诊断定子的绕组集合制造技术

描述了一种在操作期间诊断发电机（13）的定子的至少一个绕组集合（15，23）的方法，所述绕组集合具有针对多个相（a，b，c）的多根线，所述方法包括：针对所述绕组集合的所述多根线中的每一根而获得从所述绕组集合的所述多根线中的相应线输出的个体功率（pa）的个体强度（pa,rms；pa,dc）；获得功率的总和强度（pdc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的所述个体强度与所述总和强度之间的个体比率（da，db，dc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项，来形成诊断值（Fa，Fb，Fc）；基于比较所述诊断值来对至少一根线进行诊断。

【技术实现步骤摘要】
诊断定子的绕组集合
本专利技术涉及用于在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的方法以及装置。进一步地，本专利技术涉及包括该装置的发电机。
技术介绍
多定子电机包括具有一个、两个或更多个绕组集合的定子。由于若干原因，绕组集合中的一个或多个可能是有故障的。例如，高电阻连接通常可能是由松动连接（由于工艺差、热循环和振动、或者因点蚀（pitting）、腐蚀或污染而导致的接触表面的损坏）产生的，该松动连接可能演变成开路故障。此外，作为过热和过度振动的后果，可能预期二次损坏，一些示例是绝缘损坏、铜导体的熔化、短路故障和火灾。因此，考虑到最终导致发电机更换的这种故障场景的高经济影响，将可靠的诊断方法合并到转换器/涡轮机控制器中以保护风力涡轮机以及一般地保护发电机是至关重要的。理想地，诊断方法应当能够在早期阶段处检测出故障，而不生成假警报。检测发电机定子中的高电阻连接的一些传统上使用的技术可以基于：借助于红外热成像法的目视检查；静止/离线测试（例如，电阻测量）；相电流和/或电压中的负序分量的分析；零序电压；以及高频信号注入。传统地，定子不对称的诊断可能专注于短路匝的检测，从而示出以某种方式与高电阻连接类似的故障标记。即使在多绕组集合定子中已经检测并定位了有故障的绕组集合之后，有故障的相可能仍然是未知的。因此，不能采取所要求的维修行动。在没有可见的过热损坏的早期故障检测的情况下，可能需要检查大量的连接，从而导致复杂的维修干预以及内藏发电机的风力涡轮机的长时间的停机。因此，可能存在针对用于在操作期间诊断发电机（特别地，风力涡轮机的发电机）的定子的至少一个绕组集合的方法和装置，其中可以确保可靠的诊断，特别是关于绕组集合的哪个相或线受诸如高电阻之类的故障影响。
技术实现思路
该需要可以由根据独立权利要求的主题满足。本专利技术的有利实施例由从属权利要求描述。本专利技术的实施例因此提供了使得能够对有故障的相进行定位从而大幅减少维修时间的方法和系统。因此，以三相发电机为例，与现有技术相比，仅需要检查三分之一的连接。本专利技术的实施例提供了意图用于发电机（特别是在风力涡轮机中采用的发电机）的在线状况监视的故障定位方法和系统。特别地，可以使用本专利技术的实施例来对具有永磁发电机中的对应线的高电阻连接的相进行定位，从而使转换器控制器能够标记有故障的相，并且使得能够采取措施来修理或修复与该有故障的相相对应的线或连接。本专利技术的实施例可以检测高电阻连接或短路匝、转换器开路故障、电流传感器故障、电和磁的不对称以及静态偏心。因此，本专利技术不限于检测发电机定子的一个或多个绕组集合的高电阻连接。关于故障定位，不同故障类型（短路匝、转换器开路故障、电流传感器故障）可能要求这里所提出的诊断信号的修改。根据本专利技术的一实施例，提供了一种在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的方法，绕组集合具有针对多个相的多根线，该方法包括：针对绕组集合的该多根线中的每一根而获得从绕组集合的该多根线中的相应线输出的个体功率的个体强度；获得功率的总和强度；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的个体强度与总和强度之间的个体比率；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项来形成诊断值；并基于比较诊断值来对至少一根线进行诊断。该方法可以以软件和/或硬件实现，且特别地可以在发电机（特别是风力涡轮机发电机）的操作期间执行，例如由风力涡轮机控制器或转换器控制器来实施。特别地，定子的绕组集合可以是三相绕组集合，针对三个相中的每一个而包括一根线。该三根线可以缠绕在定子的齿之间的槽周围或该槽内。绕组集合的三根线通常可以连接在例如星形配置中的连接点处。在该三根线的自由端处，可以获得相应的电流和电压，特别是在发电机操作期间测量相应电流和电压。针对绕组集合的每根线的电流和电压之积可以与绕组集合的该多根线中的每根线的个体功率相对应。个体功率的个体强度可以与个体功率的电平或幅度（特别地，其为AC量）相对应。个体功率可以是振荡信号或振荡量。可以以许多方式获得强度（即，个体强度和总和强度），例如作为对应功率的幅度、电平、移动平均值或rms值。对于多根线（一个绕组集合或多个绕组集合的多根线）中的每根所考虑的线，作为所考虑的线的个体强度与总和强度之间的比率而获得的个体比率是关联的。特别地，该总和强度可以被视为总功率的绝对值，特别是总功率的DC值。通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项来获得针对所考虑的线的诊断值。该项可以例如由与所考虑的线相对应的个体比率给出，或者可以包括附加量。基于比较诊断值对绕组集合的至少一根线的诊断可能不要求任何阈值，特别地，可能不要求将诊断值与任何阈值进行比较，但可能仅包括将诊断值彼此进行比较。传统的技术可能具有以下缺陷：普遍的转换器控制的发电机中的故障信息被分割在电流与电压之间，并且因此，单个量的分析可能导致误解。此外，传统上固有的发电机阻抗不平衡可能未被考虑到，这可能导致错误的故障定位。本专利技术可以基于以下发现：电机的个体绕组集合的相中的高电阻连接导致附加的电压降，从而导致不对称/不平衡的端电压和/或相电流。尽管大多数大型机器以某种方式固有地不平衡这一事实，根据本专利技术的实施例，正常操作与有故障的操作之间的变化可以由合适的状况监视方法来检测，且可以被考虑到。特别地，本专利技术的实施例可以适用于闭环控制系统（即，矢量控制的驱动器、直接转矩控制的驱动器等），在闭环控制系统中，电气量中包含的故障信息可能不限于作为所采用的控制策略和控制器带宽的后果的相电流。因此，根据本专利技术的实施例而评估的瞬时功率的使用显得有吸引力，这是由于电流和电压中包含的故障信息被组合。本专利技术的实施例的一个基本思想可以是针对每个发电机相而监视有功瞬时功率的相对变化。例如，在永磁同步发电机的传统控制系统中，所测量的相电流和参考电压或甚至所测量的电压可以是可容易得到的，且可以用于诊断目的而不增加成本和设备。因此，本专利技术的实施例可以特别地适用于永磁同步发电机。该方法可以例如由风力涡轮机控制器来执行，该风力涡轮机控制器具有包括算术/逻辑单元的处理器。根据本专利技术的一实施例，最大诊断值与之相关联的那根线被诊断为有故障的。从而，可能不要求阈值以用于识别有故障的线。先前可能已经在不知道所识别的绕组集合的哪个相或哪根线受影响的情况下确定了所考虑的绕组集合由此是有故障的。根据本专利技术的一实施例，通过从不与所考虑的线相对应的一个个体比率中至少减去除该一个个体比率外的所有个体比率的均值来形成所考虑的线的诊断值。通过考虑可以在发电机的传统控制器（特别是风力涡轮机控制器）中可得的诸如电压和电流之类的电气量来以简单的方式获得个体比率。可以测量或估计电流，可以测量或估计电压，或者可以将可被供给到风力涡轮机控制器的参考电压视为实际电压。通过形成该差异，可以使得能够将与所考虑的线相对应的个体比率和其他线的比率进行比较。可以预期的是，与有故障的线相对应的个体比率小于所有其他线的个体比率，这是由于：因高电阻（因故障）所致，对应的功率输出被检查为降低。从而，可以提供用于定位和识别有故障的线的简单方法。根据本专利技术的一实施例，通过从不与所考虑的线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在操作期间诊断发电机（13）的定子的至少一个绕组集合（15，23）的方法，所述绕组集合具有针对多个相（a，b，c）的多根线，所述方法包括：针对所述绕组集合的所述多根线中的每一根而获得从所述绕组集合的所述多根线中的相应线输出的个体功率（pa）的个体强度（pa,rms；pa,dc）；获得功率的总和强度（pdc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的所述个体强度与所述总和强度之间的个体比率（da，db，dc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项，来形成诊断值（Fa，Fb，Fc）；基于比较所述诊断值来对至少一根线进行诊断。

