CN112243499A - 用于测量电驱动系统中的局部放电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量电驱动系统(2)中的局部放电(Te)的方法，该电驱动系统包括旋转电机(4)和变流器(6)。为了在电驱动系统(2)运行期间能够执行该方法而提出：连续地分析由变流器(6)产生的变流器信号(R、S、T)的信号形状，其中，在变流器信号(R、S、T)具有正弦形的信号形状期间，检测测量信号(M)，其中，将测量信号(M)与参考信号(RS)比较，其中，在测量信号(M)与参考信号(RS)偏差超过阈值(SW)期间，检测局部放电(Te)。

Description

用于测量电驱动系统中的局部放电的方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量电驱动系统中的局部放电的方法，电驱动系统包括旋转电机和变流器。
本发明还涉及一种控制单元，其具有用于执行这种方法的构件。
此外，本发明涉及一种计算机程序，其用于在控制单元中运行时执行这种方法。
此外，本发明涉及一种具有计算机程序的计算机程序产品。
本发明还涉及一种用于执行这种方法的局部放电测量系统。
此外，本发明涉及一种驱动系统，其具有至少一个旋转电机、至少一个变流器和至少一个局部放电测量系统。
背景技术
这种方法在驱动系统中使用，驱动系统的变流器馈电的旋转电机、尤其能够利用三相交流电压和至少1MW的功率运行的马达。这种旋转电机具有至少1kV、例如6.6kV的供电电压。
由于绝缘材料中的不均匀性，但也由于电导体之间的自由空间未填充有绝缘材料，在旋转电机运行期间能够发生局部放电，其中，局部放电对应于不完全的电击穿，电击穿局部地发生在绝缘部中、尤其发生在强烈不均匀的场分布的位置处，并且造成绝缘材料的损坏。这意味着通过局部放电造成老化过程的加速。
因此，对于绝缘系统使用相应的监视和诊断方法。除了化学绝缘诊断外，使用电诊断方法，该方法尤其用于定子绕组的绝缘系统。至今为止，电的局部放电测量仅能够离线地、即在旋转电机的静止状态中执行，因为对于测量需要平滑的、正弦形的电压信号。这种正弦信号在设施的静止状态期间经由参考源馈入。由于设施的静止状态进而与其关联的生产停止，离线测量是高成本的。
公开文献DE102011080115A1描述了一种用于在高压机器处用于局部放电测量的耦合输出单元。该耦合输出单元的电子构件是合成材料铸块的集成的组成部分，该组成部分定位在绝缘支架的上侧上。两个电容器的串联属于耦合输出单元的电子构件。
公开文献US2002/0097065A1描述一种用于评估具有可变转速的马达中的绝缘故障的方法。
公开文献US2006/0022679A1描述一种用于识别马达中的三相绝缘部的局部放电的设备。
公开文献EP2402775A1描述一种用于旋转电机的绝缘测试/诊断方法。
公开文献EP3136116A1描述一种用于测量局部放电特性的局部放电测量设备，当将重复的浪涌电压施加到待测物体上时，观察局部放电特性。
发明内容
本发明所基于的目的是：提出一种用于测量电驱动系统中局部放电的方法，该方法能够在电驱动系统运行期间执行。
根据本发明，通过用于一种用于测量电驱动系统中的局部放电的方法来实现目的，电驱动系统包括旋转电机和变流器，其中，连续地分析由变流器产生的变流器信号的信号形状，其中，在变流器信号具有正弦形的信号形状期间，检测测量信号，其中，测量信号与参考信号比较，其中，在测量信号与参考信号偏差超过阈值期间，检测局部放电。
此外，根据本发明，目的通过具有用于执行这种方法的构件的控制单元来实现。
此外，通过计算机程序来实现目的，该计算机程序用于在控制单元中运行时执行这种方法。
此外，根据本发明，目的通过具有这种计算机程序的计算机程序产品来实现。
此外，根据本发明，目的通过用于执行这种方法的局部放电测量系统来实现，局部放电测量系统具有至少一个信号分析设备、局部放电测量设备和控制单元。
此外，根据本发明，目的通过驱动系统来实现，该驱动系统具有至少一个旋转电机、至少一个变流器和至少一个局部放电测量系统。
参考方法在下面详述的优点和优选的设计方案按意义能够转用于控制单元、计算机程序、计算机程序产品、局部放电系统和驱动系统。
