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
Количество каналов |
16 однопроводных и 8 дифференциальных |
Тип АЦП |
Последовательная аппроксимация |
Разрешение |
12 бит, 1 в 4096 |
Скорость сэмплирования |
20000 сэмплов в секунду (гарантировано) |
Диапазон входных сигналов |
Только биполярный |
Входная связь |
Постоянный ток |
Макс. рабочее напряжение (сигнал + синфазный режим) |
Каждый вход должен находиться в пределах ±11 В от земли |
Размер буфера FIFO |
512 сканов |
Передача данных |
DMA, прерывания, программируемый ввод/вывод |
Режим DMA |
Сбор вразброс |
Размер памяти конфигурирования |
512 слов |
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