用于同步機健康狀況監測的系統和方法技術方案

提供用于同步機健康狀況監測的方法、系統和計算機程序產品。該方法包括接收(402)多個相電壓值和多個相電流值。該方法然后基于這些多個相電壓值計算(404)負序列電壓(Vn)。該方法還基于這些多個相電壓值和這些多個相電流值中的至少一個計算(406)一個或多個操作參數。該方法基于該一個或多個操作參數從數據存儲中檢索(408)一個或多個已知的Vn。該方法然后基于計算的Vn和該一個或多個已知的Vn計算(410)機器健康狀況指數，并且基于該機器健康狀況指數發出(412)警報。

【技術實現步驟摘要】

本文提供的實施例大體上涉及同步機的診斷并且更具體地涉及同步機的健康狀況監測。
技術介紹
同步機是其中轉子以與供應的交流電(AC)頻率同步的速度旋轉的一個機器。常規的同步機包括設置在定子上的疊層電樞繞組和設置在轉子上的疊層場繞組。同步機的場繞組被供應直流電(DC)。一些小的同步機使用永磁體代替場繞組。同步機廣泛地在發電廠、航空動力系統、功率因數校正系統等中使用。同步機可采用發電機模式操作，其中外部原動機(prime mover)使轉子旋轉來產生AC電力。備選地，同步機可采用電動模式操作，其中外部AC電力產生旋轉磁場，從而轉動轉子。在這兩個模式中，電樞繞組在操作期間經受高電流和/或電壓。電樞繞組的疊層可隨時間和長時間使用而退化，從而在電樞繞組的連續匝之間引起短路。短路趨于形成環流，其進而導致電樞內的局部熱點。如果沒有及時檢測和修復，這樣的故障可引起計劃外的斷電。在航空引擎中，同步發電機的失效可導致對于所有控制和支持系統的電力損耗。因此，在初期檢測電樞繞組故障以規劃適當的維修任務是重要的。用于同步機健康狀況監測的一個已知方法包括創建同步機模型并且模擬同步機操作。然而，假設機器內部的繞組的空間分布是正弦的情況下創建同步機模型。具有匝間故障的同步機的繞組不再具有正弦分布。也就是說，模型未考慮故障狀況下繞組分布中的固有不對稱。這可導致錯誤的故障檢測。附圖說明圖I是圖示其中可操作各種實施例的示范性環境的簡化框圖；圖2A是根據一個實施例的健康的同步機的示范性電路圖；圖2B是根據一個實施例的具有繞組故障的同步機的示范性電路圖；圖3是根據一個實施例的示范性同步機健康狀況監測系統；以及圖4是根據一個實施例圖示同步機健康狀況監測的示范性過程的流程圖。
技術實現思路
用于同步機健康狀況監測的方法包括接收多個相電壓值和多個相電流值；基于這些多個相電壓值計算負序列電壓(Vn);基于這些多個相電壓值和這些多個相電流值中的至少一個計算一個或多個操作參數；基于該一個或多個操作參數從數據存儲中檢索一個或多個已知的Vn ;基于計算的Vn和該一個或多個已知的Vn(其基于速度測量而更新)計算機器健康狀況指數；以及基于該機器健康狀況指數發出警報。用于同步機健康狀況監測的系統包括用于接收多個相電壓值和多個相電流值的數據接收器；用于基于這些多個相電壓值計算負序列電壓(Vn)的序列分量模塊；用于基于這些多個相電壓值和這些多個相電流值中的至少一個從數據存儲中檢索一個或多個已知的Vn的查找模塊；用于基于計算的Vn和該一個或多個已知的Vn (其基于速度測量而更新) 計算機器健康狀況指數的預測模塊；以及用于基于該機器健康狀況指數發出警報的報警模塊。計算機程序產品包括用用于監測同步機健康狀況的計算機可執行指令編碼的非暫時性計算機可讀介質，其中這些計算機可執行指令當其被執行時使一個或多個處理器接收多個相電壓值和多個相電流值、基于這些多個相電壓值計算負序列電壓(Vn)、基于這些多個相電壓值和這些多個相電流值中的至少一個計算一個或多個操作參數、基于該一個或多個操作參數從數據存儲中檢索一個或多個已知的Vn、基于計算的Vn和該一個或多個已知的Vn (其基于速度測量而更新)計算機器健康狀況指數以及基于該機器健康狀況指數發出警報。具體實施例本文提供的實施例涉及用于監測同步健康狀況的方法和系統。圖I圖示其中各種實施例可操作的環境100。