【技术特征摘要】
2017.11.07 EP 17200346.91.在操作期间诊断发电机（13）的定子的至少一个绕组集合（15，23）的方法，所述绕组集合具有针对多个相（a，b，c）的多根线，所述方法包括：针对所述绕组集合的所述多根线中的每一根而获得从所述绕组集合的所述多根线中的相应线输出的个体功率（pa）的个体强度（pa,rms；pa,dc）；获得功率的总和强度（pdc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的所述个体强度与所述总和强度之间的个体比率（da，db，dc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项，来形成诊断值（Fa，Fb，Fc）；基于比较所述诊断值来对至少一根线进行诊断。2.根据前一权利要求所述的方法，其中最大诊断值与之关联的那根线被诊断为有故障。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所考虑的线的诊断值（Fa）是通过下述操作来形成的：从不与所考虑的线相对应的一个个体比率（db）中至少减去除所述一个个体比率外的所有个体比率的均值（（da+dc）/2）。4.根据前述权利要求1至3之一所述的方法，其中所考虑的线的诊断值（Fa）是通过下述操作来形成的：从不与所考虑的线相对应的一个个体比率（db）中至少减去与所考虑的线相对应的个体比率（da）。5.根据前述权利要求3或4之一所述的方法，其中所考虑的线的诊断值（Fa）是通过下述操作来形成的：进一步减去在所考虑的线的健康状态中获得的所考虑的线的诊断值（Fa,healthy）。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中功率的总和强度是所有线的功率之和的DC值（pdc）。7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所考虑的线的个体功率（pa）的个体强度是由所考虑的线输出的个体功率的rms值（pa,rms）或DC值（pa,dc）。8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中功率的DC值是作为移动平均值或通过所述瞬时功率的低通滤波而获得的。9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中先前已经通过执行在操作期间诊断发电机（13）的定子的第一绕组集合（15）和至少一个第二绕组集合（23）的方法来诊断出所述绕组集合是有故障的，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：NMA弗莱雷，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK