Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проблемы обнаружения витковых замыканий в обмотке ротора синхронных машин 21
1.1. Статистический анализ повреждаемости обмотки ротора 21
1.2. Причины повреждения обмотки ротора сг 26
1.3. Анализ проблем выявления виткового замыкания в обмотке ротора, задачи и методы функциональной диагностики 33
1.5. Выводы к главе 1 44
2. Развитие теории математического моделирования режимов работы синхронной машины 45
2.1. Моделирование синхронной машины 45
2.3. Моделирование магнитных полей рассеяния от обмоток статора и ротора в торцевой зоне 59
2.4. Моделирование магнитного поля воздушного зазора турбогенератора 69
2.5. Моделирование магнитного поля торцевого щита 71
2.6. Выводы к главе 2 77
3. Разработка методов выделения диагностического признака виткового замыкания обмотки ротора на основе анализа сигналов с датчиков магнитных потоков рассеяния 78
3.1. Индукционные преобразователи 78
3.2. Разработка датчика магнитного поля для диагностической системы 81
3.3. Метод определения витковых замыканий в роторе на основе дифференциального принципа измерения параметров магнитного поля рассеяния в торцевой зоне синхронной машины 93
3.4. Разработка метода выявления диагностического признака виткового замыкания в обмотке ротора на основе анализа компонентов выпрямленного сигнала с датчика магнитного поля рассеяния 104
3.5. Способ настройки эллиптического фильтра с учетом локальных неоднородностей амплитудно-частотной характеристики 117
3.6. Выводы к главе 3 128
4. Развитие теории построения цифровых систем диагностики повреждения обмотки ротора синхронного генератора 129
4.1. Особенности построения диагностической системы на основе цифровых сигнальных процессоров 129
4.2. Проблема выделения полезной составляющей из нестационарного сигнала в условии непараметрической априорной неопределенности и ограниченного объема измерений 134
4.3. Метод выделения полезной информации о повреждении витковой изоляции обмотки ротора на основе адаптивных алгоритмов идентификации, с учетом дополнительной априорной информации 137
4.5. Выводы к главе 4 154
5. Совершенствование методики выявления диагностического признака виткового замыкания в обмотке ротора синхронной машины на основе анализа электрических параметров статора 155
5.1. Метод выявления диагностического признака на основе анализа токов и напряжений статора 155
5.2. Обоснование структуры динамической нейронной сети 160
5.3. Формирование входных сигналов статорных токов и напряжений 164
5.4. Формирование входного сигнала оценки квазиреактивной мощности синхронной машины 167
5.5. Подготовка тренировочного набора, выбор метода обучения и тестирование обученной динамической нейронной сети 173
5.6. Способ и устройство выделения диагностического признака виткового замыкания на основе динамической нейронной сети 176
5.7. Выводы к главе 5 188
6. Концепция построения интеллектуальной системы диагностики виткового замыкания в обмотке ротора синхронной машины 189
6.1. Архитектура интеллектуальной системы функциональной диагностики синхронного генератора 189
6.2. Построение экспертной интеллектуальной системы функциональной диагностики синхронной машины 192
6.3. Выводы к главе 6 209
Заключение 210
Список литературы 214
- Анализ проблем выявления виткового замыкания в обмотке ротора, задачи и методы функциональной диагностики
- Моделирование магнитного поля воздушного зазора турбогенератора
- Разработка метода выявления диагностического признака виткового замыкания в обмотке ротора на основе анализа компонентов выпрямленного сигнала с датчика магнитного поля рассеяния
- Метод выделения полезной информации о повреждении витковой изоляции обмотки ротора на основе адаптивных алгоритмов идентификации, с учетом дополнительной априорной информации
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время для выработки электрической энергии переменного тока в основном используют синхронные генераторы (СГ). Переход от плановой экономики к рыночной начавшийся в 1985г сопровождался общим спадом промышленного производства в том числе и в энергетике. В результате в России, Казахстане и в странах ближнего зарубежья порядка 80% СГ находятся в эксплуатации более 20 лет. В соответствии со статистическими данными у этих генераторов наступает период резкого возрастания числа повреждений в обмотке ротора, которые сопровождаются замыканием на землю в одной и двух точках, а так же витковыми замыканиями.
Витковые замыкания в обмотке ротора вызывают неравномерность магнитного тяжения ротора. Что приводит к увеличению вибрации, с последующей аварией.
Практика эксплуатации турбогенераторов класса 160+1200 МВт показывает, что работа их даже при замыкании одного витка неприемлема. Еще жестче подход к защите роторов гидрогенераторов. Их отключают при замыкании на землю в одной точке без выдержки времени, это позволяет избежать замыкания во второй точке, то есть замыкания части витков обмотки ротора.
На сегодня в энергетике практически все СГ оборудованы защитами от замыканий на землю в одной точке, например, защитами типа КЗР-3. В турбогенераторах до 160 МВт для защиты от замыканий на землю во второй точке используют переносной комплекс защиты КЗР-2, а защиты от виткового замыкания не устанавливаются. Это вызвано отсутствием теории, позволяющей разрабатывать простые и чувствительные устройства защиты.
Таким образом, работа по развитию теории построения простых и чувствительных устройств релейной защиты ротора СГ от витковых замыканий актуальна.
Цель работы. Целью работы является развитие теории построения защит ротора СГ от витковых замыканий. Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- построение математической модели для оценки вероятности
повреждения обмоток ротора СГ и определения эффективности применения
защиты с заданной чувствительностью;
- углубление теории математического моделирования явнополюсного и
неявнополюсного СГ с целью расчета токов в обмотках ротора и статора
практически всех эксплуатационных режимах и при витковых замыканиях в
обмотке ротора с точностью, достаточной для реализации защит;
разработка теории математического моделирования магнитного поля рассеяния обмоток ротора, статора и воздушного зазора в торцевой зоне СГ и магнитных потоков в ферромагнитных элементах с точностью 10-45%;
- обоснование способов защит обмотки ротора СГ от витковых
замыканий основанных на измерении разницы амплитуд положительной и
отрицательной полуволн ЭДС на выходе индукционного преобразователя;
- обоснование критериев выбора порога срабатывания защит обмотки
ротора СГ от витковых замыканий.
Научная новизна:
развиты основные положения математических моделей явнополюсного и неявнопояюсного СГ, что позволяет моделировать токи ротора и статора практически всех эксплуатационных режимов и при витковых замыканиях в обмотке ротора;
развита теория метода зеркальных отображений с коррекцией токов, что позволило разработать надежный и достаточно точный метод моделирования магнитных полей лобового рассеяния обмоток ротора, статора и воздушного зазора. Метод основан на расчете магнитного поля от двух симметричных проводников конечной длины с током;
- развиты теоретические основы построения защит ротора СГ от
витковых замыканий, что позволило предложить три способа защиты обмотки
ротора иа одном и двух индукционных преобразователях;
разработаны методы расчета параметров индукционных преобразователей внутренней и внешней установки;
- обоснованы критерии выбора порога срабатывания разрабатываемых
защит ротора СГ от витковых замыканий.
Положения, выносимые на защиту:
- новые математические модели явнополюсного и неявнополюсного СГ,
позволяющие рассчитывать токи ротора и статора практически во всех
эксплуатационных режимах и при витковых замыканий в обмотке ротора;
- простой и надежный способ математического моделирования
магнитных полей рассеяния обмоток ротора, статора и воздушного зазора в
торцевой зоне и магнитных потоков в ферромагнитных элементах торцевой
зоны СГ, а так же расчет параметров индукционных преобразователей защиты,
- теоретические основы построения защит от витковых замыканий в
обмотке ротора СГ на индукционных преобразователях и обоснование
критериев выбора порога срабатывания защит;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы:
математические модели явнополюсного и неявнополюсного СГ дающие возможность рассчитывать токи в обмотках ротора и статора практически во всех эксплуатационных режимах, а так же при витковых замыканиях в обмотке ротора с точностью, достаточной для реализации защит;
метод математического моделирования магнитного поля рассеяния от двух симметричных проводников конечной длины с током, основанный на методе зеркальных отображений с коррекцией токов прост и надежен, что дает возможность с точностью до 15% рассчитывать магнитные поля рассеяния обмоток ротора, статора и воздушного зазора в торцевой зоне и магнитных потоков в ферромагнитных элементах торцевой зоны СГ;
теоретические основы построения защит от витковых замыканий в обмотке ротора СГ позволяют разрабатывать устройства для защиты ротора от
витковых замыканий на индукционных преобразователях с заданными характеристиками;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: использованием фундаментальных положений теоретических основ электротехники и математики, электрических машин и теории релейной защиты, методов математического моделирования токов и магнитных полей в электрических машинах, натурного эксперимента.
Реализация! результатов работы. Одно устройство защиты ротора СГ от витковых замыканий, реализующее разработанные теоретические основы построения защит, установлено в опытную эксплуатацию в АО «Станция ЭГРЭС-2» на турбогенератор ТВВ-500-2ЕУЗ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на республиканской научно-технической конференции «II чтения Ш.Шокина», Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова, Павлодар, 2006г.; на заседании кафедры «Электрические станции и автоматизация энергосистем» Павлодарского государственного университета им. С.Торайгырова, 2005г. и кафедры «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С.Торайгырова, 2007г, на заседания Ученого Совета АО «КазНИИ энергетики имени академика Ш.Ч.Чокина», Алматы 2007г.
Публикации. Содержание диссертации нашло отражение в 12 работах, в том числе 3 патентах на изобретение Республики Казахстан. 2 статьи опубликованы в журналах рекомендованных ВАК РФ, «Промышленная энергетика» и «Электромеханика» (Изв. высш. учеб. заведений).
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 149 страницах машинописного текста. Содержит 6$ рисунков, 3 таблицы, список использованных источников из 74 наименований и 1 приложение на 1 странице, содержащие материалы, относящиеся к практической реализации.
Анализ проблем выявления виткового замыкания в обмотке ротора, задачи и методы функциональной диагностики
Основным источником информации о показателях повреждаемости обмотки ротора синхронных машин (СМ) являются данные эксплуатации. Ввиду больших конструктивных различий, влияющих на надежность работы изоляции обмотки ротора, анализ повреждаемости необходимо проводить для каждого типа машин. Наиболее полные данные об инцидентах и авариях, произошедших на таких синхронных машинах в России как турбогенераторы, в период с 2001 по 2005 годы, изложены в [1]. Например, по состоянию на 31.12.2005 г. в эксплуатации находилось 10 турбогенераторов типов ТВВ-800-2Е и ТВВ-800-2 на трех электростанциях. За пятилетний период произошло 8 технологических нарушений, в том числе в статорах – 2, в роторах – 4, в оборудовании систем возбуждения – 1, в щеточно-контактном аппарате – 1. Распределение нарушений по узлам и системам турбогенераторов показано на рис. 1.1.
Поскольку количество турбогенераторов данного типа на электростанциях различно, то для оценки эксплуатационной надежности синхронных генераторов (СГ) широко применяется понятие удельной повреждаемости (удельного числа аварийных отключений), которое представляет собой среднее число аварийных отключений на одну машину в год, выраженное в процентах от общего числа отключений. Удельная повреждаемость машин типов ТВВ-800-2Е и ТВВ-800-2 была высокой и составила 16,0 10-2год-1 при средней величине по всем типам турбогенераторов 7,81 10-2год-1 и при минимальной – 1,94 10-2год-1 год по парку турбогенераторов типа ТВВ-800-2Е и ТВВ-800-2. Высокое значение повреждаемости было обусловлено, главным образом, нарушениями в работе статоров и роторов. Основными причинами технологических нарушений в работе роторов явились дефекты системы изоляции обмотки ротора.
Согласно [1], в России в 2001...2005 гг. произошло 74 технологических нарушения в работе роторов. В таблице 1.1 приведена удельная повреждаемость роторов конкретных типов турбогенераторов. Удельная повреждаемость составила =1,00 10-2 год-1 в среднем по всем типам машин. Наиболее ненадежными в России были роторы турбогенераторов типов ТВМ-500, ТГВ-500, ТВМ-300 и ТВВ-800-2. Безаварийно работали роторы в генераторах ТВВ-320-2. ТВВ-160-2Е, ТВФ-63-2Е, ТВ2-100-2. ТЗВ-110-2, ТЗВ-63-2, ТВ-50-2, ТГВ-25, Т2-25-2, Т2-12-2 и Т2-6-2, а также в отечественных машинах старого типа и в импортных. Естественно предположить, что в них были дефекты ротора, но они не успели привести к технологическим нарушениям в работе до вывода генератора в ремонт.
Распределение всех нарушений в работе роторов по годам анализируемого периода показано на рис. 1.2 [1], из которого видно, что количество нарушений было примерно одинаково по годам, поскольку все они находятся в пределах X ± 3 = 5,9 % … 34,1 % (на рисунке показаны пунктиром). Следовательно, работа турбогенераторов в регулировочном режиме не приводила к заметному увеличению количества технологических нарушений у роторов в течение 2001...2005 гг.
Таблица 1.1 Удельная повреждаемость роторов турбогенераторов Тип(ТГ «большоймощности») Удельная повреждаемость.10-2 год-1 Тип(ТГ «среднеймощности») Удельная повреждаемость.10-2 год-1 Тип(ТГ «малоймощности») Удельная повреждаемость. 10" 2 год1 ТВМ-500 40,00 ТВФ-120-2 2,20 Т-32-2ВЗ 2,86 ТГВ-500 25,00 ТВФ-60-2 1,09 Новые 2,67 ТВМ-300 12,50 ТВФ-100-2 1,08 ТВС-32 1,67 ТВВ-800-2Е ТВВ-800-2 8,00 ТВФ-63-2 0,92 Т-12-2 1,21 ТВФ-110-2Е 0,68 ТВС-30 0,82 ТЗВ-800-2 4,00 ТВ-60-2 0,32 ТВ2-30-2 0,29 ТТВ-300 3,08 ТВФ-63-2Е 0 ТГВ-25 0 ТГВ-200 1,60 ТВ2-100-2 0 Т2-25-2 0 ТВ2-150-2 1,43 ТЗВ-110-2 0 Т2-12-2 0 ТВВ-200-2А ТВВ-220-2 1,25 ТЗВ-63-2 Т2-6-2 ТВ-50-2 0 Старые 0 ТВВ-165-2 ТВВ-160-2 1,11 Инофирмы 0 ТГВ-200-М ТГВ-200-2М 0,34 ТВВ-320-2 0 ТВВ-160-2Е 0 В течение первого года работы машины после окончания ее ремонта произошло 42 % нарушений, в течение первых двух лет – 68 %. Нарушения в работе роторов возникали чаще всего из-за несоблюдения регламента технического обслуживания турбогенераторов. Причинами нарушений в работе роторов явились дефекты 7 сборочных единиц, в том числе: катушек обмоток – 33,8 %, контактных колец – 27,0 %, токоподводов – 25,7 %, бандажных колец – 5,4 %, остального – 8,1 %. Дополнительный материал может быть получен путем испытаний в заводских условиях. Так, согласно [2,3,4], при проведении испытаний на повреждения обмотки ротора турбогенераторов приходится 19 %, гидрогенераторов – 25 % и в СГ до 100 кВт – 8 % от всех отказов машины. Количество повреждений, % ЗО 20 10 0 2001 2002 2003 2004 2005 год
Значительный интерес представляет статистика повреждаемости СГ мощностью до 100 кВт, которые обычно используют в различных установках автономного питания. На территории России количество находящихся в эксплуатации СГ до 100 кВт приближается к миллиону штук. Это, безусловно, достаточный материал для статистических исследований. Данные по распределению отказов основных узлов машин мощностью до 100 кВт за восемь лет приведены в таблице 1.2. [5].
Моделирование магнитного поля воздушного зазора турбогенератора
Скрытность причинно-следственных связей присуща практически всем видам электрооборудования на электростанциях [20,7,17], а синхронный генератор представляет собой одну из сложнейших электромеханических систем. Выявление такого повреждения как витковое замыкание в обмотке ротора трудновыполнимо, так как нет диагностической информации, которая бы однозначно была связана с состоянием межвитковой изоляции. Возможным косвенным признаком ВЗ в обмотке ротора СГ служит изменение вибрации [21,22,19] или же появление частиц материала изоляции обмоток генератора в охлаждающем газе [24]. Защиты от ВЗ в роторе пока еще не разработаны, а диагностируется такое повреждение в подавляющем большинстве случаев только на остановленной машине [22,19,7]. Физическая природа самого повреждения носит неявно выраженный характер – в месте ВЗ отсутствует ток короткого замыкания в классическом его понимании, нет электрической дуги и значительного изменения падения напряжения [23,25,9]. Нагревы и разрушение изоляции носят не только локальный характер, но и они растянуты во времени на часы, а то и на годы [9].
