基于高频特性的发电机定子匝间短路故障信号检测

基于高频特性的发电机定子匝间短路故障信号检测 基于高频特性的发电机定子匝间短路故障 信号检测 船电技术2007年第5期Vo1.27No.52007.9/10 基于高频特性的发电机定子匝间 短路故障信号检测 田玉平 (清华大学电机系,北京100084) 摘要:本文探讨了一种利用发电机定子匝间短路时产生的高频瞬时电压和电流进 行故障检测的新 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,该方法 通过对发电机定子匝间短路时因内部对称性被破坏而产生的高频瞬时电流和电 压进行小波 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,找出判定故障的 特征.通过仿真模拟与研究,证明发电机定子匝间短路时的高频瞬时电流是可以做 为故障特征来判定的. 关键词:匝问短路小波分析Mallat算法瞬时电流 中图分类号:TM31TM933文献标识码:A文章编号:10034862(2007)05.0265.04 FaultSignalMeasureoftheInterturnShortCircuitinStatorWindingsBased ontheHigh—frequencyCharacteristic TianYuping (DepartmentofElectricalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China) Abstract:Anewmethodisdiscussedtodetectandpredicatetheturn?-to?-turnarmaturefaultofthegenerator inthispaper.Bymeansofawaveletanalysismethod,thedynamicvoltageandcurrentresultedfromthe unsymmetricfaultofthegeneratorisanalyzed.Simulationresearchshowsthatthehigh-frequencycurrent canberegardedasacharacteristicoftheturn—to-turnarmaturefault. Keywords:turn?to?turnfault;waveletanalysis;Mallatalgorithm;dynamiccurrent 1引言 大型同步发电机定子绕组内部故障是电机常 见的破坏性很强的故障.本文通过建立发电机的 高频模型,研究匝问短路发生时产生的高频信号 由电机内部向端口传输的过程以及端口表现的特 性,分析短路时的高频信号特征,以找到可以利 用的特征量,探讨新的故障检测方法. 2二进小波变换--Mallat变换 小波变换近来在电力系统中的应用研究越来 越广泛.因为其具有时频局部化特点,因此在故 障检测和非平稳信号的分析中有优势.发电机定 子匝问短路时由于其内部平衡被破坏,定子电流 中的谐波分量将会增加,瞬态分量显着提高,而 传统的傅里叶分析将不能进行实时检测,而小波 分析正好在这方面有着较好的分析.因此本文将 用小波分析的方法来分析故障信号. 2.1小波变换的基本概念 小波变换是将信号.厂f分解在不同位置,不同 尺度下的小波叠加,而小波系数以,b)~JJ反映了 小波在该位置,该尺度下对整体的贡献.不同位 置,不同尺度的小波是由母小波通过伸缩和平移 变换得到. 设)?),且满足容许条件 收稿日期:2007.08.08 作者简介:田玉平(1975一),男,工程师,硕士研究生,研究方向为发电机故障诊断及 信号处理. 265 Vo1.27No.52007.9/10船电技术2007年第5期 则称Ip'(t)为一个基小波.给定基小波Ip'(t), )() 其中a?R且a?0,a为尺度因子,表示与频率 相关的伸缩,b为时间平移因子.定义变换: 1(? 式(3)定义了连续小波变换.写成内积形式 Wf(a,=.6>(4) 假设(f)?L2(R),(co)?L2(R) 且,(f)?L2(R),co~r(co)?(R) 则有(0)=0,即 (0)=l(f)=0(5) 式(1),(5)表明(f)是一个迅速衰减的振荡函 数,小波变换实质上是一个带通滤波器. 由Parseval定理,(3)式可以改写为 (口,)[(,{co~dco(6) 此时小波变换有逆变换 f(t)=1,,a-2W:(a,),(f)dadb(7) 2.2离散小波变换 在实际工程应用中,为了使小波变换能实现 快速计算,需要把连续小波变换进行离散化,其 中最方便有效的形式,就是将连续小波进行二进 制离散化. 二进小波的定义:若存在常数0<A?B<oo, 使得0<?I(2一co)B(8) 几乎处处成立,则称?L2(R)是一个二进小波, 式(8)称为稳定性条件.