CN107861062B - 基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统 - Google Patents

基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,包括依次连接的碳刷电流采集单元、前端数据采集器、服务器和功率采集器;碳刷电流采集单元用于采集发电机碳刷的电流信号;前端数据采集器用于获取各碳刷电流采集单元的碳刷电流信号,得到整体及单独每个碳刷电流的信号特征;功率采集器用于采集发电机的输出参数;服务器用于处理励磁电流特性与发电机输出电参数的关系,若励磁电流特性与输出电参数实时对应关系异常则发出报警信号;整个系统采用无线同步时钟单元,用于整个系统数据同步采集。该基于同步采样的数据处理能消除单个碳刷的差异对励磁电流的影响,得出反映出整体有效励磁电流的实时变化。

Description

基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测 系统
技术领域
本发明涉及一种基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统。
背景技术
发电机是整个电力系统的心脏,它是将所有其他形式的能量转化成电能重要环节,其运行的安全性和稳定性对整个电网安全性和稳定性至关重要。发电机转子短路故障是发电机的多发且常见故障,其短路故障又分为匝间短路和对地短路两种短路方式。轻微的匝间短路并不会对发电机组造成什么影响,故障特征也不明显,常常被忽略,但如果这种不正常状态得不到及时有效的处理,匝间短路程度会加剧,会引起机组振动加强、励磁电流明显增大、绕组温度升高等现象,严重时会造成转子接地、大轴磁化、护环烧毁等情况。发电机正常运行时,转子绕组对地有一定的对地电容和绝缘电阻,但是由于转子发热或其他原因导致转子绕组对地绝缘损坏时,就会发生转子绕组接地。单点接地对发电机的影响不大,发电机仅发出报警;但如果这种不正常状态不及时处理,会发展成两点,此时转子回路中产生很大的短路电流,会造成烧伤转子轴颈和轴瓦、大轴磁化,甚至非停等恶性事故,对发电机安全稳定运行存在巨大威胁。
发电机转子短路故障是一个由刚开始的小的短路情况长期恶化形成的,如果能在故障初、早期发现,分析故障原因,并确定故障发生部位和严重程度,合理调整检修计划可有效防止故障进一步恶化,大大提高发电机运行的经济性和可靠性。因此对发电机转子的短路在线监测就十分有必要,可有效防患故障于未然。
而针对转子短路故障的监测,国内外都有进行大量的研究和实验,提出的直流电阻法、交流阻抗法、定子环流监测法和探测线圈法等,但是或无法实现在线监测,或准确率低,或实际应用中安装复杂、受到环境限制等,都不甚理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,以解决现有转子短路故障的监测系统结构复杂、受环境限制大的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,包括依次连接的碳刷电流采集单元、前端数据采集器、服务器和功率采集器、无线同步时钟单元;
所述碳刷电流采集单元包括若干与碳刷一一对应的电流采集器,所述电流采集器用于分别采集发电机组的单个碳刷的电流信号;
所述前端数据采集器用于获取所有所述电流采集器所采集到的碳刷的电流信号,得到该机组所有碳刷的电流总和及单个碳刷的励磁电流特性;
所述功率采集器用于采集发电机的实时输出电参数;
服务器用于处理励磁电流特性与发电机输出电参数关系,若励磁电流特性与输出电参数实时对应关系异常则发出报警信号;
所述无线同步时钟单元,用于控制数十个碳刷电流采集器和功率采集器进行同周期采集。
进一步地,所述服务器还包括误差消除单元;所述误差消除单元是在同步采样的基础上实现的根据同步获取到的所有碳刷的电流信号特征,在消除个别碳刷差异干扰的基础上,得出的总励磁电流特性是真正用于发电机转子励磁的电流,在发电机正常工作时,有效励磁电流特征参数和发电机输出电参数有正常的对应关系曲线,如在发电机出现故障,该对应曲线会发生偏离,从而及时发现发电机故障。
进一步地,所述电流采集器为闭环霍尔电流传感器。
进一步地,该系统还包括与所述服务器连接的报警器,所述报警器用于根据所述服务器产生的报警信号进行报警。
进一步地,该系统还包括连接在所述前端数据采集器和服务器之间的中继器,所述中继器用对于接收到的碳刷的电流进行缓存。
本发明的有益效果为:通过实时采集每个碳刷的电流参数和发电机组的输出功率信号及数据特征,再通过服务器计算该机组所有碳刷的电流总和发电机组的输出功率信号的对应关系,并判断两者之间的对应关系是否在正常的范围内,若比较得出所述电流总和与所述输出功率信号的对应关系不在正常范围内则产生报警信号,报警提醒工作人员采取相关措施,通过该系统可以及时发现异常,并且该系统只需对碳刷的电流信号和发电机组的输出功率信号进行采集,所需要设备数量少,施工方便,自动化程度高,无需人员维护,且受环境限制小。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本发明一个实施例的原理图。
图2为本发明一个实施例的闭环霍尔电流传感器的原理图。
具体实施方式
如图1所示的基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,包括依次连接的碳刷电流采集单元、前端数据采集器、服务器和功率采集器;下面分别对各个组成部分进行详细描述:
