РЕГИСТРАЦИЯ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ Российский патент 2023 года по МПК G01R31/12 G01R31/34 

Изобретение относится к регистрации частичных разрядов на обмотке электрической машины.

Частичные разряды представляют собой локальные электрические разряды, которые вызываются, например, в локальных неоднородностях изоляционного материала, например, в мелких воздушных включениях внутри изоляции электрической проводки, из-за сильных неоднородностей электрического поля. Частичные разряды могут локально повреждать изоляцию и при долговременном воздействии приводить к отказу изоляции. Поэтому, в частности, электрические машины регулярно проверяются на частичные разряды. Частичные разряды вызывают короткие электромагнитные импульсы с типичной длительностью импульса менее 1 мкс и частотными составляющими вплоть до диапазона ультравысоких частот (UHF). Обычно, осуществляется поиск сигналов частичных разрядов в частотных диапазонах между примерно 100 кГц и 10 МГц, в которых импульсы частичных разрядов, как правило, являются наиболее сильными.

Для регистрации частичных разрядов имеется множество способов измерения, частично стандартизованных, например, согласно DIN EN 60270. На электрических машинах почти исключительно проводятся автономные (офлайн-) измерения, при которых регулярная эксплуатация электрической машины прерывается, и возникают высокие затраты, например, из-за прерываний эксплуатации, и затраты на измерительные приборы. Поэтому такие измерения могут выполняться лишь от случая к случаю.

При офлайн-измерениях, измерительная структура может выполняться в определенной окружающей среде, и внешние помеховые воздействия могут часто (но не всегда) в значительной степени исключаться. При онлайн-измерениях, во время регулярной эксплуатации электрической машины, напротив, все рабочие компоненты активны и могут оказывать влияние на эти измерения за счет ввода помеховых сигналов. Когда вращающаяся электрическая машина работает, например, на вентильном преобразователе (инверторе), на импульсы частичных разрядов накладывается множество помеховых сигналов, которые вызываются процессами переключений вентильного преобразователя. В качестве других источников помех могут рассматриваться, например, радио услуги, такие как радиовещание, производственная радиосвязь или мобильная радиосвязь, неспециальные EMV-источники помех, неразрешенные радиоприборы, приборы, работающие в ISM-диапазонах (например, устройства высокочастотной сварки, лазерные приборы), беспроводные ключи, системы охранной сигнализации и/или беспроводные переключатели. То, какие помеховые сигналы могут возникать, и какие частоты имеют эти помеховые сигналы, зависит от конкретных свойств компонентов объекта, в котором должны регистрироваться частичные разряды (например, компонентов системы из вентильного преобразователя и электрической машины), а также от источников помех, имеющихся в окрестности объекта.

В промышленных установках часто возникают помехи из-за соседних машин на инверторе. Это может представлять собой длительно существующую проблему. Сварочные работы в окрестности могут также быть источником помех. При ремонтных работах, однако, это только временная помеха, а в случае сварочных роботов - продолжительно действующая помеха. В случае помеховых сигналов речь идет, в частности, об импульсных помехах с широким спектром вплоть до диапазона МГц или 100 МГц. При этом частотный диапазон зависит от источника помех.

Для надежной регистрации частичных разрядов, подобные помеховые сигналы должны отделяться или различаться от сигналов частичных разрядов, чтобы не перепутать сигналы частичных разрядов с помеховыми сигналами.

Из US2007057677A1 известно устройство и способ для обнаружения частичных разрядов в проводящем стержне динамоэлектрической машины, причем проводящий стержень снабжен внешней электрической изоляцией. Первый и второй датчик выполнены с возможностью регистрации сигнала, генерируемого частичным разрядом, который распространяется вдоль проводящего стержня. Первый и второй датчики расположены на расстоянии друг от друга на проводящем стержне, чтобы выводить выходной сигнал частичного разряда, который представляет определенный момент времени регистрации. Выходные сигналы частичного разряда первого и второго датчиков подаются на блок оценки, который выполнен так, что он определяет местоположение частичного разряда на проводящем стержне.

Из US2018120380A1 известно устройство контроля для контроля активности частичных разрядов в электрической системе переменного тока. Устройство содержит следующее: пару высоко- и низкочастотных датчиков, модуль временного управления, который расположен так, что он принимает циклический сигнал от низкочастотного датчика и выдает временной управляющий сигнал, который выводится из хронирования следующих друг за другом циклов циклического сигнала; и блок контроля, который расположен, чтобы оцифровывать сигнал от высокочастотного датчика, чтобы регистрировать оцифрованный сигнал как следующие друг за другом блоки данных различной длительности и чтобы вызывать регистрацию каждого блока данных как реакцию на тактовый сигнал. Электрическая система с контролем состояния включает в себя регулируемый по числу оборотов привод и двигатель, приводимый в действие приводом, с парой датчиков.

В основе изобретения лежит задача улучшить регистрацию частичных разрядов на обмотке электрической машины, в частности, в отношении различения между сигналами частичных разрядов и помеховыми сигналами.

Задача в соответствии с изобретением решается способом с признаками пункта 1 формулы изобретения и устройством с признаками пункта 12 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В соответствующем изобретению способе для регистрации частичного разряда на обмотке электрической машины, регистрируют первые электромагнитные измеряемые сигналы в частотном диапазоне частот частичных разрядов и вторые электромагнитные измеряемые сигналы в частотном диапазоне помех. Кроме того, задают временное окно вокруг первого измеряемого сигнала и определяют критерий распознавания для сигнала частичного разряда и критерий помехового сигнала для второго измеряемого сигнала.