Очевидным представляется, что ВЗ в обмотке ротора СГ влияет на изменение электрических величин и параметров обмотки. В целом простейшие способы выявления ВЗ связаны с определением отклонения параметров обмотки от номинальных значений, но такие изменения проводятся только на остановленной машине во время технического обслуживания или ремонта. Применение простейших способов обнаружения ВЗ на работающей машине не представляется возможным вследствие того, что омическое сопротивление обмотки ротора СГ находится на уровне единицы Ома и при замыкании изменяется незначительно. Кроме того наличие в электрической цепи динамически изменяющихся переходных сопротивлений на щеточно-контактном аппарате осложняет решение этой задачи. Переходные сопротивления контактов зависят от многих параметров, таких как амплитуды и скорости изменения тока, геометрии контактного профиля, температуры. Кроме того процесс измерения сопротивления подвержен влиянию функционирования системы автоматического регулирования возбуждения. Все это препятствует однозначной трактовке результатов измерения и делает такой способ определения ВЗ неприемлемым для построения систем функциональной диагностики.
По мнению ряда исследователей [26-28] основой для построения систем функциональной диагностики виткового замыкания в обмотке ротора СГ может служить анализ происходящих изменений в векторной диаграмме Потье. Способ базируется на взаимосвязи между величиной тока возбуждения и наводимой в обмотках статора ЭДС. Величина магнитодвижущей силы обмотки возбуждения F = If-wf зависит как от тока I f, так и от общего количества витков обмотки ротора wf, которые в режиме ВЗ уменьшаются на величину замкнувшихся витков Awf. МДС ротора создает магнитный поток Ф0, который, вращаясь вместе с ротором в соответствии с законом электромагнитной индукции, индуцирует в каждой фазе обмотки статора ЭДС.
Ввиду необходимости учета сложных физических факторов, взаимовлияющих на все измеряемые параметры, а также необходимости иметь для сравнения базу данных параметров исправной машины практически во всех режимах работы, реализация такого способа требует разработки сложного и громоздкого алгоритма расчетов [27].
ВЗ в обмотке ротора проявляется в появлении магнитной несимметрии, и для его обнаружения ведутся разработки по анализу магнитной несимметрии от обмотки ротора путем измерения магнитного поля ротора с помощью датчиков магнитного поля, вставляемых в воздушный зазор генератора [7,29-33]. Основной проблемой реализации такого метода является необходимость установки специализированного датчика в воздушный зазор СГ, а поскольку такие датчики не производятся, то требуется их разработка, кроме того, их установка возможна только на СГ с достаточно большим воздушным зазором. При этом требуется согласование с заводом-изготовителем по внесению изменений в конструкцию машины. При наличии пазов на большом зубе и использовании магнитных клиньев на роторе отмечаются большие трудности в истолковании полученных данных. Измерения при полной нагрузке также могут привести к сильной погрешности. Установка датчиков в воздушный зазор снижает надежность машины, сама установка датчиков может быть осуществлена только во время ремонта связанного с выводом ротора.
Определение ВЗ в роторе СГ возможно на основе анализа магнитных полей, измеренных в торцевых частях, и магнитных потоков в ферромагнитных элементах торцевой зоны [25,34-39]. Проблемы проектирования таких защитно-диагностических систем связаны со слабо развитой теорией по моделированию магнитных полей в торцевой зоне и недостаточно полном исследовании характера изменения этих полей при возникновении ВЗ обмотках СГ.
Разработка метода выявления диагностического признака виткового замыкания в обмотке ротора на основе анализа компонентов выпрямленного сигнала с датчика магнитного поля рассеяния
Первая является стенкой вентиляционного канала. Именно ее обычно используют при расчете магнитного поля статора, ротора и воздушного зазора в торцевой зоне. Ее края не доходят в верхней точке до корпуса на S2 (точка с), а в нижней - до вала на д3 (точка d). Поэтому считается, что через нее замыкается магнитный поток Фек, обусловленный магнитными потоками Фz через ее внутреннюю поверхность. На этой стенке ДМП обычно не размещают, а поток Фвк не рассчитывают [155,154]. Вторая поверхность образована торцевым щитом. Ее при расчете магнитного поля торцевой зоны СГ от статора, ротора и воздушного зазора не учитывают, так как ее экранирует стенка вентиляционного канала. Она примыкает к корпусу практически без зазора, а к валу СГ - с зазором . Считается, что именно через нее замыкается магнитный поток Фщ, образованный магнитными потоками через три остальные стенки призматического канала. Моделирование Фщ осуществляют следующим образом.