本发明所基于的考量是：在驱动系统运行期间检测局部放电，其中，这种驱动系统通过旋转电机和变流器形成，变流器为了旋转电机的运行而设有尤其三相的交流电流信号。旋转电机能够以至少1kV、例如6.6kV的运行电压在马达运行或发电机运行中运行。这种在运行期间在线测量需要平滑的、正弦形的交流电流信号，这在变流器运行中与电网运行相比很少达到。在变流器开关过程期间发生电压阶跃，电压阶跃与测量的局部放电信号叠加并且因此妨碍诊断。
为了实现在驱动系统运行期间能够实现局部放电测量，连续地分析由变流器产生的、尤其三相的交流电流信号的信号形状，该交流电流信号被称为变流器信号。一旦变流器信号具有正弦形的曲线，就通过在旋转电机处检测测量信号来执行局部放电测量。随后，将测量信号与参考信号尤其通过数字作差进行比较。当测量信号与参考信号的偏差超过阈值时，则检测局部放电。
由局部放电测量系统检测局部放电，局部放电测量系统包括用于分析变流器信号的曲线的信号分析设备和局部放电测量设备，局部放电测量设备布置在旋转电机的区域中。
通过控制单元控制方法过程。用于执行这种方法的构件包括计算机程序和例如微控制器或其他可编程逻辑模块。控制单元例如布置在局部放电测量设备中。
一旦变流器信号具有正弦形的信号形状，触发信号、尤其数字的触发信号就采取用于检测测量信号的第一状态。通过触发信号允许检测测量信号并且通过非常短的延迟来启动，这导致更长的检测时间进而导致更高的精度。
在一个优选的实施方式中，得出局部放电的数量和/或持续时间。这种信息能够实现得到关于绝缘材料的老化过程的结论。例如，通过及时的维护能够防止旋转电机的进一步损坏和/或长的失效时间。
一旦转换器信号偏离正弦形的信号形状，特别是数字的触发信号特别有利地采取第二状态用于中断检测测量信号。这种类型的、特别是数字的触发信号是可靠的、不易受干扰的且容易实现的。
在另一有利的设计方案中，在信号分析设备或IT基础设施中产生触发信号。IT基础设施例如是本地的计算机系统和/或云。IT基础设施提供存储空间、计算能力和/或应用软件。在云中经由因特网提供存储空间、计算能力和/或应用软件作为服务能力。通过这样中央地产生触发信号保证同步的信号处理。
在另一有利的实施方式中，借助于FFT分析变流器信号的信号形状。可将FFT理解为快速傅里叶变换。通过使用FFT能够以高的精度和速度得出：变流器信号的信号形状是否并且何时是正弦形的。
在一个优选的实施方式中，在旋转电机的定子绕组系统的至少一个馈电线处截取测量信号。这种截取是容易可得的并且尤其通过现有的支撑绝缘体低成本地并且在没有显著结构变化的情况下实现。
在另一有利的设计方案中，在旋转电机的定子绕组系统的至少一个线圈处截取测量信号。在线圈处的直接截取能够实现非常精确的测量。
在另一有利的设计方案中，经由分压器、尤其电容分压器截取测量信号。特别地，至少一个具有pF范围中的电容的电容器集成到支撑绝缘体中，其中，另一电容器具有μF范围中的电容，使得在另外的电容器处例如降下最大50V。附加地或替代地，构建具有多个电阻的分压器。这种分压器是鲁棒的并且不易受干扰影响的。因此，能够简单且可靠地截取测量信号、例如在另外的电容器处的测量信号。
在一个优选的实施方式中，尤其以至少10MS/s的采样频率将测量信号数字化。通过这样高的采样频率也能够可靠地检测局部放电的短的陡峭的信号边缘。
特别有利地，数字化的测量信号至少部分地在中央的IT基础设施中被进一步处理。通过这种IT基础设施，在旋转电机区域中的严峻环境条件下(例如热、湿气或辐射的情况下)，也可靠地处理并且在需要时存储得出的数据。
附图说明
在下文中根据附图中示出的实施例详细描述和阐述本发明。附图示出：
图1示出驱动系统的第一实施方式的示意图，
图2示出驱动系统的第二实施方式的示意图，和
图3示出测量信号的分析的随时间变化的示意图。
具体实施方式
下文中阐述的实施例为本发明的优选的实施方式。在该实施例中，实施方式的所描述的部件分别是本发明的各个彼此独立考虑的特征，该特征分别也彼此独立地改进本发明进而也单独地或以不同于所示出的组合的方式视作为是本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能够通过本发明的其他的已经描述的特征来补充。
相同的附图标记在不同的附图中具有相同的意义。
图1示出驱动系统2的第一实施方式的示意图，该驱动系统包括三相旋转电机4和变流器6。旋转电机4例如是马达并且包括具有定子绕组系统9的定子8和转子10。旋转电机4由逆变器供应多相、尤其三相功率信号、即变流器信号R、S、T，其中，该变流器设计为负载导引的电流间接变流器。
