编辑：白银矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：438
一种新型的笼型白银矿用变压器转子故障在线监测和诊断方法 核心提示： 白银矿用变压器作为一种主要的驱动设备广泛地应用于各个工业领域通过在线监测能够发现其早期故障，从而根据状态采取相应的维修策略，避免白银矿用变压器失效和价格昂贵的维修，以及由此带来的产量下降及其他的经济损失。但这白银矿用变压器作为一种主要的驱动设备广泛地应用于各个工业领域通过在线监测能够发现其早期故障，从而根据状态采取相应的维修策略，避免白银矿用变压器失效和价格昂贵的维修，以及由此带来的产量下降及其他的经济损失。但这一切必须建立在可靠的诊断基础上。白银矿用变压器的可能的故障种类很多，监测方法各异。转子故障主要为转子断条和气隙偏心。监测方法包括振动监测、定子电流监测、基于转子参数辨识的监测等。但是在铁心的背面安装振动传感器往往有些困难，同时振动信号受周围环境的振动干扰影响较大，在复杂的背景干扰下，难以准确判断故障；而参数辨识方法仍建立在对称的白银矿用变压器模型下，难以反映实际情况，若建立在多回路模型下，辨识参数太多，计算工作量太大，又不现实；最理想的方法仍是使用电流信号。电流监测的传统方法是将定子相电流信号采样后进行频谱分析，寻找是否存在故障对应的特征频谱，从而决定是否存在某种故障。这种方法的的情况，本文将深入分析同时存在转子偏心和断条故障时，矢量模的特征。此时定子电流可表示一个主要不足是：频谱复杂，特征频率成分的幅值往往较小，当与基频分量频率很接近时，容易被基频及其“旁瓣”成分湮没。
A.J.M.Cardoso等人利用静止坐标系中的3/2令坐标变换方法先后提出了Park‘s矢量方法和扩展的Park，s矢量方法，前者将特征频率识别转为图形识别，而早期故障对图形的影响很小，识别会很困难。后者在3"妙变换之后对Park’s矢量模进行频谱分析。该方法可以将基频成分转换成分量，滤出以后可突出特征频率。但是使用该方法，各种故障特征频率成分会相互作用，产生新的频率成分，增大别识难度；同时该“矢量模”物理意义不明确。本文提出的方法是将电流转换至同步坐标系中，经过转换后，原来的基频电流同样成了分量，故障对应的特征频率成分不相互作用，频谱简洁而富有规律，便于进行故障别识，尤其是对同时存在多种故障的情况更加有效，而且物理概念明确。数学模型的推导及试验结果均表明了这种方法的有效性。
2扩展的Park‘s矢量方法分析笼型白银矿用变压器转子的常见故障为断条和偏心。断条时定子电流的特征频率成分为（1±k2s）fi s――白银矿用变压器的转差率k――正整数存在偏心时定子电流的特征频率成分为m――正整数是将定子电流经转换得到/a、/卩后，再对a+12进行频谱分析。坐标转换方式为障对应的两个m次特征电流分量的幅值；为了既能说明该方法的优缺点，同时不使公式过于繁琐，令k、m均为1，经推导得此时的Park’s矢量模为士2k/i等。其中成分是由基波分量、各故障特征分量自身作用所产生，2ks/i成分由基波分量与断条两特征分量分别作用所产生，4ks/i成分由断条两分量相互作用所产生，m/r成分由基波分量与偏心两特征分量分别作用所产生，2m/r成分由偏心两分量相互作用所产生，m/r±2ks/i成分由断条特征分量与偏心特征分量相互作用所产生。因此，利用扩展的Park‘s矢量方法虽然可将基波分量转换成分量，且故障特征（2ks/i和m/r频率成分）得到保留和突出，但交叉产生的新频率成分会使频谱复杂化，不利于有效诊断规则的建立。
3同步旋转坐标系（dc动机转子故障的监测与诊断方法鉴于扩展的Park‘s矢量方法存在使频谱复杂化而难以适应故障监测与诊断的要求，本文将电流转换至同步旋转坐标系（dqc）中。设dc轴与定子a相绕组轴线的夹角为0=叫；+0，0为t=0时dc轴与a轴的初始夹角。转换公式为（8）将代入上式得相电流中的正序基波分量转换成了idc或iqc中的分量；断条特征分量的频率由（1±2ks）/i变为了2ks/i；偏心特征分量的频率由（/i变成了m/r，成功地实现了特征频率的分离，避免了扩展的Park’s矢量方法中各种频率成分的交叉作用而使频谱复杂化的问题，减少了故障特征频率重叠的可能性，适合于复合故障的监测与诊断，有利于有效故障诊断规则的建立。通过选取idc或iqc（亦可同时选取二者以帮助诊断）进行频谱分析，很容易实现故障辨识。
综上所述，通过将相电流转换到同步旋转的坐标系中，电流频谱更趋简洁，且物理意义明确，不失为一种理想的故障特征提取方法。
4试验验证根据以上方法，对一台定子绕组Y连结、功率为2.2kW的4级笼型白银矿用变压器（已有三根导条断裂，且人为地设置了气隙偏心）进行了现场测试。所带负载为一台2.5kW的发电机。负载时转差率为s=0.04.为达到同时采样电流的目的，使用了中国科矿用变压器学研究院系统所研制的DI1024便携式波形记录仪进行录波，采样率为50000次/s.为扩展的Park‘s矢量方法的频谱分析结果，为本文所介绍方法频谱分析的结果，纵坐标为电流信号频谱分析后的dB值。为突出差别，放大显示了50Hz以内的频率成分。
Park‘s矢量模的频谱分析结果从中可以看出，扩展的Park’s矢量方法对应的频谱中幅值较大的谐波成分很多，且显得有些凌乱，规律性不强，这是电流基波分量、断条与偏心产生的特征分量单独作用和相互作用的结果，具体频率大小可参见表1和表2.由于存在频率重叠，导致了幅值分布缺乏规律。loor（d（，q（。）坐标系中id的频谱分析结果k取值m取值表2断条和偏心故障相互作用产生的频率成分Tab.2Frequenciescausedbyinteraction再观察，电流id的频谱简洁而分布有规律，只包含表1所列频率成分，层次清晰，断条与偏心特征突1出Ch没有反应；其次1（随jmf的增大而特征成分的幅值衰减明显而有序，与实际情况相符，便于有效的诊断规则的建立。
5结论本文详细地介绍了一种通过将定子电流转换至同步旋转坐标系后，再对新坐标系中电流分量进行频谱分析，提取故障特征的有效方法。经过转换，相电流中基频分量变换成了分量，特征频率得到突出。与ExtendedPark矢量方法相比，物理意义明确，对于复合型故障，避免了多种故障特征频率成分交叉作用产生新频率成分的现象，更加实用可靠。理论分析和试验均证明了该方法的有效性。这种坐标转换形式在白银矿用变压器的矢量控制中是常用到的，因此，这种故障监测与诊断方法既可单独做成小型监测装置，也可集成在工业控制系统中，具有广泛的应用前景。
致谢本文的实验得到了华中科技大学系电机及其控制教研室的周理兵老师、叶俊杰老师以及系统动态模拟实验室的杨德先老师的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。
上一个： 关于白银矿用变压器对供电系统的要求 下一个： 允许USB旁路大白银矿用变压器的限流器