Частичные разряды могут возникать в различных местах, таких как паз или лобовая часть обмотки. Различные типы имеют на графике частичного разряда с разрешением по фазе различные образцы. Временное окно может, в частности, быть согласовано или согласуется с ожидаемым.

TE-импульсы имеют, как правило, длительность примерно 100 нс или короче, чем 5 мкс. Временное окно в одной форме выполнения может занимать менее 5 мкс перед импульсом и после него.

Вывод о частичном разряде делается, когда регистрируется первый измеряемый сигнал, который выполняет критерий распознавания, и во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала не регистрируется второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала.

В соответствии с изобретением, наряду с электромагнитными измеряемыми сигналами для регистрации частичных разрядов, которые здесь обозначаются как первые измеряемые сигналы, регистрируются дополнительные электромагнитные измеряемые сигналы, которые здесь обозначаются как вторые измеряемые сигналы и с которыми детектируются помеховые сигналы, которые могли бы влиять на первые измеряемые сигналы или даже генерировать их.

В варианте осуществления, второй измеряемый сигнал может также быть сигналом, который не является электромагнитным сигналом. Он может выводиться, например, при наличии соседнего двигателя на инверторе, тем, что там измеряют корпусной звук и посредством корпусного звука определяют такты инвертора. В общем случае, при этом следует обращать внимание на время распространения в корпусе машины. Импульс корпусного звука поступает намного позже в датчик (сенсор), чем электрическая помеха на сенсор частичного разряда. В другом варианте осуществления, например, управляющий сигнал мощного полупроводникового прибора инвертора применяется непосредственно для гашения помехи, следовательно, как второй измеряемый сигнал, причем последний вновь может быть электрическим или оптическим сигналом.

Для того чтобы идентифицировать первые измеряемые сигналы как кандидаты для сигналов частичных разрядов, их регистрацию ограничивают типичным для частичных разрядов частотным диапазоном частичных разрядов, и определяют критерий распознавания, который должен выполнять первый измеряемый сигнал, чтобы классифицироваться как кандидат для сигнала частичного разряда. Вторые измеряемые сигналы регистрируют в частотном диапазоне помех, который является релевантным для помеховых сигналов, которые могли бы влиять или генерировать первые измеряемые сигналы.

Кроме того, в частности, определяют критерий помехового сигнала, который характеризует второй измеряемый сигнал как потенциально релевантный помеховый сигнал для регистрации частичных разрядов. Для оценки вторых измеряемых сигналов задают временное окно вокруг регистрируемого первого измеряемого сигнала, в котором отыскивают помеховые сигналы, релевантные для регистрации частичных разрядов, когда первый измеряемый сигнал посредством критерия распознавания классифицируется как кандидат для сигнала частичного разряда. Тем самым учитывается, что первый измеряемый сигнал может испытывать влияние или генерироваться только посредством помех, которые появляются за короткое время перед регистрацией первого измеряемого сигнала (в частности, за несколько мкс), так что для регистрации частичных разрядов релевантны только помеховые сигналы, которые по времени совпадают с первым измеряемым сигналом по меньшей мере приблизительно.

В варианте осуществления, величина временного окна может устанавливаться или изменяться. При этом следует учитывать, например, расстояние между антеннами, то есть влияние времени распространения сигнала в среде распространения и временной допуск на регистрацию импульса (дрожание). Временное окно следует выбирать большим, чем эти факторы.

В варианте осуществления, устанавливают начало и/или конец первого регистрируемого измеряемого сигнала выше амплитудного порога, причем распознавание возможно с помощью компаратора.

Временное окно учитывает, например, временные длительности, которые проходят между причиной и регистрацией первого измеряемого сигнала и/или второго измеряемого сигнала и/или приходятся на обработку первого измеряемого сигнала и/или второго измеряемого сигнала. Поэтому в соответствии с изобретением вывод о частичном разряде делают в том случае, если регистрируется первый измеряемый сигнал, который классифицируется как кандидат для сигнала частичного разряда, и во временном окне вокруг этого первого измеряемого сигнала не регистрируется никакой релевантный помеховый сигнал. Одновременная оценка первого измеряемого сигнала и помеховых сигналов, которые потенциально могут влиять и генерировать первый измеряемый сигнал, предпочтительно повышает надежность распознавания частичного разряда по отношению к оценке только первого измеряемого сигнала. Влияние касается, в частности, наложения сигналов.

Вариант осуществления изобретения предусматривает, что критерий распознавания включает в себя по меньшей мере один признак амплитудного сигнала для амплитуд спектральных составляющих первого измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих. Например, амплитудный сигнал представляет собой сигнал огибающей, который пропорционален характеристике логарифмических амплитуд спектральных компонентов выходных сигналов частотного фильтра. Этот вариант осуществления изобретения предпочтительно упрощает оценку первого измеряемого сигнала, так как сигналы частичных разрядов являются высокочастотными сигналами, непосредственная оценка которых является трудоемкой и требует высокой производительности вычислений. Подходящими признаками для определения критерия распознавания являются, например, пределы для длительности импульса и/или высота уровня амплитудного сигнала и/или признак, характеризующий сигнальную форму амплитудного сигнала (например, предел для отношения высоты уровня к длительности импульса). Помеховые сигналы (например, из-за соседнего инвертора) часто возникают периодически и с высокой частотой повторения.

