Способ контроля состояния обмоток с монолитными металлическими сердечниками

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для диагностирования межвиткового замыкания в обмотках электрических машин с монолитными металлическими сердечниками. Сущность: при различных значениях частоты измеряют действительную и мнимую компоненты импеданса обмотки, строят годограф импеданса, проводят его сравнение с реперным годографом и затем на основе критерия констатируют возникновение дефекта в обмотке, вызванного межвитковым замыканием. В качестве реперного используют годограф предыдущего измерения. Сравнение проводят по почастотно построенному годографу векторных разностей импедансов годографов. В качестве критерия принимают увеличение площади годографа векторных разностей. Технический результат: повышение точности, надежности результатов испытаний. 4 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при диагностике обмоток электрических машин с монолитными металлическими сердечниками, например, электродвигателей и электромагнитов.

Во время эксплуатации электрических машин могут происходить межвитковые замыкания в обмотках. Для их своевременного выявления и предотвращения аварийных ситуаций проводят периодические плановые проверки состояния обмоток. В ряде случаев такие испытания на наличие короткозамкнутых витков (КЗВ) выполняют на месте дислокации изделий без демонтажа оборудования (неразрушающий контроль). Когда прямой доступ к обмоткам невозможен, измерительные приборы подключают к ним дистанционно, при этом из-за протяженности подводящих линий и наличия промежуточных элементов в электрической цепи возрастают помехи, увеличиваются экспериментальные погрешности и выявление КЗВ становится затруднительным.

В настоящее время известны различные способы и устройства для выполнения неразрушающего контроля обмоток. Однако они оказались неэффективными применительно к классу электрических машин, у которых обмотки снабжены монолитными металлическими сердечниками. В этом конкретном случае КЗВ диагностируются на фоне сердечника, который фактически тоже является массивным замкнутым витком и при измерениях маскирует сигнал, информирующий об искомом дефекте. Для данного класса машин с монолитными сердечниками разрабатываются специфические способы контроля, обладающие большей чувствительностью и селективностью.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ контроля электрических обмоток на короткое замыкание по патенту РФ 2413955 С1, опубл. 30.11.2009. В известном способе к обмотке подсоединяют измеритель иммитанса, включающий гармонический генератор, измерители тока и напряжения, измеряют действительную и мнимую компоненты импеданса при различных значениях частоты. Затем строят годограф импеданса обмотки, сравнивают его с реперным годографом и на основании заданного критерия принимают решение о наличии дефекта. Для определения реперного годографа используют тест-образец с эталонной обмоткой, идентичной контролируемой по размерам, количеству витков и материалу сердечника. В тест-образце с помощью переключаемой перемычки имитируют межвитковые замыкания. В качестве реперного выбирают годограф с наименьшим отклонением от годографа без имитации КЗВ. Далее на реперном годографе выбирают участок диапазона частот с максимальной чувствительностью к дефекту. Затем в пределах этого участка определяют значения модуля импеданса реперного тест-образца и исследуемой обмотки. Если у исследуемой обмотки это значение оказывается меньшим, принимают решение о наличии КЗВ.

Известный способ имеет ряд недостатков. Один из них обусловлен тем, что эталонная и исследуемая обмотки изначально не могут быть идентичными, а отличия между ними со временем возрастают даже при бездефектной эксплуатации изделия. Поэтому критерий, основанный на сравнении электрических характеристик работающего изделия и тест-образца с имитацией КЗВ не представляется вполне надежным. Другой недостаток связан с ограниченным набором имитаций КЗВ, при котором не учитываются все возможные формы дефектов. Кроме того, сравнение с реперным годографом проводят лишь по нескольким или даже по единственному измерению в одном узком частотном диапазоне. При дистанционных испытаниях с протяженными подводящими линиями, промежуточными элементами и электрическими помехами в цепи это приводит к значительным экспериментальным погрешностям и снижению чувствительности. В известном способе не удается надежно отделить полезный сигнал от фонового воздействия монолитного сердечника, в особенности на начальных стадиях развития дефектов с одиночными КЗВ, достоверность выявления дефектов недостаточно высока. Кроме того, испытания дополнительно усложняются из-за необходимости замещающего подключения тест-образца в электрическую цепь изделия.

С учетом вышеизложенного, применение известного способа не в лабораторных, а в реальных производственных условиях на месте дислокации изделия представляется проблематичным.

