[实用新型]基于光纤光栅传感技术的大功率电机故障综合监测系统

说明书

技术领域

 本实用新型属于电机故障综合监测与分析判断领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感技术的大功率电机故障综合监测系统。

背景技术

电机的故障包括机械与电气两方面，机械方面有振动、轴承过热等故障；电气方面故障有定子绕组缺相运行，三相电流不平衡，绕组短路和接地绕组过热等。表现为电机温度变化和分布异常、振动异常、绕组电压电流不对称等。可以通过绕组电压、电流、温度分布和振动的在线监测，来对电机的故障进行诊断，从而采取相应的保护措施。

由于缺乏对电动机温度分布的了解，同时考虑到温度测量的困难，设计者在设计电动机保护器时大都是以定子电流为保护依据。考虑到电动机热特性的复杂性，以定子电流为动作依据的电动机保护器虽然能够辨别大部分的故障，但是无法实现准确的超温保护。对于不会引起电流异常的故障，以定子电流为动作依据的电动机保护器则无法实现保护。正常状况下，电机温升都会在一个允许范围内。但是当出现故障或者其它异常情况时，电机温度可能会超过其允许极限值，对电机绝缘造成破坏，降低电机寿命，甚至直接烧坏电机。因此在对电机进行监控保护除了对电机的电流、电压等信号的监控外，也要对电机的温度进行测量。

另外，电机直接转矩控制调速技术，是在保持磁链幅值不变的基础上，通过正确选择定子电压综合矢量来控制定子磁链的旋转速度以控制转矩进而控制电机速度。在直接转矩控制系统中，低速运行时定子电阻上的压降分量增大，不能忽略由定子电阻变化引起的磁链变化。因此，定子电阻的精确观测即定子磁链的准确观测器是改善系统低速性能的关键。目前采用观测器方法来估算定子电阻。而定子电阻的变化主要由其温度决定。如果能在线实时测量出定子电阻（温度），可以更准确和方便地实施电机的直接转矩调速控制。

电机温度测量的方法可分为直接和间接两种。直接测量方法一般就是指利用电机自带的铂电阻、热电偶测温元件，检测电机内部定子、转子温度，实现对电机温度的测量。这种方法虽然比较直观但是需要专门的配套设施，但由于测温元件数量有限，难以测得温度的分布。而对于大功率电机，由于工作在强电磁场和狭小绝缘空间，给电类测温元件的安装和工作带来困难。间接测量方法是用软测量建模对电机温度进行估计，不需要增加任何硬件设施。其原理是根据电机的发热原因，来设计电机温度软测量模型，通过对电机运行数据计算获得电机温度的估计值，难以得到温度变化的动态分布。

在电机装配过程中将光纤光栅植入定子线棒中对大型电机内部温度场实时监测，能实现定子线棒温度的准分布式多点测量。但裸FBG很容易在植入过程中损坏，且温度特性易受绝缘材料影响。采用不锈钢毛细管封装FBG虽然可以抵抗定子线棒加工过程中的高温高压及外力的损害，但对电机绝缘性能、定子转子之间的磁场分布可能会产生影响。对装配完成的电机无法植入光纤光栅温度传感器。

对大功率高压电机绕组的电压和电流故障进行在线监测，电类传感器也不适合。要对大功率高压电机的不同故障进行在线综合监测，要采用不同类型的传感器，给故障信号的解调和传递（特别是远控）带来困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足之处，提供一种基于光纤光栅传感技术的大功率电机故障综合监测系统；该基于光纤光栅传感技术的大功率电机故障综合监测系统安装方便、性能可靠、监测信号可以远距离监控。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种基于光纤光栅传感技术的大功率电机故障综合监测系统，包括传感光栅单元和解调单元；

所述传感光栅单元安装在电机上；所述传感光栅单元包括光纤光栅温度传感器、光纤光栅电压传感器、光纤光栅电流传感器、光纤光栅振动传感器；

所述解调单元包括光开关、宽带光源、耦合器、F-P腔调谐滤波器、光电探测器、放大器、A/D转换单元、D/A转换单元、DSP控制单元、单片机控制单元和故障报警显示单元；

宽带光源发出的宽带光经过耦合器、传输光纤和光开关传送到传感光栅单元，传感光栅单元的反射光经传输光纤和耦合器与F-P腔调谐滤波器相连，F-P腔调谐滤波器的输出端与光电探测器相连；光电探测器的输出端经A/D转换单元和DSP控制单元与故障报警显示单元相连；DSP控制单元与单片机控制单元相连，DSP控制单元经D/A转换单元与F-P腔调谐滤波器相连。

进一步的，所述传感光栅单元设置在监测现场，所述解调单元设置在远离监测现场的位置。

进一步的，所述光纤光栅温度传感器通过环氧树脂固化在电机的定子表面。

进一步的，光纤光栅电压传感器和光纤光栅电流传感器安装放置在电源逆变器与接线盒之间的任意位置。