Соответственно, другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что критерий помехового сигнала включает в себя по меньшей мере один признак амплитудного сигнала для амплитуд спектральных составляющих второго измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих.

В качестве критерия распознавания может, например, применяться частота повторения. Ширина полосы TE-частоты может быть от <100 импульсов/с при хорошей изоляции до >100K импульсов/с при поврежденной изоляции. Строгая периодичность является признаком, который указывает на помеху. Это может распознаваться посредством статистических признаков. В качестве критерия может служить также оценка распределения временных интервалов между соседними импульсами. Кроме того, не только непосредственные импульсы, но и некоторые соседние импульсы и спектральная оценка и/или автокорреляция, в частности, с предполагаемой частотой помехи могут учитываться при критерии распознавания.

В другом варианте осуществления изобретения, проверяется, образуют ли измеряемые сигналы сигнальную последовательность однотипных сигналов, повторяющихся регулярно, например, с одинаковыми временными интервалами, и критерий помехового сигнала включает в себя принадлежность второго измеряемого сигнала к подобной сигнальной последовательности. Этот вариант осуществления изобретения учитывает, что помеховые сигналы часто вырабатываются периодически, в то время как сигналы частичных разрядов возникают, как правило, случайно распределенным образом.

В другом варианте осуществления изобретения, частотный диапазон частичных разрядов и частотный диапазон помех имеют непустое пересечение множеств. Тем самым предпочтительно учитываются, в частности, вторые измеряемые сигналы, которые имеют частоты в частотном диапазоне частичных разрядов и поэтому потенциально релеванты для регистрации частичных разрядов.

Если помеховые сигналы возникают периодически и/или имеют определенный шаблон, в варианте осуществления, для распознавания сигналов может использоваться KI. Из статистической оценки временной последовательности могут быть выведены, например, признаки, которые позволяют осуществлять классификацию импульсов на TE (частичный разряд) и помеху. В частности, может применяться некоторый тип PLL (схемы фазовой автоподстройки частоты), которая настраивается на помеховый сигнал. Если определенные источники помех имеют характерный импульсный шаблон (образ), они могут регистрироваться посредством распознавания образов.

В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере одно подмножество первых измеряемых сигналов регистрируют в или на изоляции обмотки электрической машины. Этот вариант осуществления изобретения позволяет предпочтительно осуществлять регистрацию первых измеряемых сигналов вблизи места возникновения регистрируемых частичных разрядов и тем самым улучшает чувствительность измерений при регистрации частичных разрядов. Кроме того, снижаются влияния помеховых сигналов на первые измеряемые сигналы, так как помеховые сигналы, как правило, генерируются вне электрической машины.

В другом варианте осуществления изобретения, регистрируют по меньшей мере одно подмножество вторых измеряемых сигналов вне электрической машины, в частности, вблизи источника помех, потенциально генерирующего вторые измеряемые сигналы. Как уже было упомянуто, помеховые сигналы, как правило, генерируются вне электрической машины. Поэтому регистрация вторых измеряемых сигналов вне электрической машины, в частности, вблизи потенциальных источников помех, является предпочтительной, чтобы достичь высокой чувствительности измерений помеховых сигналов. В частности, может быть предусмотрено, предварительно определить потенциальные источники помех, определить их местонахождение и насколько возможно исключить, и вторые измеряемые сигналы целенаправленно регистрировать вблизи локализованных источников помех, которые не могут быть исключены.

Место регистрации помеховых сигналов или сигналов частичных разрядов может играть определенную роль. Инвертор является потенциальным источником. Поэтому, в частности, расположение сенсоров для измерения сигналов вблизи инвертора и/или на машине, питаемой инвертором, является выгодным. При этом вблизи означает, в частности, в диапазоне первых 15% длины кабеля, на котором выполняется измерение.

В другом варианте осуществления изобретения, определяют критерий различения для различения первого измеряемого сигнала от второго измеряемого сигнала. Кроме того, в случае, когда во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала, который выполняет критерий распознавания, регистрируют второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала, первый измеряемый сигнал сравнивают со вторым измеряемым сигналом, и только тогда делают вывод о частичном разряде, если первый измеряемый сигнал выполняет критерий различения. Этот вариант осуществления изобретения нацелен, таким образом, на ситуацию, когда во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала, который классифицируется как кандидат для сигнала частичного разряда, регистрируют второй измеряемый сигнал, который является потенциально релевантным для регистрации частичных разрядов помеховым сигналом. Вариант осуществления изобретения предусматривает в таком случае сравнение первого и второго измеряемого сигнала друг с другом, чтобы принять решение, относится ли первый измеряемый сигнал к частичному разряду или источнику помех. Чтобы принять это решение, определяют и применяют критерий различения для различения первого измеряемого сигнала от второго измеряемого сигнала.

Последующая форма выполнения вышеописанного варианта осуществления изобретения предусматривает, что критерий различения включает в себя по меньшей мере один признак, который различает друг от друга амплитудные сигналы для амплитуд спектральных составляющих первого измеряемого сигнала и второго измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих. Еще одна форма выполнения предусматривает, что критерий различения включает в себя отсутствие периодического повторения первого измеряемого сигнала, которое характерно для второго измеряемого сигнала. Первая форма выполнения предусматривает сравнение первого измеряемого сигнала и второго измеряемого сигнала на основе сравнения сформированных из них амплитудных сигналов. Это имеет уже упомянутое выше преимущество упрощенной возможности оценки измеряемых сигналов по сравнению с прямой оценкой измеряемых сигналов. Вторая форма выполнения вновь использует то, что помеховые сигналы часто генерируются периодически, в то время как сигналы частичных разрядов, как правило, возникают со случайным распределением. Поэтому маловероятно, что первый измеряемый сигнал относится к помеховому сигналу, если второй измеряемый сигнал периодически повторяется, в то время как первый измеряемый сигнал не повторяется периодически.

