Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Полищук В.И. 1 Крицкий М.В. 1 Серкова Ю.М. 2 Герасимов Н.В. 3

---

1 ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет

3 Филиал ОАО «СО ЕЭС» «Региональное диспетчерское управление энергосистемами Самарской и Ульяновской областей»

Статья посвящена изложению результатов исследования по разработке метода обработки цифровых сигналов для идентификации локальных неоднородностей с целью диагностики виткового замыкания обмотки ротора синхронного генератора. Синхронные генераторы являются сложной электромеханической системой. Многие из дефектов, возникающих в синхронном генераторе, например витковые замыкания в обмотке ротора, являются трудноопределимыми из-за отсутствия прямых причинно-следственных связей между доступными измеряемыми параметрами и величиной дефекта. Разработана экспериментальная установка, позволяющая проводить апробацию методов интеллектуальной идентификации и диагностики синхронного генератора. На базе экспериментального комплекса предложена и апробирована технология выделения полезного сигнала для системы диагностики. На основе экспериментальных данных, полученных с датчика магнитного поля рассеяния синхронного генератора, показано, что предложенный алгоритм достаточно надежно выявляет локальные неоднородности сигнала, связанные с повреждением обмотки ротора при малом проценте короткозамкнутых витков.

Статья в формате PDF

553 KB

цифровой сигнал

метод декомпозиции

функции лагерра

синхронный генератор

диагностика

1. Алексеев Б.А. Определение состояний (диагностика) крупных турбогенераторов. – М.: НЦ ЭНАС, 2001. – 152 с.

2. Васильева Ю.З., Полищук В.И. Разработка способа выявления виткового замыкания в обмотке возбуждения синхронной машины // Научное обозрение. – 2014. – № 12. – С. 55–59.

3. Полищук В.И., Хамухин А.А. Выявление витковых замыканий обмотки ротора синхронного генератора на основе вейвлет-анализа магнитных потоков рассеяния // Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 323. – № 5. – С. 85–93.

4. Полищук В.И. Построение защиты от виткового замыкания в обмотке ротора синхронного генератора на основе индукционного датчика магнитного поля рассеяния // Известия Томского политехнического университета. – 2012. – Т. 321. – № 4. – С. 57–61.

5. Розум Т.И., Полищук В.И. Метод выявления витковых замыканий в обмотке возбуждения синхронного генератора // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8 (часть 5). – С. 1061–1065.

6. Koornwinder Tom H., Wong Roderick S. C., Swarttouw Ren? F. Orthogonal Polynomials // NIST Handbook of Mathematical Functions, Cambridge University Press. – 2010.

7. Sergeev V.L., Polishchuk V.I. Adaptive identi cation method of a signal from stray eld magnetic sensor for turbogenerator diagnostics // Journal of Siberian Federal University. – 2015. – Vol. 8(2). – Р. 201–207.

8. Sergeev V.L., Polishchuk V.I., Kalayda V.T. Adaptive systems of non-stationary signals identification with additional a-priory information // XI International IEEE Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2015), may 21–23, – 2015, Omsk.

В такой сложной электромеханической системе, как синхронный генератор, некоторые из дефектов и повреждений, например витковые замыкания (ВЗ) в обмотке ротора и ряд других, являются трудноопределимыми по причине отсутствия прямых причинно-следственных связей между доступными параметрами, измеряемыми штатными средствами и физическими признаками дефекта [1, 3–5]. В связи с развитием современных цифровых сигнальных процессоров (DSP) для селективного выявления диагностических признаков стало возможным применение эффективных математических методов обработки сигналов в реальном масштабе времени, позволяющих по совокупности информационных признаков выявлять конкретный дефект. При исследовании новых принципов выделения полезной цифровой информации для построения системы диагностики обмотки ротора синхронного генератора апробация проводилась на специально созданной экспериментальной установке.

Постановка задачи

Перед исследователями ставилась задача разработать метод выделения полезной цифровой информации о возникновении виткового замыкания в обмотке ротора синхронного генератора и проверить основные принципы построения системы диагностики на экспериментальной установке.

Экспериментальная установка

Состав и принципиальная схема разработанной экспериментальной установки приведена на рис. 1. В состав установки входят: синхронный генератор G (ГАБ-4-Т/230), приводимый во вращение асинхронным двигателем M (АИР 100 L2), питаемым частотным преобразователем ПЧ (Altivar 71), датчик момента ДМ (Mini-Smart Drehmomentsensor Typ 4502А50RAU), датчик оборотов ДО (ESS-PA005-3600), датчики вибрации подшипников (AB-321FK), датчик магнитного поля ДМП (Индукционный датчик), датчики напряжения ДН1...3, датчики тока ДТ 1...3 (Шунт 75ШИП1-10-0.5), датчик угла нагрузки ДУНг, датчик тока возбуждения ДТВ (Шунт 75ШИП1-10-0.5), датчик напряжения возбуждений (делитель напряжения), аналого-цифровой преобразователь АЦП (PCI 6024E), автоматический регулятор возбуждения АРВ.

Для имитации виткового замыкания с обмотки ротора через дополнительные контактные кольца были выведены отпайки с замыканием 4, 10 и 30 % витков полюса.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки

Характеристики АЦП

Два коннектора обеспечивают удобство доступа к входам/выходам плат сбора данных PCI 6024E персонального компьютера. Каждый коннектор имеет 16 каналов аналогового ввода с 68-ю контактами и восемью линиями цифрового ввода/вывода. Характеристики АЦП приведены в таблице.

В качестве одного из обрабатываемых сигналов используется ЭДС на выходе индукционного датчика магнитного поля, который установлен в торцевой зоне синхронного генератора.

Метод выделения диагностического сигнала

Выделение полезной информации о техническом состоянии изоляции обмотки ротора СГ возможно только на основе косвенных данных. Вследствие ряда конструктивных особенностей СГ информативной информацией о наличии повреждения в обмотке ротора, по мнению авторов, является анализ магнитной симметрии машины. Появление виткового замыкания в одном из полюсов ротора обязательно приводит к наличию локальных изменений в симметрии магнитного поля. Для выявления несимметрии предлагается использовать специализированный датчик магнитного поля (ДМП), установленный в свободном пространстве торцевой зоны синхронного генератора. Выходным параметром датчика является ЭДС, пропорциональная магнитной индукции в месте установки ДМП. На рис. 2 приведены снятые осциллограммы ЭДС на выходе ДМП при отсутствии замыкания на холостом ходу (рис. 2, а) и при наличии замыканий (рис. 2, б). На рис. 3 приведены соответственно осциллограммы при нагрузке генератора.

а б

Рис. 3. Осциллограмма ЭДС на выходе ДМП при нагрузке