技術領域

本發明屬于發電機的技術領域，特別涉及一種基于振動的雙饋異步發電機滑環裝置故障診斷方法。

背景技術

電刷滑環系統是大型雙饋異步風力發電機重要的動靜轉換設備，對發電機的穩定運行起著至關重要的作用。然而,運行中的滑環裝置接觸面損傷故障時常發生，例如滑環面整體劃痕、局部淺表性損傷、環圈圓度破壞等故障，會導致發電機運行紊亂，造成巨大的經濟損失。所以，對電機滑環裝置的故障診斷方法研究刻不容緩。

滑環接觸面損傷后，會導致多種故障現象，如火花放電、電氣量值變化、局部過熱等。日本學者通過天線來接收由電刷滑環間的火花導致的無線電波，從而監測故障火花強度和等級。西班牙學者針對異步電機滑環火花，提出了一套放電火花故障的診斷系統，該監測系統采用統計學的方法記錄由火花釋放出的電磁脈沖干擾的峰值，采集相關數據進行分析對比，可以有效監測電刷滑環間火花故障。德國學者最早將電氣譜監測法應用到電刷滑環間火花監測上，發電機電刷和換向器之間的電流泄露將導致在換向電流中產生高頻脈沖分量，驗證了時域中的電流信號與火花光信號有很強的關聯性，頻域中的電流高頻脈沖幅值與電刷火花的強度也有很強的關聯性。日本學者對汽輪發電機電刷和滑環系統的運行特性進行了深入研究，分析了影響電刷和滑環系統運行的兩個因素：電刷壓力和電刷構造，指出電刷火花與電刷和滑環間的接觸電壓相關性很強，根據接觸電壓波形的峰值可以判斷電刷火花的等級和數量。德國學者從電氣量的角度，通過分析雙饋異步發電機電刷滑環不穩定接觸故障前后的轉子電流頻譜，對電刷滑環系統進行故障診斷。最早提出研究運行中電刷瞬時溫度的文章中綜合考慮電刷的摩擦系數、尺寸、電流密度、接觸壓力、接觸壓降等多方面因素，通過公式推導得出電刷溫升的計算公式，來診斷其運行工況。美國學者用熱電偶嵌入法測量了電刷與滑環接觸面的摩擦溫度，以此來監測電刷滑環的運行性能。中國學者從電刷滑環裝置運行溫度的角度來分析判斷其運行狀況，具有一定工程實踐價值。

綜上，電刷滑環系統的火花監測、溫度監測及電氣量診斷技術雖有較多研究，但大都缺乏一定的靈活性、準確度及有效性，且實踐難度較大，工程應用價值低。尤其對于滑環面局部淺表性損傷，故障特征不明顯，上述方法無法有效進行監測與診斷。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種靈活度更高、更加準確更加效性，且實踐難度小的基于振動的雙饋異步發電機滑環裝置故障診斷方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種基于振動的雙饋異步發電機滑環裝置故障診斷方法，包括以下步驟：

步驟一：采用雙饋異步發電機電刷滑環系統、振動傳感器、信號采集模塊和PC處理模塊構成振動信號采集系統結構；

步驟二：通過信號采集模塊對滑環面滑環振動信號進行采樣，采樣頻率取10kHz，采樣點數取4000個；

步驟三：根據小包波分解原理對所獲取的振動信號進行四層小包波分解，得到16個子頻帶；

步驟四：采用基于小波能量譜的方法，對經小包波4層分解后不同頻帶下的振動信號進行能量統計分析得到能量分布信息；

步驟五：根據能量集中頻段判斷電樞滑環的運行工況，即正常運行、滑環面整體劃痕性損傷故障、滑環面局部淺表性損傷故障以及滑環面環圈圓度損傷故障四種運行工況。

進一步的，所述步驟一中搭建振動信號采集系統的具體步驟如下：首先將振動傳感器的感應探頭安裝在電刷支撐架的表面，然后將振動傳感器的另一端輸出接口與尼高數據采集儀連接，最后尼高數據采集儀通過網絡傳輸線與PC處理機連接，其中振動傳感器通過直流電壓供電。

進一步的，所述步驟五中對于四種故障判斷的具體步驟如下：當測量的頻段在0-937.5Hz時可判斷電樞滑環正常運行，當測量的頻段在0-312.5Hz時可判斷滑環面整體劃痕性損傷故障，當測量的頻段在937.5-1562.5Hz時可判斷滑環面局部淺表性損傷故障，當測量的頻段在625-1250Hz時可判斷滑環面環圈圓度損傷故障。

進一步的，所述信號采集模塊為尼高數據采集儀。

進一步的，所述PC處理模塊為PC信號處理機。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

本發明能夠實現滑環運行狀態的實時監測；振動信號對故障的反應很靈敏，該診斷方法的工程實踐性較強，易于推廣應用；計算出振動信號能量集中的頻率帶，可以準確地對故障類型進行識別和診斷，此方法清晰、直觀、有效。

附圖說明

圖1為本發明的總體流程圖；

圖2為圖1中振動信號采集系統結構圖；