变流器信号R、S、T经由馈电线11馈入到旋转电机4中的接线盒12中。支撑绝缘体14处于接线盒12中，其中，例如对变流器信号R、S、T的每个相设有至少一个支撑绝缘体14。出于概览的理由，在图1中仅示出一个支撑绝缘体14。支撑绝缘体14经由轨道与接线盒12的接地的壳体连接并且支撑用于定子绕组系统9的馈电线11。将至少一个电容器集成到支撑绝缘体中。传感器16与支座电容器14的电容器连接，该传感器例如包括另一电容器，该另一电容器与至少一个集成在支座电容器14中的电容器形成电容分压器。附加地或替代地，传感器16具有电阻。在其他的电容器处截取测量信号，该测量信号与变流器信号R、S、T的相应的相成比例。尤其在能够以至少1kV的运行电压来运行的高压机器的情况下，能够经由具有至少一个电容器的网络基本上无损失地且以显著较低的电平截取测量信号M。附加地或替代地，在定子绕组系统9的线圈处截取测量信号M。
数字测量信号M被引导至局部放电测量设备18并且被数字化以用于进一步处理。替代地，传感器16附加地包括转换器单元，该转换器单元将在另一电容器处下降的模拟电压信号变换成数字测量信号M。为了还能够检测局部放电Te的极其陡的信号边缘，转换器以高的采样频率、例如兆采样范围或千兆采样范围中的采样频率来运行。
随后，数字化的测量信号M与参考信号Rs进行比较，该参考信号例如由局部放电测量设备18从变流器信号R、S、T中产生。测量信号M与参考信号Rs的比较例如数字地借助于作差来进行。如果测量信号M与参考信号Rs的偏差超过阈值Sw，则检测到局部放电Te。得出局部放电Te的数量和/或持续时间。为了将局部放电Te得出的数据被数字化，并且至少部分地发送至中央的IT基础设施20。IT基础设施20例如是至少一个本地的计算机系统和/或云。IT基础设施20提供存储空间、计算能力和/或应用软件。在云中经由因特网提供存储空间、计算能力和/或应用软件作为服务能力。到IT基础设施20的数字的数据传输无线地、有线地或光学地发生。例如，经由蓝牙或WLAN传输数据。
仅在由变流器生成的变流器信号R、S、T的正弦形的曲线中，通过在线测量因此在旋转电机4运行期间能够无干扰地检测局部放电Te，其中，变流器6的变流器信号R、S、T部分地具有正弦形的曲线，其中，该变流器设计为负载导引的电流间接变流器。
经由变流器6处的接口22，将(尤其三相的)模拟电压信号V和(尤其三相的)模拟电流信号C传输至信号分析设备24，其中，模拟电压信号V和模拟电流信号C优选在变流器6的输出端处被截取，并且再现三相变流器信号R、S、T的曲线。由信号分析设备24提供高度分辨的测量数据，借助于该测量数据、尤其借助于FFT分析变流器信号R、S、T的信号形状。从变流器信号R、S、T的信号形状中产生尤其数字的触发信号Tr。一旦变流器信号R、S、T具有平滑的正弦形的曲线，触发信号Tr就采取第一状态，例如逻辑1。如果变流器信号R、S、T的曲线不是正弦形的，则触发信号Tr具有第二状态，例如逻辑0。
通过信号分析设备24的触发信号Tr，仅在变流器信号R、S、T的相应正弦形的曲线中，通过局部放电测量设备18激活测量，否则保持其停用，因为无干扰的测量是不可行。因此，实现在变流器6的开关过程与局部放电测量设备18的驱控之间的数字耦合，通过该数字耦合能够实现在旋转电机4处在线测量局部放电Te，其中，该旋转电机由负载导引的电流间接变流器驱动。通过分派给局部放电测量设备18的控制单元26控制方法过程。控制单元26与信号分析设备24和局部放电测量设备18一起形成局部放电测量系统28。
图2示出驱动系统2的第二实施方式的示意图。由信号分析设备24提供的高度分辨的测量数据作为测量数据信号Md发送至IT基础结构20。在那里，借助于高度分辨的测量数据、尤其借助于FFT分析变流器信号R、S、T的信号形状。从变流器信号R、S、T的信号形状中产生尤其数字的触发信号Tr，该触发信号被发送至局部放电测量设备18。
通过分派给IT基础设施20的控制单元26控制方法过程。测量信号M和参考信号Rs在局部放电测量设备18中数字化之后被发送至中央IT基础设施20并且在那里继续被处理。图2中的驱动系统2的另一实施方式对应于图1中的实施方式。
图3示出测量信号M的分析随时间的变化的示意图。如果触发信号Tr在由变流器生成的变流器信号R、S、T的正弦形的变化曲线中采取逻辑1，则启动测量信号M的检测。将参考信号Rs从测量信号M中减去，其中，产生测量信号M与参考信号的偏差信号A。如果偏差信号A超过阈值Sw，则检测局部放电Te。随后，得出局部放电Te的数量和/或持续时间。
