【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電機故障診斷，尤其涉及一種逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法。
技術介紹
1、電機故障主要分為定子絕緣故障、軸承故障和轉子故障。其中40%左右的故障與定子絕緣有關，定子絕緣的老化原因包括運行環境濕熱、電機溫度過大、機械振動摩擦沖擊和逆變器開關過程帶來的電壓脈沖沖擊等。隨著對牽引電機的轉速越來越高的需求以及脈寬調制（pwm）技術與igbt技術的不斷提升，定子絕緣系統要承受開關頻率越來越高的變化電壓，同時電壓等級也越來越高，這都更進一步地加快了定子絕緣的老化過程。電機一旦發展到絕緣接地，會出現電機絕緣燒損、定子鐵芯燒損、電機過流等現象，間接造成逆變器驅動系統的損壞，更嚴重的會造成逆變器驅動功率模塊（igbt）管爆炸等十分惡劣的影響與損壞，甚至威脅人身安全。所以，為了避免因為突然性的電機定子絕緣故障導致嚴重的經濟損失，需要對定子繞組的狀態和其剩余壽命進行評估，以及時發現潛在的故障可能。
2、現有一般采用定期的預防性離線試驗以檢查定子絕緣是否存在缺陷，以便及時安排維修，避免故障的發生。但是離線檢測不僅需要停機進行，影響作業周期；而且離線檢測無故障也并不能保證電機在線運行時就不會出現電機絕緣故障，檢測準確度也較低。所以，亟需一種能夠在線診斷逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地故障的方法。
技術實現思路
1、為克服現有定子絕緣離線檢測存在的影響作業周期以及檢測準確度低的技術缺陷，本專利技術提供了一種逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法。
2、本
3、s1.采集電機三相定子電流數據，計算得到電機的零序瞬時電流值和零序有效電流值，將所述零序瞬時電流值作為零序電流數據，并根據所述零序有效電流值計算零序不平衡度；
4、s2.對所述零序電流數據進行預處理得到預處理數據，所述預處理包括歸一化處理和去直流分量處理；
5、s3.對所述預處理數據進行小波包降噪得到降噪數據；
6、s4.對所述降噪數據進行希爾伯特包絡解調分析得到故障特征包絡譜；
7、s5.在所述故障特征包絡譜中提取故障特征頻率的幅值作為故障特征幅值，并計算故障特征頻帶內的能量作為故障頻帶能量；
8、s6.以所述零序不平衡度、故障特征幅值和故障頻帶能量作為絕緣潛在接地的故障特征提取指標，檢測前對所述故障特征提取指標進行動態閾值學習與分析，確定故障預警閾值；檢測時當三個故障特征提取指標對應的實時閾值均達到故障預警閾值時，進行絕緣潛在接地故障預警。
9、電機絕緣故障分類如下：從絕緣故障部位來說，牽引電機絕緣故障主要包括主絕緣、匝間絕緣、相間絕緣；從絕緣失效過程來說，主要分為絕緣缺陷故障、絕緣老化故障、絕緣隨機故障。絕緣缺陷故障大多是瞬間發生的；絕緣老化故障往往失效過程是比較緩慢的；而絕緣隨機故障主要發生在槽口處，一方面是由于槽口處的出現短時過電壓造成，該過程大多是瞬時的；另一方面是由于槽口處振動大造成槽口處絕緣機械損傷，該失效過程是比較緩慢的。可見，絕緣故障大多數失效過程是比較長時的，而且電機絕緣故障主要集中在主絕緣接地故障。
10、本方法主要針對逆變器驅動牽引電機的主絕緣的老化故障進行在線故障診斷算法設計，實現絕緣潛在接地故障在線診斷，在電機絕緣出現嚴重老化、絕緣電阻降低，絕緣出現潛在接地故障時可進行在線預警提示，及時通知電機控制系統進行停機或降功運行，避免電機帶病運行，盡可能降低絕緣故障造成的不良影響，從而降低維修、運維成本。
11、逆變器驅動牽引電機的主絕緣的老化過程是絕緣的等效電阻逐漸減小、等效電容逐漸增大、介質損耗因數逐漸增大的過程，通過在線監測絕緣漏電流，來監測絕緣等效阻抗及介質損耗因數的變化，但是漏電流的監測不僅對測量精度要求高，測量成本大，而且測量方法在一定條件下也不宜實施，尤其是對于軌道交通行業的逆變器驅動電機，更不易落地推廣。
