CN110703097B - 一种风力发电机绝缘电阻在线监控仪和监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电机绝缘电阻在线监控仪领域，公开了一种风力发电机绝缘电阻在线监测仪，包括分别与发电机的定子绕组和转子绕组连接的第一检测电压输出端口和第二检测电压输出端口，第一检测电压输出端与第一继电器连接，第一继电器的常开触点接地，本方案还提供一种风力发电机绝缘电阻的在线检测方法，本发明的风能发电机绝缘在线监控仪设备是和风能发电机配合应用，可分别检测发电机的定子绕组对地绝缘电阻值、转子绕组对地绝缘电阻值、定子和转子间的绝缘电阻值等共三组绝缘电阻值参数。

Description

一种风力发电机绝缘电阻在线监控仪和监测方法

技术领域

本发明涉及风力发电机监控领域，更具体地说，特别涉及一种风力发电机绝缘电阻在线监控仪和监测方法。

背景技术

随着洁净能源如太阳能、风能、潮汐能、生物能等可再生能源的不断推广和应用，特别是风能技术的不断成熟，经济可行性价值较高，是一种较理想的发展能源。风能与其他能源相比，有其明显的优点：蕴量巨大、分布广泛、没有污染，是取之不尽、用之不竭的再生能源；风力发电没有燃料问题，不会产生辐射或二氧化碳公害，也不会产生辐射或空气污染；而且从经济的角度讲，风力仪器比太阳能仪器要便宜九成多。中国风能储量很大、分布面广，甚至比水能还要丰富。合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺的压力。从目前的技术成熟度和经济可行性来看，风能最具竞争力，从中期来看，全球风能产业的前景相当乐观，各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策，将为该产业未来几年的迅速发展提供巨大动力。根据预计，未来几年亚洲和美洲将成为最具增长潜力的地区。中国的风电装机容量将实现每年30％的高速增长速度。因此风能发电的前景非常之大，风能设备的投入数量也是非常巨大。

由于风能发电的动能是风，且风能设备都安装在旷野或浅海平面上，无风力时发动机将停止运行，发动机设备将由热逐渐冷却，此时设备最易受到来自潮湿和盐蚀的浸蚀损毁破坏，严重的会造成发动机设备的绝缘值下降，甚至会造成其对地绝缘电阻值下降至零欧姆，如果此时来风时发动机会强行启动运行，会造成发动机主要设备烧毁等财产损失。因此根据客户需求和市场调研成果，现研发了一款针对风能发电机特性的绝缘在线监测设备“ZZFNJKY-I风能发电机绝缘电阻在线监控仪”。此绝缘在线监控仪的发明可以很好的解决发电机设备定子、转子绕组对地绝缘及定子、转子绕组之间的绝缘下降或短路问题，发现问题及时报警并闭锁设备，及早处理，避免设备烧毁等财产损失。

由于风能发电还处于发展阶段，对风能发电机的绝缘在线监测设备还不完善，甚至就没有，传统的检测也就是手动摇表检测，这种检测也就在设备安装投入运行前一次性检测，后期因工作量大，不方便等各种原因就不在检测了，无法在线检测并远程通讯，也就不可能发现问题及时闭锁保护设备了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机绝缘电阻在线监控仪和监测方法，本发明目的是解决上述不能在线检测设备绝缘等问题，绝缘检测设备要求能够在线检测，能够完成报警闭锁、远程通讯、报警记录、人机对话等功能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种风力发电机绝缘电阻在线监测仪，包括分别与发电机的定子绕组和转子绕组连接的第一检测电压输出端口和第二检测电压输出端口，所述第一检测电压输出端与第一继电器K1连接，所述第一继电器K1的常开触点接地，所述第一继电器K1的常闭触点与第三继电器K3中的常开触点和常闭触点中的一个连接，所述第二检测电压输出端口与第二继电器K2连接，所述第二继电器K2的常开触点接地，所述第二继电器K2的常闭触点与第三继电器K3中常开触点和常闭触点中的另一个连接，通过所述第三继电器K3接入检测电压，本发明的风能发电机绝缘在线监控仪设备是和风能发电机配合应用，可分别检测发电机的定子绕组对地绝缘电阻值、转子绕组对地绝缘电阻值、定子和转子间的绝缘电阻值等共三组绝缘电阻值参数，以及上述三组绝缘电阻值的吸收比，远程传输至中控室，便于技术人员分析发电机的优劣等级，及早安排维修和保养等工作，确保发电机正常运行不会因故障而损坏，最大化的提高发电机的运行效率。

进一步地，所述定子绕组与第一检测电压输出端口之间设有设有第一隔离电阻R1，所述转子绕组与第二检测电压输出端口之间设有第二隔离电阻R2，该隔离电阻可以是一个单独的电阻也可以是若干个并联的电阻。

进一步地，所述第三继电器K3接入的检测电压为500V的直流电，该检测电压的具体数据不应成为本发明的限制。

进一步地，所述第一继电器K1、第二继电器K2和第三继电器K3均为干簧管继电器。

本方案还提供一种风力发电机绝缘电阻的在线检测方法，S1、判断发电机是否处于停机状态，若是，进行步骤S2；S2、将发电机的定子绕组和转子绕组接地，对地放电设定时间；S3、分别对定子绕组、转子绕组施加电压，实时测量定子绕组、转子绕组的对地绝缘阻值数据并实时的与预设的对地绝缘阻值阈值进行对比，若小于预设的阈值，则进行步骤S4，且在实时测量的过程中提取定子绕组、转子绕组在多个时间节点下的对地绝缘阻值，计算得到得到吸收比参数，将该吸收比参数与预设的吸收比参数阈值进行对比，若小于吸收比参数阈值，则进行步骤S4；S4、向终端发出报警信号，断开发电机电路，并重复步骤S1。

进一步地，所述步骤S3中的施加的电压为500V的直流电压。

进一步地，所述步骤S3中的对地绝缘阻值阻值为5MΩ。

进一步地，所述步骤S3中的所述多个时间节点包括15s和60s时的对地绝缘阻值，所述吸收比参数等于60s时的对地绝缘阻值除以15s时的对地绝缘阻值，其还可以为其他优选的数值，此处不应成为本发明的限制。

进一步地，所述步骤S3和步骤S4之间还包括对定子绕组对转子绕组间的检测，其具体步骤包括：S351、将发电机的定子绕组和转子绕组接地，对地放电设定时间；S352、将第二检测电压输出端口接地，并在定子绕组对转子绕组间施加电压，实时测量定子绕组对转子绕组间的对地绝缘阻值数据并实时的与预设的对地绝缘阻值阈值进行对比，若小于预设的阈值，则进行步骤S4，且在实时测量的过程中提取定子绕组对转子绕组间在多个时间节点下的对地绝缘阻值，计算得到得到吸收比参数，将该吸收比参数与预设的吸收比参数阈值进行对比，若小于吸收比参数阈值，则进行步骤S4。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、风能发电机绝缘监测仪运行显示:采用双4位数码管显示窗口分别显示对应绕组位号及其静态绝缘电阻值；静态绝缘电阻值、故障报警记录查阅，共有21组历史报警记录；静态绝缘电阻超低时对应显示值闪烁报警；绝缘值降低到预置值时,监控器对应的控制输出继电器KJ、KS无源触点输出动作。

2、风能发电机绝缘监测仪设置两路DC500V检测电压输出端分别为1Y、2Y输出端口，分别通过两个1MΩ隔离电阻和发电机的定子和转子绕组连接，将发电机的外壳和绝缘监测仪的17端子(大地)连接形成一个检测回路，在绝缘监控仪内部设置四组干黄管继电器，通过软件来实现将发电机绕组对地放电和充电等动作，每60秒切换一次，来实现对发电机的定子和转子绕组对地的绝缘值检测及发电机的定子和转子绕组间的绝缘值检测并分别记录定子、转子及定子转子绕组间的绝缘吸收比参数，实现测量和报警功能。

3、风能发电机绝缘监测仪设置1路干簧管继电器K用于和外部控制柜上的真空断路常闭触点连接或和启动回路常闭辅助触点连接来控制风能发电机绝缘监测仪的1Y、2Y高压输出，当辅助触点闭合时有高压输出，反之则没有高压输出。用于发电机在停运时对其各绕组对地绝缘电阻进行绝缘值检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中继电器控制回路的部分结构示意图；

图2是本发明中继电器控制回路的部分结构示意图；

图3是本发明中的仪表电源图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一：

请参阅图1、图2、图3所示，根据仪表外接继电器K状态判定电机是在开机/停机状态，当外接继电器K为闭合时表示发电机是在停机状态，反之为开机状态。当发电机在停机状态时，控制器才能允许分别对定子、转子绕组及定子转子绕组间施压进行测量准备，包括定子和转子绕组对地放电动作。

当外接继电器K为闭合状态时，根据命令让控制器内部干簧管继电器K1、K2由常闭触点变成常开触点，此时1Y和2Y端通过K1、K2常开触点和大地连接，发电机定子和转子绕组分别通过隔离电阻R1、R2和1Y、2Y连接同时对地放电1分钟后，干簧管继电器K1、K2再由常开变为常闭状态，此时控制器内部继电器K3按顺序分别由常闭状态转换为常开连接，分别将DC 500V电压通过仪表1Y输出端口对发电机定子绕组进行施压，同时记录15秒和60秒的绝缘值；然后再将DC 500V电压通过仪表2Y输出端口对转子绕组进行施压，同时记录15秒和60秒的绝缘值；根据程序命令让控制器内部干簧管继电器K1、K2由常闭触点连接变成常开触点连接，此时1Y和2Y端口分别通过K1、K2继电器常开触点连接和大地连接，发电机定子和转子绕组分别再通过隔离电阻R1、R2和1Y、2Y端口连接，再同时对地放电1分钟后，干簧管继电器K1由常开变为常闭连接状态，K2保持常开连接不变和大地连接，此时K3保持常闭连接，通过K1常闭触点连接和1Y端口连接,1Y通过隔离电阻R1和定子绕组连接，此时发电机转子绕组和隔离电阻R2连接再通过2Y端口连接到K2常开触点连接和大地连接，发电机和大地一直保持连接状态，此时通过1Y端口将DC500V电压输出对发电机定子绕组施压1分钟，同时记录定子绕组对转子绕组间的15秒和60秒的绝缘值，此循环结束。注：在对各绕组对地检测过程中，当其绝缘阻值下降到其设定阈值(5MΩ)时(此阈值可以设定)，继电器KJ和KS动作，同时对应绝缘阻值显示值闪动报警提示，面板报警LED灯常亮。继电器KJ为启动闭锁继电器输出，常闭时允许开机，KS为报警继电器输出，发电机故障时KS触点由常闭变换常开触点。

当发电机在开机状态时，控制器停止上述所有测量工作，仪表面板上设置的发电机运行状态灯LED绿灯闪动显示。控制器发出发电机在运行信息，以便于总控制室接收。控制器检测的绝缘值全部为显示为999.9MΩ。此时如人工命令绕组对地放电命令无效。

当发电机在停机状态时，仪表面板上设置的发电机运行状态灯LED绿灯不显示。控制器发出发电机在停机状态信息，以便于总控制室接收。控制器开始上述1和2工作流程。此时如人工命令绕组对地放电命令有效。

当仪表处于报警状态时，继电器KJ常闭触点断开，电机无法开机，只有将报警故障消除后，继电器KJ触点为常闭状态时才具备开机条件。控制器具有故障消除自复位功能。

本发明专利产品和其他监控仪的最大区别是可以同时在线测量风能发电机的三种模式绝缘阻值(发电机定子绕组对地绝缘阻值、发电机转子绕组对地绝缘阻值、发电机定子转子间的绕组绝缘阻值)，对绝缘阻值、吸收比参数(R15s/R60s)和故障进行记录并发送。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种风力发电机绝缘电阻在线监控仪，包括分别与发电机的定子绕组和转子绕组连接的第一检测电压输出端口和第二检测电压输出端口，其特征在于：所述第一检测电压输出端口1Y与第一继电器K1连接，所述第一继电器K1的常开触点接地，所述第一继电器K1的常闭触点与第三继电器K3中的常开触点和常闭触点中的一个连接，所述第二检测电压输出端口2Y与第二继电器K2连接，所述第二继电器K2的常开触点接地，所述第二继电器K2的常闭触点与第三继电器K3中常开触点和常闭触点中的另一个连接，通过所述第三继电器K3接入检测电压；

所述定子绕组与第一检测电压输出端口之间设有第一隔离电阻R1，所述转子绕组与第二检测电压输出端口2Y之间设有第二隔离电阻R2，还包括仪表外接继电器K用于判定电机是在开机/停机状态；

发电机外壳和绝缘电阻在线监控仪的端子连接形成检测回路，绝缘电阻在线监控仪内部设置四组干黄管继电器，通过软件实现发电机绕组对地放电和充电动作，每60秒切换一次，对发电机的定子绕组和转子绕组对地的绝缘值检测及发电机的定子绕组和转子绕组间的绝缘值检测并分别记录定子绕组、转子绕组及定子绕组与转子绕组间的绝缘吸收比参数，实现测量和报警功能。

2.根据权利要求1所述的风力发电机绝缘电阻在线监控仪，其特征在于，所述第三继电器K3接入的检测电压为500V的直流电。

3.根据权利要求1所述的风力发电机绝缘电阻在线监控仪，其特征在于，所述第一继电器K1、第二继电器K2和第三继电器K3均为干簧管继电器。