[发明专利]用于检测交流电机中的定子故障的系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于检测AC电机中的相对地故障的系统和方法用于接收提供给所述AC电机的三相电压和电流的测量值，从所述三相电压和电流计算零序分量和负序分量中的至少一个，并根据电压和电流的所述零序或负序分量计算故障严重性指数(FSI)，以便识别所述AC电机中的相对地故障。计算所述FSI还包括确定所述零序或负序电流的总值，确定包括在所述总值中的所述零序或负序电流的噪声贡献值，基于所述总值和所述噪声贡献值确定所述零序或负序电流的补偿值，并基于所述补偿值计算所述FSI。

背景技术

本发明整体涉及三相交流(AC)电机或电动机，更具体地，涉及用于检测此类电机中的定子故障的系统和方法。

在工业设施中，诸如发电机、AC电动机和/或变压器的电机在各种应用中使用。作为一个示例，感应电动机用于诸如泵送、冷却、物料移动的应用以及需要成本有效且坚固的电动机的其他应用。当这些电动机发生故障时，它们所参与/用到它们的过程会遭受停机，这导致与这种停机相关的成本。

已经认识到，各种因素可能导致电机故障，包括机器的轴承、定子和/或转子的故障，其中与定子相关的故障占所有故障的36％。在这些定子故障/失效中，76％的这些故障/失效被认为是定子绕组故障，这通常是指绕组绝缘失效，其导致匝间故障和相地故障。关于系统中的定子绕组故障，这些故障可能是由于绕组绝缘的逐渐恶化引起的，这种逐渐恶化归因于机电力引起的振动、高dv/dt电压浪涌、热过载和/或污染的组合。如果发生定子绕组故障并且定子的绕组短路，则短路线匝中会引起大的循环故障电流，导致局部热过载。如果未被检测到，这种局部热过载最终会导致电动机在短时间内由于接地故障/相间绝缘或开路故障而发生故障。

传统上，通过使用变流器(CT)或使用三相电流测量流入地的电流来检测由于定子绕组失效引起的相地故障。然而，诸如系统泄漏电流、高电阻接地、电源谐波和/或CT中的不平衡等各种因素使得难以在变化的系统条件和各种电机尺寸下实现非常可靠的接地故障检测。此外，与使用专用CT检测接地故障相关的成本可能过高。

因此，希望提供能够检测电机中的相地故障以用于诊断定子故障的系统和方法。还希望这种系统和方法在不使用专用接地故障CT的情况下检测相地故障并且以消除系统泄漏电流、高电阻接地和/或电源谐波的影响的方式来进行检测，这些影响可能使得难以实现对接地故障的可靠检测。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种控制器，其被配置为检测AC电机中的相对地故障。该控制器包括处理器，该处理器被编程为接收提供给AC电机的三相电压和电流的测量值，这些测量值是从与配电电路相关联的电压和电流传感器接收的。该处理器还被编程为根据三相电压和电流计算电压和电流的零序分量和负序分量中的至少一个，并基于电压和电流的零列分量和负序分量中的至少一个来计算故障严重性指数(FSI)，以便识别AC电机中的相对地故障，其中计算该FSI还包括确定零序电流和负序电流中的至少一个的总值，确定包括在该总值中的零序电流和负序电流中的至少一个的噪声贡献值，基于总值和噪声贡献值确定零序电流和负序电流中的至少一个的补偿值，以及基于补偿值计算FSI。

根据本发明的另一方面，一种用于识别AC电机中的相对地故障的方法包括利用电压和电流传感器测量提供给AC电机的三相电压和电流，所述AC电机包括多个定子绕组。该方法还包括使故障检测器识别AC电机中的相对地故障，其中使故障检测器识别相对地故障包括接收测量的提供给该AC电机的三相电压和电流，根据三相电流确定零序电流和负序电流中的一个或多个，对零序电流和负序电流中的一个或多个执行基于噪声的补偿，以产生表示相对地电流的剩余零序电流和剩余负序电流中的一个或多个，以及基于剩余零序电流和剩余负序电流中的一个或多个识别该AC电机中的相对地故障。