Заявленное изобретение направлено на преодоление перечисленных недостатков прототипа. Его задачей является повышение надежности диагностирования межвитковых замыканий в обмотках электрических машин с монолитными металлическими сердечниками, ранняя идентификация таких дефектов за счет чувствительности на уровне регистрации одиночных КЗВ.

Технический результат изобретения состоит в том, что селективно и с высокой точностью выявляются те изменения электрических характеристик обмотки, которые достоверно свидетельствуют о возникновении КЗВ, а решение о наличии КЗВ принимается на основе более надежного критерия. При этом процесс испытаний отличается простотой и не требует подключения дополнительных эталонных тест-образцов, а отказ от эталонного сравнения в пользу динамического анализа собственных состояний обмотки уменьшает вероятность принятия ошибочных решений. Надежность нового критерия диагностирования проявляется за счет использования в нем параметров, специфически меняющихся при появлении КЗВ. При расчете критерия учитываются данные измерений на большом массиве исследуемых частот во всем их рабочем диапазоне. Это позволяет повысить точность результатов испытаний и статистически скомпенсировать знакопеременные погрешности, вызванные электрическими помехами.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе контроля состояния обмоток с монолитными металлическими сердечниками в электрических машинах при различных значениях частоты измеряют действительную и мнимую компоненты импеданса обмотки, строят годограф импеданса, проводят его сравнение с реперным годографом и на основе критерия констатируют возникновение дефекта в обмотке, вызванного межвитковым замыканием, при этом в качестве реперного используют годограф предыдущего измерения, сравнение проводят по почастотно построенному годографу векторных разностей импедансов годографов, а в качестве критерия принимают увеличение площади годографа векторных разностей.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично показаны графики годографов импеданса электрической цепи обмотки до и после появления КЗВ, фиг. 2 иллюстрирует построение годографа векторных разностей этих графиков в соответствие с изобретением, на фиг. 3 приведены примеры реальных графиков годографов при разных положениях КЗВ в обмотке, а на фиг. 4 представлены соответствующие годографы векторных разностей обмотки.

Согласно изобретению, для контроля состояния обмотки периодически определяют действительную и мнимую компоненты ее импеданса. Для этого к электрической цепи, содержащей исследуемую обмотку, подключают измеритель иммитанса, например, стандартный промышленный определитель RLC с генератором гармонических колебаний и измерителями тока и напряжения. Затем измеряют значения модуля комплексного сопротивления и угла фазового сдвига при разных рабочих частотах генератора и вычисляют компоненты импеданса. Получаемые экспериментальные данные должны быть репрезентативными и детализированными как по ширине исследуемого частотного диапазона, чтобы гарантированно охватить область влияния КЗВ на характеристики обмотки, так и по количеству измерений, чтобы статистически компенсировать экспериментальные погрешности. Этот массив рабочих частот генератора выбирают заранее перед первым испытанием и в дальнейшем оставляют неизменным.

В соответствии с изобретением, после этапа измерений проводят сравнение полученных данных с результатами предыдущего испытания, с тем чтобы на основе заданного критерия установить, произошло ли межвитковое замыкание в обмотке за предшествующий период эксплуатации. Для этого используют графики годографа импеданса, то есть решение о наличии КЗВ принимают на основании того, какие изменения наблюдаются в текущем графике годографа по сравнению с реперным графиком, полученным в предыдущем испытании.

График годографа импеданса является известным и широко используемым в электротехнике показателем, описывающим свойства элементов электрических систем. Он строится на комплексной плоскости координат активного R и реактивного JX сопротивлений и представляет собой кривую, соединяющую концы векторов комплексного сопротивления исследуемого элемента электрической цепи при изменении частоты f (фиг. 2).

Опытным путем установлено, что возникновение КЗВ в обмотке вызывает изменение формы графика годографа. Преимущественно это проявляется в стягивании точек графика к началу координат. Указанные изменения иллюстрируются на фиг. 1, где схематично показаны годографы обмотки с монолитным сердечником до появления КЗВ (годограф А) и при его наличии (годограф В). В реальности, из-за влияния сердечника и большого числа витков в обмотке, эти графики оказываются расположенными близко друг к другу (рис. 3), что существенно затрудняет диагностирование дефекта, однако независимо от места расположения КЗВ все же наблюдается выраженный участок на протяженном диапазоне частот, на котором годограф с КЗВ оказывается смещенным во внутреннюю сторону от графика годографа без КЗВ. Вне этого участка в областях соответственно малых и больших значений частот рассматриваемые графики практически сливаются. При этом узкая замкнутая область, располагающаяся между графиками, отражает информацию об ухудшении эксплуатационных свойств обмотки из-за образования КЗВ.