在(口,)中令a=2_., b=2-;kbo,其中,|i=?Z.bo为正常数,称为 抽样速率.则连续小波变换式(3)转化为离散小 波变换: (f)=2;/2(2t-u,0)(9) 266 2.3小波快速算法一Mallat算法 该算法由Mallat于1989年提出的关于离散 小波变换的一种快速算法.Mallat算法又称塔式 算法,它由小波分解滤波器和小波重构滤波器对 信号进行分解和重构. 2.3.1分解算法 ao[.厂(f)]=f(t) A[)]=?H(2t-k)A-1If(t)]七 D[)]=?G(2t"k)A-1If(t)]七 其中t为离散时间序列,t=l,2…一J. 为原 始信号;J为层数,t=l,2….J;J=log2N;H,D为 时域中的小波分解滤波器系数;Ai为信号在第.7 层中的近似部分,即低频部分小波系数;Di为信 号在第. 7层中的细节部分,即高频部分小波系数. 分解步骤是: (1)将原始信号通过分解高通滤波器G并 进行下抽样得到分解细节系数D2 (2)将原始信号通过分解低通滤波器H并 进行下抽样得到分解逼近系数A2 (3)将A2重复l,2的过程,得到D3,A3, 如此进行下去,直到达到要求为止. 2.3.2重构算法 它是分解算法的逆过程,算法如下: A[厂(f)]=2{Zh(t一2/0A;+t[,(f)]+ 七 ?g(t一2g)+t[厂(f)]} 七 其中h为重构高通滤波器,譬为重构低通滤波器. 其步骤为: (1)对第J层分解细节系数D进行一次上 抽样(插值),并通过重构低通滤波器进行滤波, 同时对第J层分解逼近系数A进行一次上抽样 (插值),并通过重构高通滤波器h进行滤波后再 进行叠加,得到A1.1 (2)重复上面第一步,直到AJ. 在Mallat算法中,分解滤波器和重构滤 波器h,g起着主要作用.其中H,h是低通滤波 器,与尺度函数相对应;G是带通滤波器,与小 波函数相对应. 船电技术2007年第5期Vo1.27No.52007.9/10 3系统模拟仿真研究 当发电机绕组发生各种内部短路时,对称性 遭到破坏,定子电流中将出现较强的高次谐波, 传统的傅里叶分析将不能进行实时检测.研究表 明,故障暂态所产生的高频信号可以用来正确辨 识发电机内部故障. 小波变换由于具有时频局部化特征,因而是 解决这种非平稳信号分解的最佳方法. 本 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 采用比较简单的准分布式发电机等效 电路来近似模拟发电机的特性. 3.1发电机准分布参数等效电路模型 试验电机采用准分布参数电路模型进行模 拟,其中基本单元电路如下图所示. 丰 图1 定子各相绕组由若干基本单元电路串联成准 分布参数电路.单元电路中V为电压源,模拟发 电机中的基波,其频率为50Hz;幅值为26V,模 拟电机实验中实际采用的电压值.R=0.1欧姆, L=1mH,电容C=luF. 系统模拟电路图中A1等模块是Simulink仿 真系统中的电流表;V1等字样的为电压表;标 注为ToFile字样的模块为存储到文件模块,它将 仿真数据存储为.mat文件(表示文件名),以便 用计算机对数据进行后续的分析和研究;Load模 块为模拟负载;倒三角且带数字的模块为中性点; Switch模块为理想开关. 3.2空载时定子绕组匝间短路的仿真分析 图2 其中子系统Subsysteml一5由7个基本单元 电路串联而成,如图3所示,in1和out1分别表 示输入和输出节点. 图3 Subsystem子系统由6个基本单元电路串联 组成.每相由两个分支并联构成,每个分支由7 个基本单元串联而成,其中第一相第一分支的端 部第一个单元电路作为短路回路.数据分析中采 用db40小波. 图4 模拟短路时,仿真时间为0.1秒,即5个周 波,其中短路时刻在0.045秒处,运行仿真得到 如下的结果,短路环路的电流如图4. 从图4中可以看出,在短路时,有明显的高 频瞬态电流产生,此时由于发电机的对称性被破 坏,电路中将产生高频瞬态电流.从三相不平衡 电压图5中可以看出,在短路发生时,电路中有 明显的高频电压分量. , i三, l, F二二 —一———一百占——ill—一一_———i—, 齐} 图5 对三相不平衡电压进行小波分解,可得到不 平衡电压不同层的细节系数,如图6所示.从细 节系数时域波形图6中清楚地显示在短路点 0.045s处有高频振荡,利用检测到的这一信号, 我们可以精确定位故障发生的时刻.图7是各层 Vo1.27No.52007.9/10船电技术2007年第5期 细节系数的频谱.从图上分析,在不同频段,信 号的频谱幅度是不同的,频率越高,幅度就越小, 这与理论分析的相符. 图6 33加负载时的匝间短路分析 3.3.1加负载时的模拟仿真 电路如图8 图8 3.3.2电流仿真分析 仿真得短路环电流如图9,短路时刻在 t=0.045s,即在A相电压最大幅值处时发生短路. 图10为各相相电流和三相不平衡电流图,在 短路点存在明显的电流奇变.