12、本方法利用電機的三相電流將正序電流分量、負序電流分量都抵消掉，只保留共模的漏電流分量，也就是零序電流分量，這一分量中包含了絕緣的電容量和介質損耗因數等狀態特征。同時，逆變器的開關器件igbt在pwm調制控制下產生開關電壓，在pwm激勵脈沖產生的瞬間，繞組中的電壓波與電流波受繞組的雜散電容和電感等分布參數影響，在傳播過程中發生短暫過沖震蕩。而在震蕩結束后，繞組內部穩態電壓和電流將根據電阻均勻分布。當電機絕緣出現較嚴重的老化現象時，電機絕緣的電容特性逐漸明顯，電阻特性逐漸弱化，此時pwm開關電壓在電機絕緣等效負載發生變化的同時，其上升沿和下降沿處會產生幅值更高的短時過沖電壓，經歷短暫過沖后開關電壓會趨于更低的穩定幅值。pwm電壓發生變化，所以在電壓通斷處相對應的電流也發生變化。而且故障相的這一變化更加明顯，在零序分量中同樣保留這一故障機理特征，在電機的電氣仿真與電機絕緣潛在接地故障模擬試驗中已經得到證實。而且由于逆變器驅動下pwm開關電壓的頻率成分十分豐富，因此，研究零序電流分量頻率成分，可對不同頻率成分下的絕緣狀態進行全面的分析。
13、通過以上的電機絕緣老化的故障機理的研究分析，可以總結逆變器驅動下的電機絕緣老化、絕緣潛在接地的故障特征如下：
14、第一，故障相定子電流在igbt開關頻率處幅值隨絕緣老化程度逐漸增大；
15、第二，零序電流分量在igbt開關頻率處幅值隨絕緣老化程度逐漸增大，零序不平衡度變大。
16、可選的，所述零序不平衡度的計算公式為：
17、；
18、其中，表示零序不平衡度，表示零序有效電流值，、、分別表示電機u相、v相、w相的定子電流有效值。
19、可選的，所述歸一化處理的公式為：
20、；
21、其中，表示歸一化處理后的數據，表示零序電流數據。
22、可選的，所述去直流分量處理的公式為：
23、；
24、其中，表示去直流分量處理后的數據，亦即預處理數據。
25、可選的，所述步驟s3包括如下分步驟：
26、s31.對所述預處理數據進行小波基函數為db5的兩層小波包分解；
27、s32.提取第二層的第一個分量信號，進行時域重構，得到降噪數據。
28、可選的，所述步驟s4包括如下分步驟：
29、s41.對所述零序電流數據的信號進行希爾伯特（即：hilbert）變換，得到；
30、s42.以為實部、為虛部，所構成的復數信號定義為信號的解析信號，公式如下：
31、；
32、s43.將解析信號的瞬時包絡線定義為解析信號的幅值函數，公式如下：
33、；
34、s43.對所述瞬時包絡線進行fft（即：快速傅里葉）變換，得到包絡線信號的頻譜函數，即得到所述故障特征包絡譜。
35、可選的，所述故障頻帶能量的計算公式如下：
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1.一種逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述零序不平衡度的計算公式為：
3.根據權利要求1所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述歸一化處理的公式為：
4.根據權利要求3所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述去直流分量處理的公式為：
5.根據權利要求1所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述步驟S3包括如下分步驟：
6.根據權利要求1所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述步驟S4包括如下分步驟：
7.根據權利要求6所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述故障頻帶能量的計算公式如下：
8.根據權利要求1至7任一項所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述故障預警閾值的確定分為如下兩步：
9.根據權利
...【技術特征摘要】
1.一種逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述零序不平衡度的計算公式為：
3.根據權利要求1所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述歸一化處理的公式為：
4.根據權利要求3所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述去直流分量處理的公式為：
5.根據權利要求1所述的逆變器驅動牽引電機絕緣潛在接地的在線診斷方法，其特征在于，所述步驟s3包括如下分步驟：
...【專利技術屬性】
技術研發人員：王帆，李娜，王瑞山，曹麗明，鮑向斌，
申請(專利權)人：中車永濟電機有限公司，
類型：發明
國別省市：
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