В другом варианте осуществления изобретения, критерий помехового сигнала включает в себя пороговое значение для сигнального уровня (мощности/интенсивности сигнала) второго измеряемого сигнала, и оценку первых измеряемых сигналов прерывают, когда сигнальный уровень второго измеряемого сигнала превышает пороговое значение. Согласно этому варианту осуществления изобретения, оценку первых измеряемых сигналов также прерывают при возникновении очень сильных помеховых сигналов, так как очень сильные помеховые сигналы делают вероятным влияние на сигналы частичных разрядов и, таким образом, ставят под вопрос убедительность оценки первых измеряемых сигналов. При этом пороговое значение предпочтительно является изменяемым и, тем самым, в частности, подстраиваемым под изменяющиеся обстоятельства и требования регистрации частичных разрядов.

В другом варианте осуществления изобретения, может быть предусмотрено, что регистрируемые вторые измеряемые сигналы оценивают, чтобы целенаправленно отыскивать источники помех, оказывающие влияние на измерения частичных разрядов, чтобы их исключать насколько это возможно. Кроме того, может быть предусмотрено, на основе частотности и/или по меньшей мере одного дополнительного показателя вторых измеряемых сигналов (например, моментов времени появления, сигнальных уровней и/или длительности сигналов вторых измеряемых сигналов) оценивать регистрацию частичных разрядов относительно ее качества или надежности. Так, например, качество регистрации частичных разрядов квалифицируется тем более худшим, чем больше частотность и/или уровень вторых измеряемых сигналов, коррелированных по времени с первыми измеряемыми сигналами.

Соответствующее изобретению устройство для регистрации частичного разряда на обмотке электрической машины согласно соответствующему изобретению способу включает в себя два измерительных устройства и по меньшей мере один блок оценки. Первое измерительное устройство сконфигурировано, чтобы регистрировать первые электромагнитные измеряемые сигналы. Второе измерительное устройство сконфигурировано, чтобы регистрировать вторые электромагнитные измеряемые сигналы. По меньшей мере один блок оценки сконфигурирован, чтобы проверять, выполняет ли первый измеряемый сигнал критерий распознавания для сигнала частичного разряда, и регистрируется ли в заданном временном окне вокруг первого измеряемого сигнала второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала.

В варианте осуществления соответствующего изобретению устройства, первое измерительное устройство содержит по меньшей мере одну первую антенну, расположенную в или на изоляции обмотки электрической машины, и для каждой первой антенны блок вывода для вывода сигналов, зарегистрированных первой антенной.

В другом варианте осуществления соответствующего изобретению устройства, второе измерительное устройство содержит по меньшей мере одну вторую антенну, расположенную вне электрической машины, в частности, вблизи источника помех, потенциально генерирующего вторые измеряемые сигналы, и для каждой второй антенны блок вывода для вывода сигналов, зарегистрированных в второй антенной.

В частности, первые и/или вторые измеряемые сигналы могут быть захвачены на различных местах, например, несколькими антеннами.

В другом варианте осуществления соответствующего изобретению устройства, по меньшей мере один блок оценки сконфигурирован, чтобы в случае, когда во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала, который выполняет критерий распознавания, регистрируется второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала, первый измеряемый сигнал сравнивать с вторым измеряемым сигналом на основе критерия различения.

В другом варианте осуществления соответствующего изобретению устройства, по меньшей мере один блок оценки сконфигурирован, чтобы прерывать оценку первых измеряемых сигналов, если сигнальный уровень второго измеряемого сигнала превышает пороговое значение.

Соответствующее изобретению устройство позволяет выполнять соответствующий изобретению способ с уже упомянутыми выше преимуществами.

Вышеописанные свойства, признаки и преимущества настоящего изобретения, а также то, каким образом они достигаются, станут понятными более четко и ясно во взаимосвязи с последующим описанием примеров выполнения, которые подробнее поясняются со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - блок-схема первого примера выполнения устройства для регистрации частичного разряда,

Фиг. 2 - блок-схема второго примера выполнения устройства для регистрации частичного разряда,

Фиг. 3 - схема последовательности операций примера выполнения способа для регистрации частичного разряда.

Соответствующие друг другу части обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 показывает блок-схему первого примера выполнения устройства 1 для регистрации частичного разряда на обмотке электрической машины. Устройство 1 включает в себя два измерительных устройства 3, 5 и блок оценки 7.

Первое измерительное устройство 3 сконфигурировано, чтобы в диапазоне частот частичных разрядов регистрировать первые электромагнитные измеряемые сигналы. Для этого первое измерительное устройство 3 содержит первый сенсорный блок 9 и первый частотный фильтр 11. Первый сенсорный блок 9 содержит первую антенну 13, расположенную в или на изоляции обмотки электрической машины, первый блок вывода 15 для вывода сигналов, зарегистрированных первой антенной 13. Первая антенна 13 образована, например, подводами первого температурного датчика, который выполнен с возможностью регистрации температуры в электрической машине и для этого имеет температурно-зависимый измерительный резистор, который выполнен, например, из платины, например, платиновый измерительный резистор Pt100. Подобные температурные датчики часто и без того применяются в электрических машинах и поэтому могут предпочтительно использоваться также для регистрации частичных разрядов. Предпочтительным образом, соединительные проводники первой антенны 13 выполнены экранированными, чтобы снизить ввод помеховых сигналов. Первый блок вывода 15 представляет собой, например, частотный разделительный фильтр для вывода зарегистрированных первой антенной 13 высокочастотных сигналов, чтобы отделить эти сигналы от низкочастотных температурных сигналов, которые регистрируются первым температурным датчиком. Первый частотный фильтр 11 сконфигурирован, чтобы фильтровать выведенные первым блоком вывода 15 электрические сигналы, и имеет полосу пропускания, определяющую частотный диапазон частичных разрядов.

Второе измерительное устройство 5 сконфигурировано, чтобы регистрировать вторые электромагнитные измеряемые сигналы в частотном диапазоне помех. Для этого второе измерительное устройство 5 содержит второй сенсорный блок 17 и второй частотный фильтр 19. Второй сенсорный блок 17 содержит вторую антенну 21, расположенную вне электрической машины, и второй блок вывода 23 для вывода сигналов, зарегистрированных второй антенной 21. Вторая антенна 21 образована, например, подводами второго температурного датчика, который выполнен с возможностью регистрации температуры окружающей среды в окрестности электрической машины и для этого имеет температурно-зависимый измерительный резистор, который выполнен, например, из платины, например, платиновый измерительный резистор Pt100. Предпочтительным образом, соединительные проводники второй антенны 21 выполнены неэкранированными, чтобы принимать по возможности больше помеховых сигналов. Второй блок вывода 23 представляет собой, например, частотный разделительный фильтр для вывода зарегистрированных второй антенной 21 высокочастотных сигналов, чтобы отделить эти сигналы от низкочастотных температурных сигналов, которые регистрируются вторым температурным датчиком. Второй частотный фильтр 19 сконфигурирован, чтобы фильтровать выведенные вторым блоком вывода 23 электрические сигналы, и имеет полосу пропускания, определяющую частотный диапазон помех. Частотный диапазон помех и частотный диапазон частичных разрядов имеют, например, непустое пересечение множеств. В частности, частотный диапазон помех может полностью включать в себя частотный диапазон частичных разрядов. Альтернативно, частотный диапазон помех может, однако, лежать также вне (но предпочтительно вблизи) частотного диапазона частичных разрядов, так как также если вторые измеряемые сигналы регистрируются только вне частотного диапазона частичных разрядов, то помехи, которыми обусловлены вторые измеряемые сигналы, могут также обуславливать помеховые сигналы с частотами внутри частотного диапазона частичных разрядов. Предпочтительным образом, частотный диапазон помех в любом случае является более широкополосным, чем частотный диапазон частичных разрядов. Частотный диапазон частичных разрядов и/или частотный диапазон помех могут, кроме того, иметь не взаимосвязанные частичные частотные диапазоны, чтобы регистрировать частичные разряды и/или помеховые сигналы в различных частотных диапазонах.

В альтернативных вариантах осуществления устройства 1, первый сенсорный блок 9 и/или второй сенсорный блок 17 вместо антенны 13, 21 содержат другой сенсор для регистрации электромагнитных сигналов, например, емкостное устройство связи, которое имеет по меньшей мере один конденсатор связи, индуктивное устройство связи, которое имеет по меньшей мере одну катушку связи, или направленный ответвитель.

Блок оценки 7 содержит две высокочастотные детекторные схемы 25, 27 и вычислительный блок 29. Первая детекторная схема 25 сконфигурирована, чтобы из первых измеряемых сигналов, выведенных из первого частотного фильтра 11, определять первые амплитудные сигналы для амплитуд спектральных составляющих первых измеряемых сигналов в зависимости от частоты спектральных составляющих. Вторая детекторная схема 27 сконфигурирована, чтобы из вторых измеряемых сигналов, выведенных из второго частотного фильтра 19, определять вторые амплитудные сигналы для амплитуд спектральных составляющих вторых измеряемых сигналов в зависимости от частоты спектральных составляющих. Например, амплитудные сигналы, определенные детекторными схемами 25, 27, представляют собой соответствующие сигналы огибающих, которые пропорциональны логарифмическим амплитудам спектральных компонентов выходных сигналов соответствующих частотных фильтров 11, 19.

Вычислительный блок 29 включает в себя два аналого-цифровых преобразователя 31, 33, два таймера 35, 37, два блока памяти 39, 41 событий и микроконтроллер 43.

Первый аналого-цифровой преобразователь 31 преобразует в цифровую форму первые амплитудные сигналы, выведенные из первой детекторной схемы 25. Второй аналого-цифровой преобразователь 33 преобразует в цифровую форму вторые амплитудные сигналы, выведенные из второй детекторной схемы 27.

Первый таймер 35 определяет моменты времени регистрации первых измеряемых сигналов и соответствующую длительность сигнала первого измеряемого сигнала. Второй таймер 37 определяет моменты времени регистрации вторых измеряемых сигналов и соответствующую длительность сигнала второго измеряемого сигнала. Вместо двух таймеров 35, 37 альтернативно может также применяться многоканальный таймер, причем первые и вторые измеряемые сигналы соотнесены с различными каналами таймера.

Первый блок памяти 39 событий сохраняет первые амплитудные сигналы, преобразованные в цифровую форму первым аналого-цифровым преобразователем 31, и соответствующие моменты времени и длительности сигналов, зарегистрированные первым таймером 35. Второй блок памяти 41 событий сохраняет вторые амплитудные сигналы, преобразованные в цифровую форму вторым аналого-цифровым преобразователем 33, и соответствующие моменты времени и длительности сигналов, зарегистрированные вторым таймером 37.

Микроконтроллер 43 оценивает амплитудные сигналы, преобразованные в цифровую форму детекторными схемами 25, 27. В частности, микроконтроллер 43 проверяет 43, выполняет ли оцифрованный амплитудный сигнал первого измеряемого сигнала заданный критерий распознавания для сигнала частичного разряда, и регистрируется ли в заданном временном окне вокруг первого измеряемого сигнала второй измеряемый сигнал, оцифрованный второй амплитудный сигнал которого выполняет заданный критерий помехового сигнала. Кроме того, микроконтроллер 43 сконфигурирован, чтобы сравнивать друг с другом оцифрованные амплитудные сигналы первого измеряемого сигнала и второго измеряемого сигнала, если второй измеряемый сигнал регистрируется в заданном временном окне вокруг первого измеряемого сигнала, оцифрованный первый амплитудный сигнал первого измеряемого сигнала выполняет критерий распознавания, и оцифрованный второй амплитудный сигнал второго измеряемого сигнала выполняет критерий помехового сигнала. Другие аспекты оценки первого и второго измеряемых сигналов описываются ниже на основе примера выполнения соответствующего изобретению способа. Вместо микроконтроллера 43, вычислительный блок 29 может сдержать, например, FPGA (программируемую вентильную матрицу) или другой блок обработки, подходящий для оценки оцифрованных амплитудных сигналов.

Фиг. 2 показывает блок-схему второго примера выполнения устройства 1 для регистрации частичного разряда на обмотке электрической машины. Этот пример выполнения отличается от показанного на фиг. 1 примера выполнения тем, что блок оценки 7 дополнительно имеет элемент задержки 45, детектор 47 порогового значения и переключающий блок 49, и что вычислительный блок 29 вместо второго аналого-цифрового преобразователя 33 и второго блока памяти 41 событий содержит цифро-аналоговый преобразователь 51.

Элемент задержки 45 включен между первой детекторной схемой 25 и аналого-цифровым преобразователем 31 и задерживает последующее направление первых амплитудных сигналов, выведенных первой детекторной схемой 25, на аналого-цифровой преобразователь 31 на время задержки τ.

Цифро-аналоговый преобразователь 51 преобразует заданное как цифровой сигнал пороговое значение сигнального уровня второго измеряемого сигнала в аналоговый сигнал порогового значения и выдает этот сигнал порогового значения на детектор 47 порогового значения. Детектор 47 порогового значения сравнивает выведенный второй детекторной схемой 27 второй амплитудный сигнал второго измеряемого сигнала с сигналом порогового значения. Если второй амплитудный сигнал превышает сигнал порогового значения, то детектор 47 порогового значения активирует переключающий блок 49, который затем прерывает вывод первых амплитудных сигналов через элемент задержки 45 на вычислительный блок 29, при этом он соединяет выход элемента задержки 45 с потенциалом земли.

При этом время задержки τ учитывает различные времена распространения сигнала и обработки первого и второго измеряемых сигналов, в частности также время, требуемое детектору 47 порогового значения для сравнения второго амплитудного сигнала с сигналом порогового значения, и время переключения, требуемое для активации переключающего блока 49.

Пороговое значение может, например, изменяться посредством микроконтроллера 43 и тем самым подстраиваться к изменяющимся условиям и требованиям. За счет этого можно гибко варьировать чувствительность устройства 1 к уровням помеховых сигналов. Посредством порогового значения можно, в частности, также отключать подавление помеховыми сигналами за счет того, что, например, устанавливается очень высокое пороговое значение.

Для прерывания оценки первых измеряемых сигналов путем активации переключающего блока 49 задается, например, время прерывания, по истечении которого переключающий блок 49 вновь деактивируется, и оценка первых измеряемых сигналов продолжается посредством деактивации переключающего блока 49, как только второй амплитудный сигнал вновь спадет ниже сигнала порогового значения или после заданного интервала времени или после того пройдет заданный интервал времени после спадания второго амплитудного сигнала ниже сигнала порогового значения.

В примере выполнения, показанном на фиг. 2, микроконтроллер 43 оценивает только первые амплитудные сигналы первых измеряемых сигналов, при этом соответственно проверяется, выполняет ли первый амплитудный сигнал первого измеряемого сигнала заданный критерий распознавания.

Примеры выполнения, показанные на фиг. 1 и 2, могут также комбинироваться, например, так, что показанный на фиг. 1 первый пример выполнения расширяется с помощью элемента задержки 45, детектора 47 порогового значения, переключающего блока 49 и цифро-аналогового преобразователя 51, аналогично показанному на фиг. 2 второму примеру выполнения. Как во втором примере выполнения, оценка первых амплитудных сигналов посредством активации переключающего блока 49 прерывается, если второй амплитудный сигнал превышает сигнал порогового значения, но первые и вторые амплитудные сигналы, как в первом примере выполнения, обрабатываются аналого-цифровыми преобразователями 31, 33 и оцениваются микроконтроллером 43, если переключающий блок 49 деактивирован, т.е. если второй амплитудный сигнал лежит ниже сигнала порогового значения.

Фиг. 3 показывает схему 100 последовательности операций примера выполнения соответствующего изобретению способа для регистрации частичного разряда с этапами 101-108 способа.

