专利名称：：处理与局部电气放电活动相关的数据的方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于处理与发生在由方波电压供电的三相电机中的局部电气放电活动相关的数据的方法，所述数据包括多个放电信号以及电才几的电源电压的多个三值组，每个三电压组与相应的放电信号并发测得。具体地，本发明涉及一种为了诊断目的对由方波供电的三相电动机内的局部电气放电活动进行评估的方法，例如借助于以PWM逻辑操作的电力变换器。
背景技术：
：电力变换器使得能够以极其有效的方式来控制感应电机，从而允许以极大的灵活性将电能转换成机械能。另一方面，已经证明变换器强加在电动机的端子上的电压波形相对于绝缘的持续时间是极其有害的，特别是在利用上釉的导线绕组而組成的电动机中。在世界范围内进行的研究已经表明，在变换器驱动的电动机的端子处的电应力可能非常高，因而导致局部放电(PD)现象。PD是并没有使电极短路的小幅度的放电，但是会导致绝缘系统的逐渐退化。这种退化过程在损坏有机电介质，诸如在电冲几导线的绝缘内部使用的釉时，进展可能特别快。相反，相对较慢的是在有机基质(树脂或者聚合物漆)中包括无机材料(云母，二氧化钛)的电介质的退化。在任一种情况下，验证在由变换器驱动的电动机内部是否发生局部放电以及对任何这类现象进行定量的可能性对于诊断目的或者对于在操作期间防止故障具有非常大的重要性。然而，对由变换器驱动的电动机中PD的测量以及最重要地，对测量结果的随后评估都存在一些问题。首先，尤其是在新一代的低压变换器中，电压波形中的上升斜坡可以具有很大的斜率，在数量级上例如为每微秒数十KV。这些电源电压的波形将产生由具有高频分量的信号构成的干扰，并且如果用于测量的传感器选择不适当的话，可能会隐瞒局部放电的存在。这为测量与PD相关的信号的问题中增加了在识别任何干扰以及在解释和合理说明测量本身的结果中的难度。就此而论，应当注意，为了出于诊断目的有效地评估与局部》文电活动相关的信号，重要的是将每个测得的放电信号与产生它的电压关联起来。将PD测量中的信号与产生它的电压相关联具有两个基本目的。第一目的是用以确定在三相电机中哪个绝缘部分受到放电影响。第二目的是为了验证所测得的信号是否与电源电压(其一般具有基本上周期性的轮廓)相关。这样，就可以从局部放电中区分出测量噪声，以便验证绝缘系统的完好性。迄今为止，不存在这样的已知系统，所述系统用于在对由方波(例如利用PWM逻辑)供电的三相电机执行测量的情况下，尤其是在利用由电源的三相(天线)共享的单个传感器对局部;改电信号进行须'J量的情况下，系统地将在局部放电测量中测得的信号与产生它的电压相关联。已知的技术提供了将测得信号作为事件的时间序列进行评估，而不能将它们与电源电压有效的关联起来。因此，对测量数据的所有随后的统计处理几乎没有意义(如果不是完全错误的话)，这是因为其是基于对不同种类的数据组的处理，该数据组包括与绝缘系统的不同部分相关的放电信号(即，对应于由不同相的电压产生的放电)以及与干扰相关的信号。
发明内容本发明的目的在于消除上述缺陷，以及使得可以利用这样一种方法，所述方法用于处理发生在由方波电压供电的三相电机中的局部电气放电活动相关的数据，所述数据包括多个放电信号以及电机的电源电压的多个三值组，以便使得将每个测得的信号与电源电压相关4关。所述目的通过本发明的方法而得以完全实现，其特征在于所附权利要求的内容，并且尤其在于其包括以下步骤-将测得的每个三电压值组转换成相应的电压值对；-通过用极坐标来表示所述对，从每个所述电压值对导出相位值；-赋予每个》文电信号相应的相位值，以才艮据相应的相位^i来评估测得的放电信号。从下面对附图表格中的优选实施方式的描述中，该特征以及其他特征将更加显而易见，这些描述纯粹是以非限制性的方式示出的，其中图i示意性示出了可以应用本发明的方法的三相电才几；图2示出了转换后电压与变换器的逻辑状态之间的关联图3示出了导出的相位与放电事件类别的关联图4示出了相对于第一数据组根据转换后的电压对放电事件的表示；图5示出了相对于第一数据组根据导出的相位对放电幅度的表示；图6示出了图4中相对于第二数据组的表示；图7示出了图5中相对于第二数据组的表示。具体实施例方式在图1中，附图标记1表示由方波电压供电的三相电才几(例如异步感应电动机)。具体地，电机1由电力变换器2例如以PWM逻辑操作的逆变器来供电。本发明使得可以利用这样一种方法，所述方法用于处理与发生在由方波电压供电的三相电机1中的局部电气放电活动相关的数据，所述数据包括多个放电信号以及电机1的供电电压的多个三值组(eu,ev，ew),每个三电压组与相应的》欠电信号并发测得。更加概括来讲，本发明可以利用一种用于出于诊断目的而对电机1中发生的局部电气放电活动进行评估的方法，为了测量待处理的数据，所述方法包括以下步骤-测量与所述局部电气放电相关联的多个放电信号；-与每个测得的放电信号并发地测量为电机供电的三电压值组(eu,ev，ew)。关于对所述数据的处理，该方法独特地包括以下步骤-将测得的每个三电压值组转换成相应的电压值对(ed,eq);-由所述电压值对中的每个导出相位值；-赋予每个放电信号相应的相位值，以根据相应的相位值来评估测得的放电信号。关于测量放电信号的步骤，使用传感器3，例如耦合到电机l的端子^反4的天线。就此而i仑，应当注意的是，对利用PWM变换器供电的电动4几中的局部放电的测量的问题包括待测量的放电信号与由电力变换器的开关换向产生的干扰的叠加(在频域内)。就此而论，所讨论的方法提供了根据基本上已知的技术将超宽带传感器和适当滤波器用于抑制由于变换器的干扰的用途。特别地，可以使用插入在电动机内的天线和高通滤波器(通常具有300-500MHz的截止频率)来从由低压变换器供电的电动机引出信号，其中逆变器换向的上升斜坡时间假设为从50至300ns的值。在低压应用中，上升斜坡时间非常短，并且因此产生的干扰非常大且处于高频，从而使得仅天线能够检测到带有足够高信号/噪声比的局部放电信号(天线因此形成了对于所有相都共用的传感器)。该应用相对于将放电信号与产生它的电压相关联的可能性而言是最不利的，因此特别地涉及所讨论的方法。应当注意的是，在中压驱动中，其中换向的上升斜坡较长(>1微秒)，可以针对每相将例如由射频变压器构成的传感器与特征是具有较低截止频率的高通滤波器一起使用。关于测量为电机1供电的三电压值组(eu，ev,ew)的步骤，例如使用探测器5来测量电机1的端子处的电压的瞬时值。这些探测器5配备有与施加至电机1的电压的频率匹配的带宽。特别地，可以使用具有适合于电机1的可靠特性的电阻分压器。将放电信号和电源电压的测得值传输到处理仪器6,以便对其进行存储或者处理。特别地，根据所讨论的方法，所述处理包括所述转换、导出和赋予的步骤。关于将所述每个测得的三电压值组(eu,ev,ew)转换成相应的电压值对(ed,eq)的步骤，独特的是，每个测得的三电压值组(排列为三数字向量)乘以预定的矩阵，以便排除零序分量。优选地，所述预定矩阵以这样的方式来确定，其使得得到的每个电压值对构成相应三值组的直流和方波分量。所述预定的矩阵例如可以由帕克(PARK)的矩阵构成(即，在电力驱动的部分中对应于已知帕克变换的矩阵，以便将电机的驱动电流的值与该电机提供的转矩值相关联)，其在下面给出的公式中示出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>备选地，例如可以使用将所述帕克矩阵乘以任何最大秩2x2的矩阵而得到的任何矩阵。关于从所述每个电压值对(ed,eq)导出相位值的步骤，所述对本身以极坐标来表示。在实践中，在这样的平面(图2、图5和图7中所示类型)中来表示所述电压值对(ed,eq),在其中定义了笛卡尔(Cartesian)参考坐标，使得在x轴上示出ed,而在y轴示出eq;角度由将每个点连接到所述笛卡尔参考坐标的原点的线相对于X轴的正方向而形成。赋予每个放电信号相应的相位值的步骤源自这样的，i设，即所述相位值是从单一地对应于所述放电信号的三电压值组导出的(或者通过得到的电压值对，继而由所述三电压值组导出)，因此它是与所述信号本身同时测量的。赋予每个放电信号相应的相位值使得可以根据相应的相位值来评估测得的放电信号。据此而言，本发明的方法独特地包括基于各自所赋予的相位值将所述测得的放电信号分成若干类别的步骤。特别地，提供了如图3示意性所示(在图3中的x轴上示出的数字值以度来表示)将测得的放电信号分成三个类别(称为C1，C2和C3)的步骤。即，所述类别基本上对应于下面的相位间隔(以度来表示)-对于第一类别，即类别Cl,[85,95]和[215，325];—对于第二类别，即类别C2,[205,215]和[335,85];-对于第三类别，即类别C3，[325,335]和[95,205]。