无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
在一个实施例中，阈值对比单元包括故障判定单元，故障判定单元用于将比对结果与预设故障阈值进行比对；当比对结果大于或等于预设故障阈值时，判定励磁机的励磁绕组出现短路故障。
在一个实施例中，如图7所示，无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置还包括控制模块100，控制模块100用于控制无刷励磁机运行以使得旋转的气隙磁场在各个探测线圈上产生感应电动势。
关于无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置的具体限定可以参见上文中对于无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法的限定，在此不再赘述。上述无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法的步骤。
上述计算机设备，在执行上述无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法的步骤时，通过获取探测装置中的探测线圈的感应电动势，对感应电动势进行叠加得到叠加值，并根据叠加值获取电动势谐波分量以进行故障检测，整个过程只需要对探测线圈的感应电动势进行分析，且探测线圈不受电机参数的影响，避免了因电机参数测量误差或参数变化带来的负面影响，能够更加准确的对励磁系统的故障进行检测。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
在一个实施例中，为了对本申请进行详细的解释说明，本实施例将结合附图对本申请进行说明，如图9所示，首先计算机设备通过信号采样获取探测线圈的感应电动势，然后对感应电动势进行傅里叶分析，得到m/P次谐波分量作为em/p，以及2m/P次谐波分量作为e2m/p，然后计算em/p与e2m/p的比值，最终根据比值进行故障判断，确定励磁机的励磁绕组是否出现短路故障。如图10-12所示，图10中示出了正常励磁绕组通正向电流时磁动势空间分布，以p表示无刷励磁机的对极数，以m表示无刷励磁机的相数，以ffd(α)表示在非故障状态下励磁绕组在探测线圈上产生的感应电动势，可以得到ffd(α)的表达式如下：
Figure BDA0002648988170000121
上式中，i＝0，1，……，P-1，i′fd为非故障状态下励磁绕组的励磁电流的大小，Nfd为励磁绕组匝数，α为定子坐标角度。
对ffd(α)进行傅里叶分析，可以得到：
Figure BDA0002648988170000122
Figure BDA0002648988170000123
Figure BDA0002648988170000124
Figure BDA0002648988170000125
通过对ffd(α)进行傅里叶分析，可知在非故障状态下励磁绕组在探测线圈上产生的感应电动势只包含有基波及3、5次等奇数次谐波成分，当励磁绕组发生故障后，励磁磁动势在各极下分布不再相同，将励磁绕组故障时的励磁磁动势看作正常励磁绕组通正向电流与短路匝绕组通反向电流时磁动势的合成，即f′fd＝ffd+ffd。其中，如图11所示，f′fd表示故障励磁绕组产生的磁动势，如图12所示，Δffd表示短路匝绕组通反向电流的磁动势。从而可得：
Figure BDA0002648988170000131
对上式进行傅里叶分析得到Δffd包含奇数次以及分数次谐波分量，结果如下
表2所示：
Figure BDA0002648988170000132
表2
由上述分析可知，励磁绕组发生匝间故障时，故障励磁磁动势不仅含有基波及3、5等奇数次谐波成分，还含有与极对数有关的各分数次谐波成分，不含偶数次谐波成分。对于11相5对极励磁机，两探测线圈空间位置相对，彼此相差5π电角度。任意一相电枢电流产生的空间磁动势分数次谐波分布如图13，以1/5和2/5次谐波为例，对于任意n/P次谐波磁势，当n为奇数时，两探测线圈范围内磁势叠加之和为零，相互抵消；当n为偶数时，两探测线圈范围内的磁势叠加后为原来2倍。由前述分析知，P对极m相角接励磁机的电枢绕组中，各相合成磁动势为m/P倍数次。因此，在正常工况下，探测线圈叠加电势仅有m/P的偶数倍次。因而可利用探测线圈中存在m/P次谐波电动势进行故障保护设计，
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取探测装置的感应电动势，所述探测装置包括至少两个相对的探测线圈，所述探测线圈设置于无刷励磁机的励磁绕组中；
获取感应电动势的叠加值，并根据所述叠加值获取电动势谐波分量；
根据所述电动势谐波分量进行故障检测，得到所述无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取感应电动势的叠加值，包括：
将各个所述探测线圈的感应电动势进行叠加得到叠加值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动势谐波分量包括一次谐波分量和二次谐波分量，所述根据所述叠加值获取电动势谐波分量，包括：
对所述叠加值进行傅里叶分析，获取一次谐波分量和二次谐波分量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述叠加值进行傅里叶分析，获取一次谐波分量和二次谐波分量，包括：
获取所述无刷励磁机的电机极对数p和相数m；
对所述叠加值进行傅里叶分析，获取m/p次谐波分量作为所述一次谐波分量；
获取所述2m/p次谐波分量作为所述二次谐波分量。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述根据所述电动势谐波分量进行故障检测，得到所述无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果，包括：
将所述一次谐波分量与所述二次谐波分量进行比对，得到比对结果；
将所述比对结果与预设故障阈值进行对比，得到所述无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述比对结果与预设故障阈值进行对比，得到所述无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果，包括：
将所述比对结果与预设故障阈值进行比对；
当所述比对结果大于或等于所述预设故障阈值时，判定所述励磁机的励磁绕组出现短路故障。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述比对结果与预设故障阈值进行对比，得到所述无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果之前，还包括：
获取所述无刷励磁机在非故障运行状态时所述探测线圈上产生的感应电动势；
根据预设可靠性系数以及所述无刷励磁机在非故障运行状态时所述探测线圈上产生的感应电动势，得到所述预设故障阈值。
8.一种无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取探测装置的感应电动势，所述探测装置包括至少两个相对的探测线圈，所述探测线圈设置于无刷励磁机的励磁绕组中；
叠加模块，用于获取感应电动势的叠加值，并根据所述叠加值获取电动势谐波分量；
检测模块，用于根据所述电动势谐波分量进行故障检测，得到所述无刷励磁机的励磁绕组短路故障检测结果。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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