Формоизменение годографа можно определить как совокупность смещений всех образующих его векторов импеданса, соответствующих определённым частотам измерения fn. Каждое такое смещение описывается вектором разности d(В-А)n, соединяющим концы векторов импеданса текущего (фиг. 1, график В, с КЗВ) и предыдущего (график А, без КЗВ) испытания, измеренных на той же частоте.

Отложив полученные векторы разностей от одной общей точки путём их параллельного к ней переноса, можно построить годограф векторных разностей (ГВР), описывающий отличия текущего годографа от предыдущего. ГВР определяется, как разность комплексных функций (фиг.2):

где dR(f) и jdX(f) - вещественная и мнимая компоненты годографа векторных разностей;

dRA(f) и jdXA(f) - вещественная и мнимая компоненты годографа А обмотки без КЗВ;

dRB(f) и jdXB(f) - вещественная и мнимая компоненты годографа В обмотки с КЗВ;

График ГВР учитывает изменение импеданса обмотки как по модулю, так и по углу фазового сдвига, поэтому он имеет большую информативность по сравнению с характеристиками, ранее предлагавшимися для контроля состояния обмоток.

Экспериментально подтверждено, что если график ГВР представляет собой выраженную замкнутую кривую, проходящую через начало координат (фиг.4), то это достоверно свидетельствует о возникновении КЗВ в обмотке, а степень повреждения, вызванного данным дефектом, характеризуется величиной ограниченной внутри него площади. Данный экспериментальный факт используется в заявляемом способе. Целевым параметром, по которому судят о возникновения КЗВ, принимается график ГВР, а величина площади внутри графика служит интегральным критерием при оценке степени повреждения обмотки и надежности его диагностирования.

Интегральный критерий определяется из соотношений

где ИКСвр - интегральный критерий сравнения годографов по векторным разностям,

Sn - площадь треугольного элемента ГВР, соответствующего измерениям на частотах fn и fn-1 (фиг.2, точечная штриховка). Sn определяется через векторное произведение и может принимать как положительные, так и отрицательные значения;

dRn и dXn - координаты вектора d(B-A)n;

dRn-1 и dXn-1 - координаты вектора d(B-A)n-1.

Как ранее указывалось, в заявленном способе расчет критерия ИКСвр проводится на статистически репрезентативном массиве экспериментальных данных, охватывающем весь рабочий диапазон частот. С одной стороны, за счет большей детализированности измерений (см. фиг. 4) это позволяет увеличить чувствительность способа по сравнению с решением-прототипом. С другой стороны, его чувствительность и точность повышаются вследствие того, что при суммировании площадей согласно соотношению (1) взаимно сокращаются знакопеременные вклады случайных погрешностей, вызванные фоновыми помехами. Данное обстоятельство подтверждено экспериментами, в которых значение ИКСвр при появлении КЗВ возрастало на один-два порядка по отношению к фоновой ненулевой величине ИКСвр, регистрируемой при отсутствии КЗВ (вследствие случайных измерительных погрешностей).

Заявленный способ прошел промышленную апробацию. Контроль обмоток серийных шаговых электродвигателей с монолитными металлическими сердечниками с числом витков более 1000 проводился в диапазоне частот от 0.1 до 120 кГц. Когда массив измерений в испытании включал более 20 значений (равномерно распределенных по шкале частот), чувствительность диагностирования дефектов обмоток обеспечивалась на уровне единичных КЗВ.

Способ контроля состояния обмоток с монолитными металлическими сердечниками в электрических машинах, заключающийся в том, что при различных значениях частоты измеряют действительную и мнимую компоненты импеданса обмотки, строят годограф импеданса, проводят его сравнение с реперным годографом и на основе критерия констатируют возникновение дефекта в обмотке, вызванного межвитковым замыканием, отличающийся тем, что в качестве реперного используют годограф предыдущего измерения, сравнение проводят по почастотно построенному годографу векторных разностей импедансов годографов, а в качестве критерия используют увеличение площади годографа векторных разностей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу адаптации обнаружения короткого замыкания на землю к изменению состояния электрической машины. Сущность: электрическая машина находится в первом состоянии машины, первое опорное значение определяется для измеряемых значений электрической величины.