导出的相位值与变换器的逻辑状态相关联。在转换步骤中得到的电压值(ed,eq)(由其导出所述相位值)与所述变换器的逻辑状态相关联，如图2中示意性所示。在图2中，变换器的8个逻辑状态被表示为Sl，S2，S3，S4,S5,S6，S7和S8。变换器的所述逻辑状态根据下表(其中当电压为零时，表格包括0，当电压等于由变换器提供的直流电压值时，包括l)与电源电压(即变换器的输出)的三值组(eu,ev，ew)相关联。变换器逻辑状态<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>因此，所述类别(Cl，C2,C3)与变换器的逻辑状态相关联，并且因此它们与产生放电信号的瞬时的电压相关联。因此，赋予每个放电信号相应相位值的步骤有利地使得能够得到与局部放电源自其中的相(绕组和相关绝缘)有关的有价值的信自、'"、o特别地，以下情况是适用的。具有与类别C1对应的相位值的放电信号由相u的绕组产生，即，它们发生在相U和相V之间和/或相u和相w之间。具有与类别C2对应的相位值的放电信号由相V的绕组产生，即，它们发生在相v和相u之间和/或相v和相w之间。具有与类别C3对应的相位值的放电信号由相W的绕组产生，即，它们发生在相W和相V之间和/或相W和相U之间。所讨-论的方法独特地还包4舌根据所赋予的相位值以统计方式处理放电信号的幅度值的步骤。据此而言，可以预先观察到以下情况。放电信号的幅度可以利用用于直接在PD信号上操作以检测信号峰值的系统或用于测量无线电信号的功率的系统的后续程序来测量(以降低信号带宽和使用更加经济的硬件)。总而言之，每个测量(即每个数据测量步骤的单独通道(passage))要求测量局部放电信号的幅度和局部放电发生的瞬时的电源电压的三个值。因此，由放电信号幅度的值以及相应的三电压值组构成的数据组提供了对单个放电事件的表示。关于这一点，本发明还使得可以独特地利用一种用于表示放电事件的方式，这对于诊断目的是特别重要的。所述表示放电事件的方式包括根据对应的相位值计算放电信号的幅度的分布。从图形上讲，所述表示的方式包括在x轴上表示相位值和在y轴上表示PD幅度的平面中表示试验结果，如图4和图6所示(在图4和图6中，相位值以度来表示，而幅度的值以V来表示)。因此，所述根据所赋予的相位值以统计学方式来处理;汶电信号的幅度的步骤独特地基于幅度的所述分布。特别地，应当注意以统计学方式来(根据所赋予的相位值)处理放电信号的幅度值的步骤独特地对属于预定类另'j的数据执行，从而使得处理的结果更加具有意义。即，本发明包括在将相位值赋予所述测得的放电信号后，将所述信号分成同种的类别的步骤，以及随后是属于单个类别的数据进行统计处理的步骤。本发明还独特地包括基于所述赋予测得信号的所述相位值抑制噪声的步骤。例如，噪声抑制可以基于下面的观察结果(独特地由本申请人进行的研究和实验中得到)。当输入信号是噪声时，该噪声趋向于在特定间隔具有恒定幅度，并且其以无差别的方式采用所有可能的相位值。另一方面，局部放电信号在幅度方面具有较大的可变性，并且趋向于在这些相之中不对称的分布(即总是存在对于其他相占优势的一相，附图所示)。因此，根据本发明的方法提供了以下优势。它使得能够提供对电机1中的PD活动的诊断评估，使得可以利用这样一种方法，所述方法用于关于与产生放电的电压值相关联的对应的相位值来评估观'j得的放电信号。它使得可以利用这样一种方法，所述方法用于将放电信号分成多个类别，对在电机1的相同电气状态(因此构成同种数据组)或者相似状态(或发生在相同相的绕组/绝缘中)下发生的放电信号进行分组，所述分类使得应用到同种数据组的每个统计估计特别有意义。它使得能够基于所述相位值以及赋予给每个检测到的信号的测量信号的可变性来抑制任何由于可能被检测到的噪声或者干扰的信在下文中，描述的是本发明的方法的应用的实际示例。该示例讨论了在低压电动机上执行将检测数据处理成局部放电的测量值，特别地，它涉及在两个连续测量过程中得到的第一数据组(图4和图5)和第二数据组(图6和图7)。电动机借助于PWM逆变器供电，并通过25米的电缆连4妄至所述PWM逆变器，以便促进局部放电处理。借助于定位在电动机外壳内的天线在绕组端子区域中测量PD。