В соответствии с граничными условиями [153], тангенциальная составляющая поля от обмоток статора и ротора В\ и В1 на любой из пограничных плоскостей равна нулю. Поэтому, магнитные потоки через стенку определяют только по В1 и В} - их нормальной составляющей. В соответствии с рис. 2.9 и 2.13,а, на стенках Ъ-с и a -d это В 1 и В г, а на стенке а - Ъ соответственно Bz1 и Bzr. На рис. 2.14,а приведены кривые распределения нормальной составляющей магнитной индукции Ву1(—) и Byf (-), по пограничным поверхностям торцевой зоны СГ ТВВ-500-2ЕУ3, рассчитанные для режима номинальной нагрузки. Так как В" = /(/) и В" = /(/) известны, то распределение магнитных потоков от их вдоль пограничных поверхностей моделируется по расчетной схеме (рис. 2.13,б) при следующих допущениях: 1. Падением магнитного напряжения в ферромагнитных элементах, а также воздушными зазорами S и ST, пренебрегается. 2. Величина магнитного потока / -го элемента через j -й элемент [ф ) считается прямо пропорциональной Ф. - магнитному потоку і -го элемента и обратно пропорциональной Rtj воздушному промежутку между / -м и j -м элементами. 3. Составляющие магнитного потока Фц по контуру вдоль пограничных поверхностей и против часовой стрелки равны по величине. Положительным направлением при суммировании магнитных потоков в этом случае считается направление по часовой стрелке.
Распределение магнитной индукции от обмоток статора и ротора ТВВ-500-2ЕУ3 по поверхности ферромагнитных стенок торцевой зоны - (а) и магнитных потоков по ферромагнитным стенкам - (б).
Моделирование магнитных потоков вдоль поверхности ферромагнитных элементов торцевой зоны осуществляется в следующем порядке. Первоначально в соответствии с рис. 2.13 ферромагнитные поверхности вдоль обхода контура разбиваются на элементарные площадки с размерами Ayxbcn и Azxbcn, где Ъсп - размер площадки вдоль оси х.
Затем определяются их координаты (угг и воздушный промежуток Ri} по торцевой зоне между ними: Ry = J(xi -Xjf + (yi - уj f . Затем находится расчетное расстояние между і -им и всеми j -ми элементами: ZZ R l и определяется часть магнитного потока Фi через j -й элемент: ФR Фу Магнитный поток вдоль i -й элементарной площадки определяется как сумма потоков Otj в ее границах. На рис. 2.14,б кривыми () и (—) показано рассчитанное распределение магнитных потоков от обмоток статора и ротора вдоль граничных поверхностей СГ ТВВ-500-2ЕУ3, где Фщ - магнитный поток в торцевом щите, проходящий по отрезку с - d .
Поле в торцевом щите токов в проводниках, расположенных в пазах статора и ротора, моделируется по известному распределению магнитной индукции в воздушном зазоре СГ. При этом считается, что падение магнитного напряжения в ферромагнитных элементах конструкции торцевой зоны равно нулю. Тогда для магнитной цепи “a”…“d” на рис. 2.14,а магнитное напряжение по основной гармонической можно записать: Uad = HSS = HSiS,. В области уплотнения: Яд= игя= Яя (2.4) а магнитный поток: Фщ=ВгАЛ- (2-5) Из (2.4) и (2.5) видно, что магнитный поток в торцевом щите от Bs в основном зависит от S1. Определение их величин затруднено тем, что значительная часть Фщ в области уплотнения замыкается через воздух, в том числе и через наружную сторону торцевого щита. Поэтому для упрощения расчетов, как показали эксперименты, следует принимать Sx = (0,05...0,2). Экспериментальная проверка расчетов В5Х и Фщ проводилась на СГ ТВВ-500-2ЕУ3 в режиме нагрузки. Магнитный поток вблизи уплотнения измерялся катушкой индуктивности без сердечника, а в щите катушкой с П-образным сердечником. Погрешность метода моделирования не превысила 20 %.