Изобретение относится к диагностике обмоток электрических машин. Сущность: способ обнаружения короткого замыкания на землю во вращающейся электрической машине содержит подачу тестового сигнала на заданной частоте на обмотку, измерение электрического параметра сигнала отклика в обмотке, являющегося результатом поданного тестового сигнала, и обнаружение короткого замыкания на землю на основании измеренного значения электрического параметра.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Технический результат: расширение арсенала технических средств.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выявления межвитковых повреждений в обмотке статора асинхронного электродвигателя. Технический результат: возможность диагностирования межвитковых повреждений на ранней стадии развития.

Предлагаемые способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления относятся к электротехнике и могут быть использованы для расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выявления межвитковых повреждений в обмотке статора асинхронного электродвигателя. Технический результат: диагностирование межвитковых повреждений на ранней стадии развития.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации относительной интенсивности износа изоляции обмоток трансформатора, а также может найти применение в качестве счетчика-регистратора использованного ресурса срока службы изоляции обмоток трансформатора за каждый час, сутки, месяц.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Устройство для диагностики индуктивных обмоток содержит трехфазный трансформатор с регулируемым напряжением вторичной обмотки, соединенной по схеме треугольник, один из выводов которой с помощью линейного проводника подключен к вспомогательной цепи, содержащей последовательно соединенные амперметр с конденсатором с переменной емкостью, шунтируемый с помощью ключа, и подключен к первому из трех выводов индуктивной обмотки, при этом второй вывод индуктивной обмотки непосредственно подключен ко второму выводу вторичной обмотки трехфазного трансформатора.

Изобретение относится к области испытаний обмоток якорей коллекторных электрических машин постоянного тока. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельных ветвей обмотки вращающегося якоря путем посылки импульсов напряжения возбуждения от генератора импульсных напряжений ГИН с частотой следования, например, 50 импульсов в секунду на коллектор относительно корпуса.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для определения качества компаундирования обмоток электрических машин на этапах испытания изоляции обмоток при изготовлении и эксплуатации, в частности обмоток статора маслонаполненных погружных асинхронных электродвигателей.

Изобретение относится к области испытаний витковой изоляции обмоток статоров электрических машин переменного тока при массовом серийном производстве. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельно включенных фаз импульсными токами i от генератора импульсных напряжений ГИН путем возбуждения при этом испытательных импульсных междувитковых напряжений, равных ЭДС самоиндукции секций e=-Ldi/dt. Автоматически меняют направления токов в каждой фазе таким образом, чтобы они совпадали в верхнем и нижнем слое каждого паза два раза при трех схемах соединения фаз. Фиксируют все пазы с максимальным уровнем импульсного магнитного поля, созданным неизменным вдоль каждой фазы сквозным (основным) импульсным током по срабатыванию электронных ячеек памяти этих пазов. Обнаруживают два паза с минимальными уровнями импульсного магнитного поля, в которых лежат верхняя и нижняя стороны дефектной секции с витковым замыканием, по отсутствию срабатывания двух электронных ячеек памяти соответствующих пазов. Технический результат: повышение производительности труда при проведении испытаний и точное обнаружение витковых замыканий в обмотках статора, расширение области применения. 9 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению. Способ заключается в том, что регистрируют затухающее напряжение статора, индуктированного затухающим полем ротора, при отключении из состояния холостого хода холодной и горячей машины. Определяют постоянные времени То хол и То гор когда напряжение статора затухает до величины 0,368 начального напряжения Uо перед отключением и затем определяют среднюю температуру короткозамкнутой обмотки для меди по формуле: , где tхол - температура ротора при первом измерении в холодном состоянии, tохл - температура охлаждающей среды при измерении в горячем состоянии. Технический результат заключается в возможности измерения средней температуры короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя по изменению сопротивления при постоянном токе. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - повышение устойчивости испытаний. Для испытаний резонансным методом реактора 5 в схеме используются кроме основного резонансного конденсатора 4 два разделительных конденсатора 6, 7, общая точка которых заземлена. Выпрямитель подмагничивания 9 подключен через сглаживающий дроссель 8. Испытания проводятся от статического преобразователя частоты 1, снабженного входами управления по частоте и напряжению. Использован также измеритель 12 фазы тока. 1 ил.