对三相不平衡电流 进行小波分析,其中各层细节系数如图11所示. 从图中的结果看,存在很明显的故障高频电流. 图l2为各层小波细节系数的频谱图,从频谱图 268 来看,信号的能量主要集中在几个中心点频率附 近.其中低频率段的信号特征要比高频段强. 图12 (下转第289页) 号葛 .墨宰_i掌军_.墨覃_警晕;.m. 毫 4. 毫 . 譬 m 们... 7o1.27NO.52007.9/10船电技术2007年第5期 渡船正常航行时,柴油发电机组的使用工况为 四台柴油发电机组并联运行;进出港机动航行时, 柴油发电机组的使用工况为两台或三台柴油发电 机组并联运行;在港装卸货时,柴油发电机组的使 用工况为一台柴油发电机组运行;应急及停泊时, 一 台应急柴油发电机组运行.设计院对柴油发电机 组使用工况的这种设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 完全满足CCS规范的 要求,也完全符合柴油机的选配原则,但渡船要求 航班正点的特殊性却对营运期间柴油机的检修,维 护和管理工作提出了更高的要求.无论选择四台相 同规格还是两大两小柴油发电机组的配置方案,都 需要在不影响营运的情况下完成柴油机的故障检 修和维护保养工作,无疑对轮机管理和机务管理工 作提出更为严苛的要求. 一 般柴油机的大修间隔期为12000.2o00o工作 ,全年每台柴油 小时,按渡船每年营运350天计算 机运行时间平均约6000.6500小时,渡船柴油机的 检修周期为2.3年.渡船作为客滚船,船级社要求 每两年进行一次坞内检验,因此,柴油机的检修工 作可以安排在渡船进坞修理时进行,柴油机的预防 性检修工作还可以安排在渡船因风停航的时间里 进行. 船员对柴油机进行的日常维护保养工作对保 证设备性能非常重要,一批素质优秀的船员完全可 以利用从渡船进港,在港装卸货到出港航行期间近 3小时的时间完成单台柴油机的正常维护保养工 作. 渡船运营期间,柴油机临时l生的故障和修理工 作在所难免,为了在最短的时间里完成柴油机的故 障诊断和修理工作,选用四台相同规格最新型的模 块化柴油机.因为柴油发电机组四台规格相同,就 保证了设备及系统配置相同,技术标准和技术要求 相同,专用工具和备件相同,有利于故障诊断和修 理工作;创新的模块化设计使得柴油机检修工作量 大幅度降低,极大地缩短了航修时间. 参考文献: [1】.文刀.克莱波达一穆克兰铁路轮渡运输.铁道货运, 1995(2). [2】.韩世彬等,立陶宛铁路轮渡考察 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 .运输经济.1995. [3】.杜朝平.打造未来超级战舰.征战全球任何海洋.现代舰 船.2003(1). [4】.沈游.综合电力与推进技术的发展评述.现代舰船, 2003(4). :l=:l=:l=:l=:l=:l=:l=:l=:l=:l=术:l=:l=:l=:l=术术术术术术半术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术 (上接第268页)[1】.王维俭.发电机变压器继电保护应用(第二版).Is.1】 .,,中国电力出版社,2005年1月. …u [2】.张忠禄.大型发电机定子匝间短路保护.吉林电力 如果用工频来检测是测不到故障信号的高频技术,1998(3). 分量的,因为故障时的高频信号分量都被滤除了.[3】.任震等着.小波分析及其在电力系统中的应用.中 但如果利用小波分析将高频信号分解在不同的尺国电力出版社. 度下来进行观察,则将清晰地显示出故障产生时[4】.王大凯等着.小波分析及其在信号处理中的应用. 的电压电流信号奇变,通过奇异点的检测和故障电子工业出版社. 前后故障信号高频分量的模极大值比较,就能检[5】.Z.Q.Bo,ATJohns,"TransientBasedProtection.A 测到短路匝数比较少时的故障,为尽早发现故障NewConceptinPowerSystemProtection",IPST'97, 提供帮助.本文通过仿真研究和小波变换算 法,InternationalConferenceonPowerSystemTransients, 提出了利用故障时的高频特征信号来检测发电机 UniversityofWashington,Seattle,Washington,USA, 定子匝间适中的可能性.当然由于发电机内部短June22.26,1997. 路故障比较复杂,要想将这一方法应用在发电机 [61.Z.Q.Bo,Jiang.GWeller,Z.Chen,etal'Transient 保护还需要做进一步的细致研究工 作.BasedProtectionforPowerTransmissionSystem', 参考文献:Pro..d"g0fEEEWi"Mecnng2000,Singapore' 289