一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置及檢測方法與流程
2024-03-22 14:04:05
本發明涉及風電技術領域，特別是涉及永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
永磁風力發電機作為大型風力發電機的主流機型，在市場佔有率非常高。由於風電機組所工作的氣候環境具有晝夜溫差大、風沙大、部分地區溼度大、存在凝露現象等特點，這些環境因素都對風力發電機的絕緣系統產生影響，而且風力發電機發生損毀的維修及吊裝費用十分昂貴。
由於風力發電機組運行環境的特殊性，現場在線測試十分困難。對於日常維護監測，基本採用人工停機檢測的方法。利用兆歐表對發電機組的絕緣電阻進行測量，不僅效率低下，而且還需要停機檢測，大大增加了運維的成本。
目前，國內外對於發電機組的絕緣狀態通常是通過：局部放電、介質損耗因數、洩露電流、絕緣電阻和設備電容值的特徵值進行表徵的。
其中湖南工程學院公開了授權公告號：cn204716470u的專利《一種帶有絕緣在線監測功能的兆瓦級風力發電機》，該專利主要是通過在發電機的不同部位加裝臭氧傳感器，檢測臭氧含量確定局部放電的強度和位置，間接反映發電機的絕緣狀態。
南京風電科技有限公司公開了授權公告號：cn202441544u的專利《一種帶有絕緣檢測功能的風力發電機》，該專利也是通過加裝臭氧傳感器。
以上兩個專利僅對繞組局部絕緣缺陷檢測有一定效果，然而局部放電測試只能間接反映絕緣狀態。
因此希望有一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置及檢測方法可以克服或至少減輕現有技術的上述缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置及檢測方法，利用風電機組低風速情況下，正常停機時間內，自動進行絕緣電阻的測試，並通過檢測發電機定子絕緣電阻、極化指數、吸收比和趨勢曲線進行絕緣的診斷。
為實現上述目的，本發明提供一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置，所述發電機絕緣檢測裝置包括：plc、供電電源、通訊模塊、觸控螢幕、i/o模塊、恆壓源、電壓表、電流表、放電電阻、熔斷器、過壓保護裝置、接觸器、變送器、中間繼電器、接線盒和溫度傳感器；其中，電流表包括第一電流表和第二電流表，變送器包括電壓變送器、電流變送器和溫度變送器，接觸器包括第一接觸器、第二接觸器和第三接觸器，plc通過通訊線分別與通訊模塊及觸控螢幕進行連接，通訊模塊通過通訊線與永磁風力發電機組的控制系統進行連接，plc通過背板通訊線與i/o模塊相連，i/o模塊的多個輸出端分別與中間繼電器和接觸器進行連接，plc的模擬輸入端通過電壓變送器與電壓表二次側接，plc的模擬輸入端通過電流變送器與第一電流表和第二電流表二次側接，plc的模擬輸入端通過溫度變送器連接溫度傳感器；恆壓源、熔斷器、第一電流表和第二接觸器串聯後與電壓表的一次側相併聯，電壓表兩端與過壓保護裝置並聯，第三接觸器、第二電流表和放電電阻串聯後並聯至恆壓源的支路，恆壓源的支路一端通過第一接觸器與發電機定子接線端子相連接，另一端與接地接線端子相連接。
優選地，所述供電電源從永磁風力發電機組的升壓變壓器低壓電網側取220v電源，為所述恆壓源提供220v交流電源，所述恆壓源為所述plc的控制系統、觸控螢幕、通訊模塊、i/o模塊、電壓表、電流表、接觸器和中間繼電器提供24v直流電源。
優選地，所述發電機絕緣檢測裝置還包括硬體安全鏈系統和軟體安全鏈系統；硬體安全鏈系統將接觸器km0的輔助常閉觸點與接觸器km1的驅動控制迴路串聯形成閉鎖，軟體安全鏈系統用於周期性檢測所述控制系統的運行時間，當所述控制系統程序運行錯誤或超過檢測時限，所述控制系統進行重新啟動處理。
優選地，所述恆壓源為連續可調的直流恆壓電源，所述恆壓源的輸出額定電壓範圍為1kv～12kv，額定電流範圍為50ma～1a。
優選地，所述放電電阻用於消耗永磁風力發電機繞組中剩餘的電荷，所述放電電阻的阻值範圍為：10kω-100kω，功率大於等於50瓦。
本發明提供一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：