Изобретение относится к средствам диагностики силового электрооборудования. Способ диагностики приводного механизма (2, 2'), содержащего катушку (211, 212) и устройство (22, 22') управления энергоснабжением катушки, включает следующие этапы: управляют энергоснабжением приводного механизма посредством устройства диагностики (3), управляют энергоснабжением катушки посредством устройства управления, отслеживают на уровне устройства диагностики электрической характеристики электрического сигнала, в частности электрического сигнала, питающего приводной механизм, и диагностируют приводной механизм с использованием результатов этапа отслеживания. Технический результат заключается в упрощении диагностики электрооборудования. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности токов в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметричных токов. Технический результат заключается в возможности определять отдельные потери мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи. 1 табл.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к диагностике механической прочности электротехнического устройства. Сущность: способ заключается в том, что создают вибрационные процессы путем механических воздействий на устройство, измеряют напряжение, наведенное в обмотках устройства в результате механического воздействия, определяют частотные характеристики G(f) отклика на эти воздействия. Производят оценку модуля электромагнитных частотных характеристик по соотношению , где Uг(ƒ) – спектральная плотность мощности (СПМ) случайного процесса напряжения с генератора тестовых сигналов типа «белый шум», подаваемых на обмотку; UR(ƒ) - СПМ случайного процесса после измерительного сопротивления. Определяют частоту максимума спектральной плотности мощности нормированного напряжения согласно выражению: . Определяют усилие прессовки по соответствующему соотношению , где - постоянная величина, характеризующая степень прессовки обмоток данного устройства; ƒi - частота максимума СПМ напряжения, наведенного в обмотке; n - постоянная величина; Pi0 и ƒi0 - известные или ранее определенные усилие прессовки и частота максимума СПМ напряжения данного устройства. Устанавливают диагноз по вычисленному усилию прессовки. Технический результат: повышение достоверности диагностики механической прочности электротехнического устройства. 4 ил.

Изобретение относится к области испытаний обмоток катушек реле локомотивов на межвитковое замыкание после ремонта. Сущность: выявление межвитковых замыканий проводится в нагруженном режиме по величине тока в обмотке катушки при подаче на нее стабилизированного напряжения. Одновременно с подачей стабилизированного напряжения к обмотке прикладываются высоковольтные импульсы. Через 1 минуту подачу высоковольтных импульсов отключают и измеряют значение тока в обмотке. Технический результат: повышение вероятности обнаружения межвитковых пробоев. 1 ил.

Изобретение относится к системе контроля приборов высоковольтной техники, в частности к шунтирующим электрическим реакторам, а также к реализуемому с помощью этой системы контроля способу контроля приборов высоковольтной техники. Сущность изобретения: со вторичной стороны испытательного трансформатора предусмотрена непрерывно регулируемая индуктивность, а также пошагово дискретно регулируемая емкость таким образом, чтобы указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур. В способе с помощью дискретно регулируемых емкостей батареи конденсаторов осуществляется грубая настройка системы контроля. Причем с помощью итеративного процесса подключаются отдельные емкости батареи конденсаторов, если посредством измерительного устройства в системе контроля измеряется недостаточная емкость. Или отдельные емкости отключаются, если посредством измерительного устройства измеряется избыточная емкость, пока не станет преобладать заранее установленная пороговая величина избыточной емкости. Далее посредством непрерывно регулируемой индуктивности производится точная настройка системы контроля таким образом, чтобы эти указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса. Технический результат: возможность снижения испытательного напряжения, подаваемого от испытательного трансформатора на объект контроля. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для диагностирования виткового замыкания в обмотке ротора синхронных генераторов. Сущность: способ заключается в определении процента замкнутых витков на основе измеренных в рабочем режиме синхронного генератора мгновенных величин токов и напряжений фаз статора, тока и напряжения ротора. Измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений статора преобразуют из естественной системы координат в двухфазную α-β систему координат. Используя полученные значения преобразованных токов и напряжений статора, определяют коэффициент квазиреактивной мощности Q=3⋅(Iα(k)⋅Uβ(k)-Iβ(k)⋅Uα(k)), где Iα(k), Iβ(k) - проекции токов в α-β системе координат; Uα(k), Uβ(k) - проекции напряжений в α-β системе координат. На вход предварительно обученной искусственной нейронной сети подают мгновенные величины тока и напряжения ротора, преобразованные токи и напряжения статора, коэффициент квазиреактивной мощности, а также их временные задержки 0,5 с. С помощью обученной искусственной нейронной сети выявляют зависимость между входными и выходными данными искусственной нейронной сети. О начале повреждений в обмотке ротора судят по мгновенной величине оценки процента замкнутых витков обмотки ротора синхронного генератора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при нелинейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) действующее значение тока 1-й гармоники, суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем, и суммарный коэффициент гармоник, кратных трем, и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов по формуле. Изобретение позволяет определить отдельные потери мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи.
Наверх