Анализ результаты моделирования составляющих магнитного потока в щите Фщ по рис. 2.14,б показывает, что существует зона, где статорная составляющая близка к нулю. В то же время роторная составляющая имеет достаточную для измерения величину. Следовательно, на торцевом щите (отрезок с-d рис. 2.14,б) имеется участок, магнитный поток в котором наводится в основном от обмотки ротора, и именно в этой зоне наиболее целесообразна установка магнитного шунта.
Метод выделения полезной информации о повреждении витковой изоляции обмотки ротора на основе адаптивных алгоритмов идентификации, с учетом дополнительной априорной информации
В настоящее время наметилась устойчивая тенденция перехода к микропроцессорным системам функциональной диагностики сложных электроэнергетических объектов [176]. Диагностические сигналы, несущие полезную информацию, получают с помощью измерительных датчиков, которые, как правило, являются аналоговыми. Использование цифровой обработки диагностических сигналов более эффективно и имеет широкие возможности использования алгоритмов цифровой фильтрации и спектрального анализа, алгоритмов корреляционного анализа, обратной свертки, специальных алгоритмов линейного предсказания и методов искусственного интеллекта [177].
При решении проблемы построения цифровой системы диагностики повреждения обмотки ротора СМ приходится решать такие основополагающие задачи, как выделение полезного сигнала на фоне случайных помех с произвольным распределением и учет специфических особенностей аппаратуры цифровой обработки сигналов. Для того, чтобы сформировать требования к аппаратуре, необходимо четко представлять возможности реализации перспективного математического метода на имеющейся аппаратной базе.
В представленном параграфе сделаем допущение, что на вход диагностической системы поступает аналоговый сигнал с датчика, не содержащий случайных помех. Выделению полезной составляющей из сигнала посвящены следующие параграфы данной главы.
Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой происходит в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП), где осуществляется дискретизация сигнала по времени и квантование по уровню. Очевидным является утверждение, что чем выше частота дискретизации, тем более точным будет цифровое представление сигнала и относительно небольшим будет время, отводимое цифровому сигнальному процессору (ЦСП) для расчетных операций, которые необходимо выполнить в период между соседними отсчетами по времени. В то же время в случае малого числа отсчетов или по-другому – слишком низкой частоты дискретизации, ценная информация о сигнале может быть потеряна.
Согласно известному критерию Котельникова-Шеннона-Найквиста, частота дискретизации fs сигнала с шириной полосы fa должна удовлетворять условию fs 2fa. Этот критерий требует, чтобы частота дискретизации была, по крайней мере, вдвое больше полосы пропускания спектра сигнала, в противном случае информация о сигнале будет потеряна. Если частота дискретизации меньше удвоенной полосы пропускания аналогового сигнала, возникает эффект, известный как наложение спектров (aliasing).
Процесс квантования вносит свои изменения в сигнал. Различные устройства даже от одного производителя специфицируются по-разному, например: весом младшего разряда (LSB), долей от полной шкалы размером в один миллион (ppm FS), милливольтами (мВ) и т.д. (табл. 4.1).
Квантование можно рассматривать как передачу непрерывного сигнала в условиях детерминированных помех, являющихся шумом квантования. Шум квантования образуется как разница непрерывного U(t) и квантованного Uk(t) сигналов (рис. 4.1.). Одним из важных требований, предъявляемых к цифровой системе, является обеспечение определенного динамического диапазона. Динамический диапазон – это отношение максимальной амплитуды Amax к 131 D ш минимальной Ami n входного сигнала при поддержании заданного отношения сигнал/шум на выходе Rш
Выбор разрядности цифровой системы при условии обеспечения требуемого динамического диапазона выполняется по следующему алгоритму [177]: 1. Оценивается величина bD - разрядность цифрового кода входного сигнала, при которой обеспечивается заданная величина динамического диапазона D без гарантии получения требуемой величины отношения сигнал/шум. Из выражения Amn=10-D/20 A вхmn=2-b, (4.1) где Aaia- амплитуда входного сигнала на нижней границе динамического диапазона; Aвшіп - минимальная амплитуда входного сигнала, следует:
