Метод обработки сигналов токов статора асинхронного двигателя для диагностики обрыва стержня ротора
Д.М. Баннов, В.И. Полищук
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 4, сс. 64—72
Скачать PDF
Состояние вопроса. Актуальность исследования обусловлена высокими требованиями к надежности работы ответственных механизмов собственных нужд тепловых электрических станций. Главным источником механической мощности механизмов собственных нужд тепловых электрических станций являются высоковольтные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Одной из сложнейших для раннего обнаружения причин аварийного останова является обрыв стержня ротора. Обрыв стержня асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором носит скрытый характер, может существовать продолжительное время, не оказывая значительного влияния на режим работы машины, тем не менее факт наличия обрыва можно считать аварийным состоянием асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а последствия выхода из паза магнитопровода необратимыми. Раннее диагностирование обрывов стержней асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором собственных нужд тепловых электрических станций с научной точки зрения является трудноразрешимой и вместе с тем крайне актуальной задачей. Существующие методы диагностики такого рода повреждений основаны на измерении и анализе вибрационных и акустических физических величин. Самым распространенным электрическим параметром, используемым в качестве источника информации, как правило, выступает потребляемый ток, а большинство способов диагностики внутренних повреждений электрических машин базируются на Фурье-анализе. Целью исследования является разработка математического алгоритма обработки оцифрованных кривых токов фаз статора для диагностирования высоковольтного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Материалы и методы. Решение поставленной задачи осуществлено с применением теории электрических машин, метода аналитической аппроксимации экспериментальных данных, метода регрессионного анализа. Получение экспериментальных данных и апробация алгоритма проведены на экспериментальной установке с асинхронным двигателем 0,4 кВ с измененной конструкцией активной части ротора, разработанной непосредственно для физической имитации обрыва стержня асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Результаты. Предлагается новый способ цифровой обработки сигналов токов статора на основе метода регрессионного анализа для диагностирования обмотки ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Получен алгоритм математической обработки оцифрованных кривых токов статора на основе регрессионного анализа в косинусно-синусном базисе для выявления диагностического признака обрыва одного стержня ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определено количество гармонических составляющих, наилучшим образом с точки зрения баланса между экономией вычислительных ресурсов и точностью аппроксимации описывающих исходный сигнал.
Выводы. Разработанный и апробированный математический алгоритм выявления обрыва стержня ротора асинхронного двигателя на основе регрессионного анализа токов статора позволяет с точностью до 97 % определять повреждение роторной цепи, при этом диагностический признак меняет свой уровень при обрыве одного стержня на 5 %. Алгоритм рекомендуется адаптировать к языкам программирования микропроцессорных блоков РЗА.
1. Метод контроля состояния обмоток роторов высоковольтных электродвигателей собственных нужд электростанций при пуске / Е.М. Новоселов, Д.А. Полкошников, В.А. Савельев и др. // Вестник ИГЭУ. – 2019. – Вып. 4. – С. 31–44. DOI 10.17588/2072-2672.2019.4.031-044.
2. Экспериментально-аналитическое определение диагностического признака дефектов обмотки ротора асинхронного электродвигателя / В.А. Савельев, А.С. Страхов, Е.М. Новоселов и др. // Вестник ИГЭУ. – 2018. – Вып. 4. – С. 44–53. DOI: 10.17588/2072-2672.2018.4.044-053.
3. Метод диагностики дефектов синхронных генераторов по изменениям внешнего электромагнитного поля / Ю.Б. Казаков, А.Н. Морозов, А.П. Океанский, Е.А. Шумилов // Вестник ИГЭУ. – 2019. – Вып. 1. – С. 55–61. DOI: 10.17588/2072-2672.2019.1.055-061.
4. Баннов Д.М., Крицкий М.В. Разработка экспериментальной установки для исследований диагностических признаков повреждения короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя // Электроэнергетика глазами молодежи – 2018: материалы IX Междунар. молодежной науч.-техн. конф. В 3 т. Т. 3, г. Казань, 01–05 октября 2018 г. – Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2018. – С. 237–238.
5. Математическая модель асинхронного двигателя в мультифазной системе координат при несимметрии роторных цепей / А.С. Глазырин, В.И. Полищук, В.В. Тимошкин и др. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332, № 10. – С. 213–227.
6. Дрейпер Г., Смит Д. Прикладной регрессионный анализ: пер. с англ. – 3-е изд. – М.: Диалектика, 2017. – 912 с.
7. Классические ортогональные базисы в задачах аналитического описания и обработки информационных сигналов / Ф.Ф. Дедус, Л.И. Куликова, А.Н. Панкратов, Р.К. Тетуев. – М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2004. – 141 с.
8. Бушнев Д.В., Романов А.В. Теоретические основы цифровой обработки сигналов: учеб. пособие. – Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. – 116 с.
9. Вадутов О.С. Математические основы обработки сигналов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 212 с.