[发明专利]用于电气系统中的故障检测的负序电压的分段估计

说明书

本发明提供了一种被配置为检测包括多个定子绕组的电机中的定子绕组故障的诊断系统。该诊断系统包括处理器，处理器被编程为：接收提供给电机的三相电压和电流的测量值；根据三相电压和电流计算电压和电流的正序分量、负序分量和零序分量；以及通过执行包括修改的递归最小二乘(RLS)方法的两步初始化算法来识别对于负序电压的噪声因子贡献和定子故障贡献，噪声因子贡献包括由正序电流、负序电流和正序电压中的一者或多者引起的电机中的不平衡。处理器仍被进一步编程为基于对于负序电压的定子故障贡献来检测电机中的定子故障。

背景技术

本发明整体涉及电气系统、电机和电动机，并且更具体地讲，涉及用于执行负序电压的分段估计以检测此类电机中的定子绕组故障的系统和方法。

在工业设施中，诸如发电机、AC电动机和/或变压器的电机在各种应用中使用。作为一个示例，感应电动机用于诸如泵送、冷却、物料移动的应用以及需要成本有效且坚固的电动机的其他应用。在此类应用中，配电系统与电机结合使用，其中配电系统包括保护和控制部件(诸如断路器、接触器、起动器等)。

在具有配电系统和AC电机的三相系统中，已经认识到各种因子可导致系统中的三相电压不对称/不平衡。也就是说，高电阻连接和定子绕组故障(stator winding fault)都会改变系统中的电阻，由此导致三相电压不对称/不平衡。关于系统中的定子绕组故障，这些故障可能是由于绕组绝缘的逐渐恶化引起的，这种逐渐恶化归因于以下各项的组合：机电力引起的振动、高dv/dt电压浪涌、热过载和/或污染。如果发生定子绕组故障并且定子的绕组短路，则短路线匝中会引起大的循环故障电流，导致局部热过载。如果未被检测到，这种局部热过载最终会导致电动机在短时间内由于接地故障/相间绝缘或开路故障而发生故障。因此，期望以有效和成本有效的方式检测定子绕组故障。

已经认识到，一些为检测定子绕组故障而开发的现有无传感器技术依赖于监测三相系统的不对称性“变化”的影响的主要方法/概念，因为故障在这些相之一中发生。可以获取/分析参数(诸如提供给电路中的电机的三相电压和电流，电压和电流的正序分量、负序分量和零序分量，电动机端子处的电压不平衡，以及电动机端子处的电流不平衡)，以便识别三相电动机电路中的定子绕组故障—其中匝间故障会导致可识别的负序电压变化。

然而，对于利用电动机的负序参数(即负序电压)的用于检测定子绕组故障的现有无传感器技术，已经认识到除了匝间故障本身之外，各种因子也可导致负序电压的变化—其中这些因子通常称为“噪声因子”。因此，匝间故障检测的准确性和可靠性将至少部分取决于确定对负序电压的噪声因子贡献，其中从总负序电压中减去所估计的噪声因子贡献以识别由于匝间故障而引起的负序电压。

在现有定子绕组故障检测技术中，已经使用线性优化技术(诸如最小均方(LMS)和递归最小二乘(RLS)技术)来执行该噪声因子贡献。然而，已经认识到负序参数具有对负载和供电电压的非线性依赖性，并且因此线性估计技术在出现负载变化时具有较差准确性。噪声因子贡献估计的这种较差准确性限制了可检测到的匝间故障的最低严重性，并且因此可导致故障发生的不正确识别和/或错过识别。虽然已经尝试开发更准确地估计噪声因子贡献的技术—包括负荷箱方法、神经网络方法、以及使用复杂的非线性公式来估计噪声因子贡献—但此类方法是计算密集的、难以实现且成本高。

因此，期望提供能够在检测定子绕组故障时准确地估计对负序电压变化的噪声因子贡献的系统和方法。还期望以简单且成本有效的方式来实现这种系统和方法。

发明简要描述