(1)通過所述plc、通訊裝置和永磁風力發電機組控制系統獲取永磁風力發電機的工作狀態，當永磁風力發電機組處於正常停機狀態或再次啟動狀態時間大於所述發電機絕緣檢測裝置的檢測時間並且所述plc內部定時器到達檢測周期時，啟動所述發電機絕緣檢測裝置；
(2)所述發電機絕緣檢測裝置的啟動時間滿足要求時，閉合接觸器km1並保持接觸器km2和接觸器km3處於打開狀態，通過所述電壓表測量發電機定子電壓，當定子電壓小於600v時，閉合接觸器km3，利用所述放電電阻對發電機定子殘餘電荷進行放電，放電時間大於等於20秒，當所述第一電流表測量通過所述放電電阻的電流值小於0.1a時，延遲5秒鐘斷開接觸器km3；
(3)放電過程結束後，根據工作情況選擇吸收比測量模式，接通接觸器km2在發電機定子上施加所述恆壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在15秒鐘和60秒鐘時的數據，分別計算出15秒鐘和60秒鐘時的絕緣電阻值，並計算定子繞組的吸收比，根據現場實際溫度和溼度進行歸一化處理，利用歸一化絕緣電阻值和吸收比判斷發電機組定子絕緣狀態；
(4)放電過程結束後，根據工作情況選擇極化指數測量模式，接通接觸器km2在發電機定子上施加所述恆壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在1分鐘和10分鐘時的數據，分別計算出1分鐘和10分鐘時的絕緣電阻值，並計算定子繞組的極化指數，根據現場實際溫度和溼度進行歸一化處理，利用歸一化絕緣電阻值和極化指數判斷發電機組定子絕緣狀態；
(5)通過連續的檢測計算，記錄發電機定子繞組的吸收比，繪製發電機定子絕緣吸收比曲線；通過連續的檢測計算，記錄發電機定子繞組的極化指數，繪製發電機定子絕緣極化指數曲線，並記錄在所述plc的存儲單元內，所述指示plc單次測量完畢；
(6)單次測量完畢後，首先斷開接觸器km2，之後接通接觸器km3，進行發電機繞組殘餘電量釋放，當所述電壓表測量電壓小於50v時，斷開接觸器km3和接觸器km1，系統進入下一次檢測自動計時程序，所述plc發送信號給永磁風力發電機組的控制系統，發電機絕緣檢測完畢。
本發明提出了一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置及檢測方法，本發明的永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置設置在永磁風機發電機的定子出線端子和接地端子處，所述發電機絕緣檢測裝置在風電機組低風速且正常停機時間內，自動進行絕緣電阻的測試，利用本發明的發電機絕緣檢測裝置測量的絕緣電阻不僅可以進行現場工作環境的歸一化處理，而且可以統計絕緣的極化指數和吸收比，並通過絕緣電阻、吸收比和極化指數的趨勢曲線反映發電機的絕緣趨勢變化，用以確定發電機的絕緣狀態，制定檢修和維護計劃，顯著提高了風電機組的運維效率，降低了運維成本。
附圖說明
圖1是永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置的結構示意圖。
圖2是永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置的控制櫃內部原理圖。
具體實施方式
為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
如圖1和2所示，永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置包括檢測控制櫃、接線盒、溫度傳感器，其中檢測控制櫃包括：plc、供電電源、通訊模塊、觸控螢幕、i/o模塊、恆壓源、電壓表、電流表、放電電阻、熔斷器、過壓保護裝置、接觸器、變送器和中間繼電器。
控制系統中，plc通過通訊線與通訊模塊及觸控螢幕相連，通訊模塊通過通訊線與風力發電機組的控制系統相連接，plc通過背板通訊線與i/o模塊相連，i/o模塊的多個輸出端分別中間繼電器和接觸器相連接，plc模擬輸入端通過電壓變送器與電壓表二次側相連接，plc模擬輸入端通過電流變送器與電流表1和電流表2二次側相連接，plc模擬輸入端通過溫度變送器與溫度傳感器相連。