图4示出了放电轨迹，即它代表转换得到的电压对(ed,eq),每对对应于一个局部》丈电事件，并且在x轴具有ed且在y轴具有eq的平面中被表示为一个点(如图2所示的情况)。图5示出了根据相应的相位值的放电幅度的分布，每个相位被赋予给;改电信号。图4和图5表示在电机中的绕组/绝缘的退化处理之前的阶段中的局部;改电活动。从图4和图5可以看出，非常清晰可见的是，PD的活动(从测量放电信号的强度和幅度讲)尤其集中在逆变器的逻辑状态Sl和S2,因此在类别Cl,另外，在绕组的其他部分，若干其他退化过程非常活跃，如图5中存在的附加集中点(即局部放电事件)所指示的那样。图6和图7示出了在电动机故障之前短时内进行的测量结果，其影响是相U的绕组破裂。图6和图7示出了逆变器的逻辑状态Sl和S2的放电事件进一步增加，其具有的PD幅度值达到120mV。权利要求1.一种处理与局部电气放电活动相关的数据的方法，其中所述局部电气放电活动发生在由方波电压供电的三相电机(1)中，所述数据包括多个放电信号以及所述电机(1)的电源电压的多个三值组(eU，eV，eW)，每个三值组与相应的放电信号并发地测得，其特征在于，所述方法包括以下步骤将测得的每个三电压值组(eU，eV，eW)转换成相应的电压值对(ed，eq)；由所述电压值对(ed，eq)中的每个电压值对导出相位值；赋予每个放电信号相应的相位值，以根据相应的相位值来评估测得的放电信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述三相电机(1)由以PWM逻辑进行操作的变换器(2)供电。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述转换步骤包括将每个测得的三电压组乘以能够从所述三电压组中去除零序分量的预定矩阵。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定矩阵是能够通过将帕克矩阵乘以任何最大秩2x2的矩阵得到的矩阵。5.根据权利要求1所述的方法，包括基于各自所赋予的相位值将所述放电信号分成类别的步骤。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述类别是三个，且对应于预定的相位间隔。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述相位间隔基本上如下对于第一类别，[85,95]和[215,325];对于第二类别，[205，215]和[335，85];对于第三类别，[325,335]和[95,205]。8.根据权利要求1所述的方法，包括根据所赋予的相位值以统计方式处理放电信号的幅度的值的步骤。9.根据权利要求5所述的方法，包括根据所赋予的相位值以统计方式处理预定类别的放电信号的幅度的值的步骤。10.根据权利要求1所述的方法，包括基于赋予所述放电信号的所述相位值来抑制噪声的步骤。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个放电信号通过所有三相所共用的传感器(3)来测量。全文摘要一种用于测量和处理与发生在由方波电压供电的三相电机(1)中的局部电气放电活动相关数据的方法，所述数据包括多个放电信号以及与相应的放电信号并发测得的电机的电源电压的多个三值组(e<sub>U</sub>，e<sub>V</sub>，e<sub>W</sub>)，所述方法包括以下步骤将测得的每个三电压值组(e<sub>U</sub>，e<sub>V</sub>，e<sub>W</sub>)转换成相应的电压值对(e<sub>d</sub>，e<sub>q</sub>)；由所述电压值对(e<sub>d</sub>，e<sub>q</sub>)中的每个导出相位角值；赋予每个放电信号相应的相位值，以便根据相应的相位值来评估测得的放电信号。用于处理与发生在由方波电压供电的三相电机中的局部电气放电活动相关数据的现有技术提供用于将测得的放电信号作为事件的时间序列来评估，而不可能将它们与电源电压有效地相关，这将造成对测得数据的任何随后的统计处理几乎没有意义。文档编号G01R31/12GK101606074SQ200880004422公开日2009年12月16日申请日期2008年1月25日优先权日2007年2月8日发明者A·卡瓦里尼,G·C·蒙塔纳里,G·帕西尼申请人:特英普科技有限公司