综上该，本发明涉及一种用于测量电驱动系统2中的局部放电Te的方法，该电驱动系统包括旋转电机4和变流器6。因此，为在电驱动系统2运行期间能够执行该方法而提出：连续地分析由变流器6产生的变流器信号R、S、T的信号形状，其中，在变流器信号R、S、T具有正弦形的信号形状期间，检测测量信号M，其中，测量信号M与参考信号RS比较，其中，在测量信号M与参考信号RS的偏差A超过阈值SW期间，检测局部放电Te。

Claims (16)

1.一种用于测量电驱动系统(2)中的局部放电(Te)的方法，
所述电驱动系统包括旋转电机(4)和变流器(6)，
其中，连续地分析由所述变流器(6)产生的变流器信号(R、S、T)的信号形状，
其中，在所述变流器信号(R、S、T)具有正弦形的信号形状期间，检测测量信号(M)，
其中，将所述测量信号(M)与所述参考信号(RS)比较，
其中，在所述测量信号(M)与所述参考信号(RS)的偏差超过阈值(SW)期间，检测局部放电(Te)，
其中，一旦所述变流器信号(R、S、T)具有正弦形的信号形状，触发信号(Tr)、特别是数字的触发信号就采取用于检测所述测量信号(M)的第一状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，得出所述局部放电(Te)的数量和/或持续时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，一旦所述变流器信号(R、S、T)与所述正弦形的信号形状有偏差，所述触发信号(Tr)、特别是数字的触发信号就采取用于中断所述测量信号(M)的检测第二状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在信号分析设备(24)或IT基础设施(20)中产生所述触发信号(Tr)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于FFT分析所述变流器信号(R、S、T)的信号形状。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述旋转电机(4)的定子绕组系统(9)的至少一个馈电线(11)处截取所述测量信号(M)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述旋转电机(4)的定子绕组系统(9)的至少一个线圈处截取所述测量信号(M)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，经由分压器、特别是电容分压器截取所述测量信号(M)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述测量信号(M)数字化，尤其以至少10MS/s的采样频率进行数字化。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将数字化的所述测量信号(M)至少部分地在中央的IT基础设施(20)中进一步处理。
11.一种控制单元(21)，具有用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的构件。
12.一种计算机程序，用于在根据权利要求11所述的控制单元(26)中运行所述计算机程序时执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
13.一种计算机程序产品，具有根据权利要求12所述的计算机程序。
14.一种局部放电测量系统(28)，用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法，所述局部放电测量系统具有至少一个信号分析设备(24)、一个局部放电测量设备(18)和一个根据权利要求11所述的控制单元(26)。
15.一种驱动系统(2)，具有至少一个旋转电机(4)、至少一个变流器(6)和至少一个根据权利要求14所述的局部放电测量系统(28)。
16.根据权利要求15所述的驱动系统(2)，其中，所述变流器(6)实施为电流间接变流器。
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