供電電源從風力發電機組的升壓變壓器低壓電網側取220v電源，為恆壓源提供220v交流電源，恆壓源為plc控制系統、觸控螢幕、通訊模塊、i/o模塊、電壓表、電流表、接觸器和中間繼電器提供24v直流電源。
檢測裝置利用繼電器和接觸器以及plc內部定時器系統實現了安全鏈系統，硬體安全鏈系統是將接觸器km0的輔助常閉觸點串聯到接觸器km1的驅動控制迴路中形成閉鎖，軟體安全鏈系統是周期性檢測控制系統的運行時間，如果系統程序運行錯誤，或是超過檢測時限將，對系統進行重新啟動處理。
檢測裝置的恆壓源為連續可調的直流恆壓電源，輸出的額定電壓範圍為1kv～12kv、額定電流範圍為50ma～1a。主要為絕緣檢測系統提供穩定的電壓源。通常施加電壓為1kv，可以根據發電機絕緣檢測的要求進行電壓的調節。
放電電阻消耗發電機繞組中剩餘電荷，放電電阻用於防止系統殘餘電荷影響檢測系統的測量精度。發電電阻的選擇主要是考慮到發電機繞組的等效電容所存儲的電荷量，在檢測系統要求的時間內進行消耗。
接線盒是將發電機定子繞組的出線和系統地線接入，再通過電纜管將相應的端子和檢測控制櫃內的端子進行連接，方便系統接線。
溫度傳感器是在發電機組內部放入熱電偶，用以檢測發電機繞組和發電機內部的溫度。由於發電機進行絕緣檢測時，環境溫度和發電機自身的狀態不一樣。測試的絕緣電阻也要進行折算。利用溫度折算關係式將發電機絕緣電阻進行歸一化處理。
如圖2所示，一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置，內部原理是將恆壓源、熔斷器、電流表1和接觸器km2串聯後與電壓表的一次側相併聯，電壓表兩端與過壓保護裝置並聯，接觸器km3、電流表2和放電電阻三者串聯後並聯到恆壓源支路，恆壓源支路一端通過接觸器km1與發電機定子接線端子相連接，另一端與接地接線端子相連接。
一種永磁風力發電機的發電機絕緣檢測裝置的檢測方法包括以下步驟：
(1)通過所述plc、通訊裝置和風電機組控制系統獲取風機的工作狀態，當風電機組處於正常停機狀態、再次啟動狀態時間大於所述發電機絕緣檢測裝置的檢測時間並且所述plc內部定時器到達檢測周期時，啟動所述發電機絕緣檢測裝置；
(2)所述發電機絕緣檢測裝置的啟動時間滿足要求時，閉合接觸器km1並保持接觸器km2和接觸器km3處於打開狀態，通過所述電壓表測量發電機定子電壓，當定子電壓小於600v時，閉合接觸器km3，利用所述放電電阻對發電機定子殘餘電荷進行放電，放電時間大於等於20秒，當所述第一電流表測量通過所述放電電阻的電流值小於0.1a時，延遲5秒鐘斷開接觸器km3；
(3)放電過程結束後，根據工作情況選擇吸收比測量模式，接通接觸器km2在發電機定子上施加所述恆壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在15秒鐘和60秒鐘時的數據，分別計算出15秒鐘和60秒鐘時的絕緣電阻值，並計算定子繞組的吸收比，根據現場實際溫度和溼度進行歸一化處理，利用歸一化電阻值和吸收比判斷發電機組定子絕緣狀態，設置閾值，絕緣電阻值小0.5兆歐。對檢測值進行報警。對於吸收比小於1.2時，進行報警處理；
(4)放電過程結束後，根據工作情況選擇極化指數測量模式，接通接觸器km2在發電機定子上施加所述恆壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在1分鐘和10分鐘時的數據，分別計算出1分鐘和10分鐘時的絕緣電阻值，並計算定子繞組的極化指數，根據現場實際溫度和溼度進行歸一化處理，利用歸一化絕緣電阻值和極化指數判斷發電機組定子絕緣狀態，設置閾值，對於極化指數小於1.3時，進行報警處理；
(5)通過連續的檢測計算，記錄發電機定子繞組的吸收比，繪製發電機定子絕緣吸收比曲線；通過連續的檢測計算，記錄發電機定子繞組的極化指數，繪製發電機定子絕緣極化指數曲線，並記錄在所述plc的存儲單元內，所述指示plc單次測量完畢；
(6)單次測量完畢後，首先斷開接觸器km2，之後接通接觸器km3，進行發電機繞組殘餘電量釋放，當所述電壓表測量電壓小於50v時，斷開接觸器km3和接觸器km1，系統進入下一次檢測自動計時程序，所述plc發送信號給風力發電機組控制系統檢測完畢。
最後需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。