[发明专利]一种交流无刷发电机故障诊断仪

说明书

技术领域

本发明属于发电机状态监测与故障诊断设备，具体涉及一种交流无刷发电机故障诊断仪。

背景技术

现有发电机监测与诊断系统主要对绕组绝缘、轴承和冷却系统进行状态监测和故障诊断，对发电机组电气故障的监测与诊断较少涉及。这是因为发电机电气故障种类多、故障部位分散，早期电气故障主要包括发电机定子绕组匝间短路、发电机转子绕组匝间短路和发电机励磁系统故障等。目前对于每一类电气故障，都需要不同的检测方法，安装不同的传感器，应用不同的诊断算法。因此，难以对上述电气故障进行统一监测和集中诊断。

发电机转子绕组匝间短路是一种常见故障。目前国家标准使用了转子动态下气隙探测线圈法来检测转子线圈是否发生匝间短路故障，该方法需要在距离被测转子表面10～20mm处或发电机定子槽楔上安装磁通探测器，只能在发电机空载和三相短路情况下进行；在发电机带负荷的条件下，由于电枢反应，检测效果不明显；而船舶交流发电机普遍没有安装这种磁通探测器。

发电机定子绕组匝间短路是破坏性很强的故障，要求发电机继电保护装置快速准确地切除故障，保护发电机免受进一步的损伤。但是发电机的各种保护方案对定子绕组同分支小匝数匝间短路都不能有效反应。特别是匝数很小的短路，短路环中的电流很大，但发电机端和中性点侧电流变化很小，这就增加了故障检测的难度。而目前针对定子绕组同分支小匝数匝间短路还没有在线诊断设备。

发电机励磁系统故障主要包括励磁机故障和旋转整流器故障。与主发电机类似，励磁机定转子绕组也会出现短路故障，尤其是处于高速旋转状态的励磁机电枢绕组，发生匝间和相间短路故障的可能性较大。同样高速旋转的整流器如遇到过电压和过电流及其他非正常情况，功率二极管可能遭到损坏。二极管故障时会出现短路和断路情况。在船舶“高温、高湿、高盐”特殊环境下，发电机励磁系统的安全运行存在很大隐患，但由于船舶发电机空间狭小，无法采用侵入式检测手段等特点，船舶交流发电机励磁系统的状态监测与故障诊断尚属空白。

发明内容

本发明提供一种交流无刷发电机故障诊断仪，解决现有发电机故障诊断装置存在的无法对发电机早期电气故障进行统一监测和集中诊断的问题。

本发明的一种交流无刷发电机故障诊断仪，包括传感器组、信号调理电路、采样电路、数据处理器和人机交互单元，用户通过人机交互单元向数据处理器输入采样电路参数和发电机参数，数据处理器根据采样电路参数控制采样电路采集数据，所述传感器组由三个电压传感器和四个电流传感器构成，各电压传感器及各电流传感器的输出信号分别送到信号调理电路进行滤波、稳压、调幅后，由采样电路转换为数字信号，送到数据处理器进行故障检测与识别处理，再由人机交互单元输出结果，将其特征在于：

所述三个电压传感器中，第一、第二、第三电压传感器分别测量发电机A相、B相、C相电枢相电压；

所述四个电流传感器中，第一、第二、第三电流传感器分别测量发电机A相、B相、C相电枢相电流；第四电流传感器测量励磁机励磁电流；

所述数据处理器加载定子绕组匝间短路诊断模块、转子绕组匝间短路诊断模块、励磁机故障诊断模块和旋转整流器故障诊断模块；

(1)所述定子绕组匝间短路诊断模块，进行下述操作：

(1.1)计算发电机电枢电压的基次谐波频率f₁：f₁＝P×N/60，式中，P为发电机的转子极对数，N为发电机额定转速；

(1.2)每隔5秒，对采样电路输出的励磁机励磁电流数字信号进行快速傅里叶变换，提取励磁机励磁电流直流分量幅值I_DC，分别提取频率为2f₁、4f₁、6f₁的励磁机励磁电流谐波幅值分别计算励磁机励磁电流二次谐波、四次谐波和六次谐波相对值和

(1.3)判断是否α(n+1)/α(n)＞300％，是则进行步骤(1.4)，否则人机交互单元不显示；式中，α(n)表示前5秒间隔的α值，α(n+1)表示后5秒间隔的α值；

(1.4)判断是否β(n+1)/β(n)≤175％且δ(n+1)/δ(n)≤175％，是则为发电机不对称运行导致的谐波成分变化，人机交互单元不显示；否则通过人机交互单元显示定子绕组匝间短路；式中，β(n)、δ(n)分别表示前5秒间隔的β、δ值，β(n+1)、δ(n+1)分别表示后5秒间隔的β、δ值；

(2)所述转子绕组匝间短路诊断模块，进行下述操作：