На первом этапе 101 способа определяются критерий распознавания для сигнала частичного разряда, критерий помехового сигнала для второго измеряемого сигнала и критерий различения для различения первого измеряемого сигнала от второго измеряемого сигнала.

Критерий распознавания включает в себя, например, по меньшей мере один признак первого амплитудного сигнала для амплитуд спектральных составляющих первого измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих. Подобные признаки представляют собой, например, пределы для длительности импульса и/или высота уровня первого амплитудного сигнала и/или признак, характеризующий форму сигнала (например, предел для отношения высоты уровня к длительности импульса).

Критерий помехового сигнала включает в себя пороговое значение для сигнального уровня второго измеряемого сигнала. Кроме того, критерий помехового сигнала может включать в себя по меньшей мере один признак второго амплитудного сигнала для амплитуд спектральных составляющих второго измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих. Подобные признаки представляют собой, например, аналогично критерию распознавания, признак, характеризующий форму сигнала, и/или пределы для длительности импульса и/или высоту уровня второго амплитудного сигнала. Кроме того, может проверяться, образуют ли измеряемые сигналы сигнальную последовательность регулярно повторяющихся, в частности, следующих друг за другом с равными интервалами времени однотипных сигналов, и критерий помехового сигнала может включать в себя принадлежность второго измеряемого сигнала к подобной сигнальной последовательности.

Критерий различения включает в себя, например, по меньшей мере один признак, который отличает друг от друга амплитудные сигналы для амплитуд спектральных составляющих первого измеряемого сигнала и второго измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих. Альтернативно или дополнительно, критерий различения может включать в себя отсутствие характерного для второго измеряемого сигнала периодического повторения первого измеряемого сигнала. После первого этапа 101 способа выполняется второй этап 102 способа.

На втором этапе 102 способа, в диапазоне частот частичных разрядов регистрируется первый электромагнитный измеряемый сигнал и в заданном временном окне вокруг первого измеряемого сигнала в частотном диапазоне помех второй электромагнитный измеряемый сигнал. После этапа 102 способа выполняется третий этап 103 способа.

На третьем этапе 103 способа проверяется, превышает ли сигнальный уровень зарегистрированного на втором этапе 102 способа второго измеряемого сигнала пороговое значение. Если это имеет место, то после третьего этапа 103 способа выполняется четвертый этап 104 способа. В противном случае, после третьего этапа 103 способа выполняется пятый этап 105 способа.

На четвертом этапе 104 способа, оценка первых измеряемых сигналов прерывается, например, на заданное время прерывания или до тех пор, пока сигнальный уровень второго измеряемого сигнала не спадет ниже порогового значения. После четвертого этапа 104 способа выполняется второй этап 102 способа.

На пятом этапе 105 способа проверяется, выполняет ли зарегистрированный на втором этапе 102 способа первый измеряемый сигнал критерий распознавания для сигнала частичного разряда. Если это имеет место, то после пятого этапа 105 способа выполняется шестой этап 106 способа. В противном случае, после пятого этапа 105 способа вновь выполняется второй этап 102 способа.

На шестом этапе 106 способа проверяется, выполняет ли зарегистрированный на втором этапе 102 способа второй измеряемый сигнал критерий помехового сигнала, если критерий помехового сигнала имеет по меньшей мере один альтернативный пороговому значению признак для второго измеряемого сигнала. Если критерий помехового сигнала не имеет альтернативного пороговому значению признака или второй измеряемый сигнал выполняет альтернативный пороговому значению признак, то после шестого этапа 106 способа выполняется седьмой этап 107 способа. В противном случае, после шестого этапа 106 способа выполняется восьмой этап 108 способа.

На седьмом этапе 107 способа проверяется, выполняется ли критерий различения между зарегистрированным на втором этапе 102 способа первым измеряемым сигналом и зарегистрированным на втором этапе 102 способа вторым измеряемым сигналом. Если это имеет место, то после седьмого этапа 107 способа выполняется восьмой этап 108 способа. В противном случае, после седьмого этапа 107 способа снова выполняется второй этап 102 способа.

На восьмом этапе 108 способа делается вывод о частичном разряде. Кроме того, предпочтительным образом, значение числовой переменной для распознанных частичных разрядов, которое, например, записано в вычислительном блоке 29, получает приращение на единицу, и сохраняется момент времени частичного разряда. После восьмого этапа 108 способа снова выполняется второй этап 102 способа.

Хотя изобретение было детально проиллюстрировано и описано с помощью предпочтительных примеров выполнения, однако изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалист в данной области техники сможет вывести на этой основе другие варианты, без отклонения от объема защиты изобретения.

Изобретение относится к способу и устройству (1) для регистрации частичных разрядов на обмотке электрической машины. В соответствии с изобретением, в частотном диапазоне частичных разрядов могут регистрироваться первые электромагнитные измеряемые сигналы и в частотном диапазоне помех вторые электромагнитные измеряемые сигналы. Кроме того, задается временное окно вокруг первого измеряемого сигнала, и определяется критерий распознавания для сигнала частичного разряда и критерий помехового сигнала для второго измеряемого сигнала. Делается вывод о частичном разряде, если регистрируется первый измеряемый сигнал, который выполняет критерий распознавания, и во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала не регистрируется второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала. Технический результат – повышение надежности регистрации частичных разрядов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ для регистрации частичного разряда на обмотке электрической машины, причем

- регистрируют электромагнитные первые измеряемые сигналы в частотном диапазоне частичных разрядов,