該環境100包括同步機102、勵磁機和控制單元(exciter and control unit) 104、監測單元106、同步機健康狀況監測系統108和數據存儲110。同步機102是機電能量轉換裝置，其中轉子以與旋轉磁場的轉速相同的速度旋轉。同步機的示例包括同步發電機、同步電動機和功率因數補償器。同步機102可通過改變電連接而在電動模式和發電模式之間切換。例如，在航空燃氣渦輪機引擎中，同步機102 是集成的起動器-發電機。同步機102采用電動模式操作，其從機載電池接受電能來起動燃氣渦輪機引擎。一旦燃氣渦輪機引擎發動，控制電子裝置將同步機102切換到發電模式， 其從燃氣渦輪機引擎軸接受機械能并且為飛行器產生電力。同步機102包括場繞組和電樞繞組。典型地，在低功率和低轉矩應用中，同步機102可以具有旋轉電樞類型，其包括設置在定子上的場繞組和設置在轉子上的電樞繞組。在牽涉高轉矩和高功率的工業應用中， 同步機102可以具有旋轉場類型，其包括設置在轉子上的場繞組和設置在定子上的電樞繞組。電樞繞組是疊層的并且典型地攜帶大電流。長時間使用可使疊層退化并且可引起匝間故障。本文提供的各種實施例可適用于檢測電樞繞組中的匝間故障。本文提供的實施例對于旋轉場型的同步機描述。然而，應該意識到實施例可同等地適用于所有類型的同步機。勵磁機和控制單元104包括勵磁機，例如但不限于DC發電機、電池、整流AC電源或靜態勵磁機等來使場繞組勵磁。該靜態勵磁機通過變壓器、整流器和電抗器的系統將來自發電機輸出的每個相的AC的一部分反饋給場繞組，作為DC勵磁。外部DC源可用于場繞組的初始勵磁。勵磁機施加勵磁電壓(本文中稱為場電壓)于同步機102的場繞組，由此使場電流流過場繞組。由于場繞組的旋轉，與設置在發電機102的定子上的靜止線圈關聯的磁通采用正弦方式變化，引起跨靜止線圈的端子的電壓的正弦變化。勵磁機和控制單元 104控制發電機102的操作。例如，勵磁機和控制單元104可控制供應給發電機102的場電壓和場電流。同步機102可由勵磁機和控制單元104操作和控制。勵磁機和控制單元104可包括直流(DC)電源、交流(AC)電源和用于控制同步機102操作的控制系統。該控制系統可控制場繞組電壓使得輸出處的電壓保持恒定。此外，該控制系統可控制輸送到同步機102 的功率或控制從同步機102輸送的功率。該控制系統還可控制同步機102的功率因數。勵磁機和控制單元104基于從監測單元106獲得的操作數據控制同步機102的操作。監測單元106可包括用于獲得對應于同步機102的操作數據的一個或多個傳感器。操作數據可包括同步機102的一個或多個相的相電流值、相電壓值以及同步機的速度。 操作數據可進一步包括例如場電流、輸入功率、輸出功率、功率因數。操作數據然后可傳送到勵磁機和控制單元104和同步機健康狀況監測系統108。同步機健康狀況監測系統108 已經連同圖2詳細描述。在一個實施例中，監測單元106和勵磁機和控制單元104可包括在集成的勵磁、控制和監測系統中。這樣的集成的勵磁、控制和監測系統可使用例如但不限于微控制器、微處理器、邏輯電路和存儲器等硬件和存儲在存儲器上的軟件模塊來實現。環境100可進一步包括數據存儲110。該數據存儲110可包括對應于同步機102 操作的數據。例如，該數據存儲110可包括查找表，其包括在額定速度作為正序列電流和場電流的函數的同步機102的負序列電壓(Vn)。該數據存儲110可進一步包括用于構造同步機102的磁性材料的磁化特性。 圖2圖示健康的電樞繞組和具有繞組故障的電樞繞組之間的電路級差異。圖2A圖示健康的電樞繞組并且圖2B圖示具有繞組故障的電樞繞組。如在圖2B中示出的，繞組故障在磁場中形成不對稱，其進一步產生磁場的序列分量。磁場的序列分量包括正序列分量、 負序列分量和零本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：A·K·蒂瓦里，A·班納吉，黃豪，X·賈，S·博亞納帕利，R·穆赫吉，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：