[发明专利]检测发电机的机械故障的方法和系统

说明书

技术领域

本发明的实施例大体涉及机电机(electromechanical machine)的状态监视。确切地说，本发明的实施例涉及根据电流信号分析(CSA)来监视机电机的驱动系统和轴承的状态的方法和系统。

背景技术

根据惯例，主要使用振动信号来监视机电系统中的机械异常。已发现，驱动系统中的机械故障将在径向转子运动中产生振动，并由此而以转子机械旋转频率产生相应扭矩振荡。可通过监视并研究转子机械旋转频率来检测与驱动系统关联的机械故障。但是，使用振动信号进行状态监视具有许多缺点，例如因外部激发运动而产生的信号背景噪声、对安装位置的敏感性，以及它们的侵略性测量特性。

其他状态监视技术以负载扭矩振荡使得需要对定子电流进行相位调制这一观测结果为基础，并借此分析定子电流特征，以检测因故障而引起的机械扰动。由于此类电流监视技术能够显著节省经济成本且易于实现，因此在检测电机中的机械故障方面正受到越来越多的关注。例如，对于机电机中的轴承故障检测，可将轴承故障分类至单点故障或一般化的粗糙故障。单点故障已得到检测，方法是使用通过轴承机械固有频率进行的电机电流信号分析(MCSA)，且将这些类型的异常作为偏心故障考虑。但是，对于一般化的粗糙故障，固有轴承故障频率不可观测或者可能不存在，尤其是在早期阶段中。此外，无论故障类型是什么，相对于所取样定子电流中电源基本谐波、偏心谐波和槽谐波等支配分量而言，轴承故障特征通常较为微妙。与已从长期现场经验中逐步形成行业标准的轴承振动监视不同，定子电流监视的现场经验极为有限，且存在极大困难。例如，鉴于定子电流中的轴承故障特征已经极为微妙，轴承故障特征的量值在不同应用中还可能不同。此外，尽管齿轮箱广泛用于行业应用中，但极少推荐使用定子电流信号分析来进行齿轮箱监视。

因此，需要改进使用电流特征分析来监视驱动系统，尤其是齿轮箱和轴承的状态的方法和系统。

发明内容

根据本发明的一项实施例，提供一种检测发电机中的机械故障的方法。所述方法包括获取表示所述发电机的运行状态的电信号。所述方法还包括将所述电信号归一化以提取频谱信息。所述方法进一步包括根据对所述频谱信息的分析而检测故障。

其中根据对所述频谱信息的分析来检测故障包括检测轴承故障或齿轮箱故障。

其中获取表示所述发电机的运行状态的电信号包括获取所述发电机的多相中的每一相的电信号。

其中所述表示所述发电机的运行状态的电信号包括电流和电压信号。

其中所述电流频谱根据以下项中的至少一项来归一化：快速傅立叶变换、时频分析，以及多模归结分析。

其中将所述电信号归一化以提取频谱信息进一步包括：消除所述电流频谱中的对称分量；以及提取在异常运行状态期间显示于所述电流频谱中的不对称分量。

其中消除所述电流频谱中的所识别对称分量包括对多相中每一相的电流信号瞬时值进行平方运算，并对平方值求和。

其中消除所述电流频谱中的对称分量包括消除构成所述发电机的正常运行状态期间的发电机电流频谱的对称分量。

所述检测发电机中的机械故障的方法进一步包括：获取表示所述发电机的非故障运行状态的第二组电信号；使用所述第二组电信号将表示所述发电机的所述运行状态的电信号转换成混合电信号；将所述混合电信号归一化以提取频谱信息；以及根据对所述频谱信息的分析来检测故障。

其中获取表示所述发电机的非故障运行状态的第二组电信号包括获取所述发电机的多相中的每一相的第二组电信号。

其中将所述混合电信号归一化以提取频谱信息包括：动态地消除所述混合电信号中的对称分量；将所述混合电信号中的所述不对称分量的量值和相位与所述第二组电信号的量值和相位进行比较；以及当所述混合电信号中的所述不对称分量与所述第二组电信号中的量值和相位偏离时，检测出故障。

其中检测故障包括检测所述发电机的转子中的故障。

其中分析所提取的特征包括：将所提取的特征与确定的阈值进行比较。

根据本发明的另一项实施例，提供一种检测发电机的齿轮箱和轴承故障的系统。所述系统包括一个或多个传感器，用于获取表示所述发电机的运行状态的电信号。所述系统还包括控制器，用于将所述电信号归一化以提取频谱信息。所述系统进一步包括故障检测单元模块，用于根据对所提取频谱信息的分析来检测所述齿轮箱中的一个或多个故障。

其中所述故障检测单元模块检测轴承故障或齿轮箱故障。

其中所述一个或多个传感器获取所述发电机的多相中的每一相的电信号。