- регистрируют электромагнитные вторые измеряемые сигналы в частотном диапазоне помех,

- задают временное окно вокруг первого измеряемого сигнала,

- определяют критерий распознавания для сигнала частичного разряда,

- определяют критерий помехового сигнала для второго измеряемого сигнала,

- делают вывод о частичном разряде, когда регистрируется первый измеряемый сигнал, который выполняет критерий распознавания, и во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала не регистрируется второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала, и

- на основе показателя второго измеряемого сигнала оценивают регистрацию частичного разряда,

причем оценивание регистрации частичного разряда осуществляют в отношении его качества, причем качество регистрации частичного разряда квалифицируют тем более худшим, чем больше частотность и/или уровень вторых измеряемых сигналов, коррелированных по времени с первыми измеряемыми сигналами.

2. Способ по п. 1, причем критерий распознавания включает в себя по меньшей мере один признак амплитудного сигнала для амплитуд спектральных составляющих первого измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих, причем критерий помехового сигнала включает в себя по меньшей мере один признак амплитудного сигнала для амплитуд спектральных составляющих второго измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проверяют, образуют ли вторые измеряемые сигналы сигнальную последовательность регулярно повторяющихся однотипных сигналов, и критерий помехового сигнала включает в себя принадлежность второго измеряемого сигнала к подобной сигнальной последовательности.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором частотный диапазон частичных разрядов и частотный диапазон помех имеют непустое пересечение множеств.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере одно подмножество первых измеряемых сигналов регистрируют в или на изоляции обмотки электрической машины.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере одно подмножество вторых измеряемых сигналов регистрируют вне электрической машины, в частности, вблизи источника помех, потенциально генерирующего вторые измеряемые сигналы.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором определяют критерий различения для различения первого измеряемого сигнала от второго измеряемого сигнала, и в случае, когда во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала, который выполняет критерий распознавания, регистрируется второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала, первый измеряемый сигнал сравнивают со вторым измеряемым сигналом и вывод о частичном разряде делают только тогда, когда первый измеряемый сигнал выполняет критерий различения.

8. Способ по п. 7, в котором критерий различения включает в себя по меньшей мере один признак, который различает друг от друга амплитудные сигналы для амплитуд спектральных составляющих первого измеряемого сигнала и второго измеряемого сигнала в зависимости от частоты спектральных составляющих.

9. Способ по п. 7 или 8, в котором критерий различения включает в себя отсутствие периодического повторения первого измеряемого сигнала, которое характерно для второго измеряемого сигнала.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором критерий помехового сигнала включает в себя пороговое значение для сигнального уровня второго измеряемого сигнала, и оценку первых измеряемых сигналов прерывают, когда сигнальный уровень второго измеряемого сигнала превышает пороговое значение.

11. Устройство (1) для регистрации частичного разряда на обмотке электрической машины согласно способу по любому из предыдущих пунктов, причем устройство (1) содержит

- первое измерительное устройство (3) для регистрации первых электромагнитных измеряемых сигналов, содержащее первый сенсорный блок (9) и первый частотный фильтр (11), причем первый сенсорный блок (9) содержит по меньшей мере одну первую антенну (13), расположенную в или на изоляции обмотки электрической машины, и для каждой первой антенны (13) первый блок вывода (15) для вывода сигналов, зарегистрированных первой антенной (13), на первый частотный фильтр (11),

- второе измерительное устройство (5) для регистрации вторых электромагнитных измеряемых сигналов, содержащее второй сенсорный блок (17) и второй частотный фильтр (19), причем второй сенсорный блок (17) содержит по меньшей мере одну вторую антенну (21), расположенную вне электрической машины, в частности, вблизи источника помех, потенциально генерирующего вторые измеряемые сигналы, и для каждой второй антенны (21) второй блок вывода (23) для вывода сигналов, зарегистрированных второй антенной (21), на второй частотный фильтр (19),

- по меньшей мере один блок оценки (7) для проверки, выполняет ли первый измеряемый сигнал критерий распознавания для сигнала частичного разряда, и регистрируется ли в заданном временном окне вокруг первого измеряемого сигнала второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала, причем блок оценки (7) содержит две высокочастотные детекторные схемы (25, 27) и вычислительный блок (29),

причем первая детекторная схема (25) выполнена с возможностью, чтобы из первых измеряемых сигналов, выведенных из первого частотного фильтра (11), определять первые амплитудные сигналы для амплитуд спектральных составляющих первых измеряемых сигналов в зависимости от частоты спектральных составляющих, а

вторая детекторная схема (27) выполнена с возможностью, чтобы из вторых измеряемых сигналов, выведенных из второго частотного фильтра (19), определять вторые амплитудные сигналы для амплитуд спектральных составляющих вторых измеряемых сигналов в зависимости от частоты спектральных составляющих,

причем вычислительный блок (29) включает в себя два аналого-цифровых преобразователя (31, 33), соответствующие детекторным схемам (25, 27), два таймера (35, 37), два блока памяти (39, 41) событий и микроконтроллер (43).

12. Устройство (1) по п. 11, причем по меньшей мере один блок оценки (7) сконфигурирован, чтобы в случае, когда во временном окне вокруг первого измеряемого сигнала, который выполняет критерий распознавания, регистрируется второй измеряемый сигнал, который выполняет критерий помехового сигнала, первый измеряемый сигнал сравнивать со вторым измеряемым сигналом на основе критерия различения.