所述碳刷电流采集单元包括若干与碳刷一一对应的电流采集器,所述电流采集器用于采集发电机碳刷的电流信号。本申请中的所述电流采集器为闭环霍尔电流传感器,其原理图如图2所示,闭环霍尔电流传感器的具体工作过程为:当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件H上,所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通,从而获得一个补偿电流IS。这一电流再通过多匝绕组产生磁场,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件H的输出逐渐减小。当与IP与匝数相乘所产生的磁场相等时,IS不再增加,这时的霍尔器件H起到指示零磁通的作用,此时可以通过IS来测试IP。当IP变化时,平衡受到破坏,霍尔器件H有信号输出,即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡,霍尔器件H就有信号输出。经功率放大后,立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡,所需的时间理论上不到1us,这是一个动态平衡的过程。因此,从宏观上看,次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。
所述前端数据采集器用于获取所有所述闭环霍尔电流传感器所采集到的碳刷的电流信号,并计算得到若有碳刷电流信号和电流总和;所述功率采集器用于采集发电机组的输出功率信号;所述服务器用于获取所述电流总和所述输出功率信号,并根据所述电流总和与所述输出功率信号的对应关系是否在正常范围内,若比较得出所述电流总和与所述输出功率信号的对应关系不在正常范围内则产生报警信号报警,通过与所述服务器连接的报警器进行报警以及时提醒相关工作人员采取相应措施。
在正常的生产过程中,机组会尽可能的保证发电机的发电功率比较平稳,当转子短路时,励磁出力下降,系统会根据反馈信号自动的增大励磁电流。理想状态下:如果能实时采集到励磁电流信号(设为I0)和发电机组功率参数(设为P0),纵向比较运行参数和实验数据,可以有效判定发电机组是否有短路现象。但是实际情况是碳刷与滑环之间是不稳定的,电流变化的发生也是不稳定的,当电流参数I0发生变化时,并没有数据能表明是转子短路还是碳刷摩擦的不稳定性引发的。
本申请采用实时采集每个碳刷的电流参数,励磁电流I0就是该机组所有碳刷的电流总和。通过这种方式完全可以规避碳刷自身参数的变化对电流参数的影响,实时采集的碳刷电流参数是实时变化的,但是如果是转子的短路引起的参数变化,碳刷参数的变化必定是同步成关系变化的,此时再纵向比较实验数据和特征运行参数I0、P0的关系,就是有效的特征参数分析对比了,可在问题萌芽期就能通过部分特征参数分析对比发现异常,及能时有效采取措施控制故障继续发展和消除故障的相应处理对策,实现从传统的事故后检修转变为预防性状态检修。
并且,所述误差消除单元是在同步采样的实现的。该系统还包括一个无线同步时钟单元,用于控制数十个碳刷电流采集器和功率采集器进行同周期采集,在同步采样的基础上,才能消除多个碳刷由于物理和电气特性的不同带来的个体干扰,得出反映整体有效励磁电流的实时变化的准确情况。根据获取到的所有碳刷的电流信号特征,判断发电机组的所有碳刷的电流信号是否呈同步变化关系,若判断其中某一个或几个碳刷的电流信号与其他所有碳刷不是同步成关系变化时,则记录当前所述电流总和与所述输出功率信号的对应关系异常原因为碳刷故障。
所述服务器上设有一个同步时钟单元,用于控制所述电流采集器和所述功率采集器进行数据同步采集。碳刷电流总和I0和发电机的出口功率P0是实时变化的,如果没有一个统一的时钟和同样的采样周期,那么采集的数据从理论上来说是没有对比意义的。同步时钟可以通过服务器与发电机组功率采样表的实时通讯在T0采集数据P0;通过后台服务器与前端数据采集器的通讯,在时刻T0采集前端传感器的电流参数,经过了周期T1后再次采样,这样可保证各组采集的数据在时效性上属性是一致的,后期分析处理才是有意义的。
此外,该系统还包括连接在所述前端数据采集器和服务器之间的中继器,所述中继器用对于接收到的碳刷的电流进行缓存。前端数据采集器采集的数据比较多,如果直接接入后台服务器会增大服务器的缓存负担,后台服务器的命令传输也比较繁杂;数据集中器的存在可以将数据集中以缓冲存储、系统的命令中转,同时还可以实现事件记录、数据的横向传输等功能。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,其特征在于,包括依次连接的碳刷电流采集单元、前端数据采集器、服务器和功率采集器和无线同步时钟单元;
所述碳刷电流采集单元包括若干与碳刷一一对应的电流采集器,所述电流采集器用于分别采集发电机组的单个碳刷的电流信号;
所述前端数据采集器用于获取所有所述电流采集器所采集到的碳刷的电流信号,得到该机组所有碳刷的电流总和及单个碳刷的励磁电流特性;
所述功率采集器用于采集发电机的实时输出电参数;
服务器用于处理所述励磁电流特性与发电机输出电参数的对应关系,若励磁电流特性与输出电参数实时对应关系异常则发出报警信号;
所述无线同步时钟单元,用于控制所述碳刷电流采集器和功率采集器进行同周期采集;
所述服务器还包括误差消除单元;所述误差消除单元是在同步采样的基础上实现的根据同步获取到的所有碳刷的电流信号特征,在消除个别碳刷差异干扰的基础上,得出的总励磁电流特性是真正用于发电机转子励磁的电流,在发电机正常工作时,有效励磁电流特征参数和发电机输出电参数有正常的对应关系曲线,如在发电机出现故障,该对应曲线会发生偏离,从而及时发现发电机故障。
2.根据权利要求1所述的基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,其特征在于,所述电流采集器为闭环霍尔电流传感器。
3.根据权利要求1所述的基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,其特征在于,该系统还包括与所述服务器连接的报警器,所述报警器用于根据所述服务器产生的报警信号进行报警。
4.根据权利要求1所述的基于发电机励磁电流同步采样的发电机组转子短路在线监测系统,其特征在于,该系统还包括连接在所述前端数据采集器和服务器之间的中继器,所述中继器用对于接收到的碳刷的电流进行缓存。
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