CN101551442B - 发电机转子绝缘在线监测接地定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机转子绝缘在线监测接地定位方法及装置，属于发电机转子接地监测保护技术；旨在提供一种可对接地位置快速判断的方法及装置。它是按电阻切换采样法算出相对定位值α；由转子绕组结构参数算出β_i(β)和γ_i，经过分析准确断出故障的物理位置。其装置包括微机、转子电压测量电路和电阻网络；电阻网络(4)通过无励磁转换电路(5)、切换电压测量电路(8)与大轴(1-3)连接，绕组负极(1-2)与无励磁转换电路(5)之间接有电压注入信号电路(13)；无励磁转换电路(5)及光电隔离开关(3)与微机(6)连接，转子电压测量电路(2)和切换电压测量电路(8)经A/D转换隔离电路(7)与微机(6)连接。

Description

发电机转子绝缘在线监测接地定位方法及装置

技术领域：

本发明涉及一种在线监测接地定位方法，尤其涉及一种在线监测发电机转子绝缘状况、诊断发电机转子接地位置的方法；本发明还涉及一种实现该方法的装置。

背景技术：

发电机转子是发电机的重要部件，通常是由大轴、设置在大轴上并与之隔离绝缘的绕组构成；由于要求绕组与大轴之间必须绝缘，因此绕组绝缘情况的好坏将直接关系到发电机能否安全正常运行，接地故障点的快速诊断能直接提高发电机的经济效益。目前，在发电机转子接地保护、监测中，存在下列问题：

1)现有技术中，具有相对接地定位的无需外加量的电阻网络双开关串联切换法，电阻网络双开关并联切换法，需要一个或两个外加量的单开关、双开关切换法，以及其他方法，得到的接地定位点α值，都是相对于负极或正极为参考点、以相对的0～1或0％～100％来表示的。其应用都是作为两点接地保护用，并没有作为接地部位判断，即使作为接地部位的判断，都不能自动给出接地故障点、绝缘劣化点发生的具体物理位置，如某号磁极接地、或某线圈接地或它们的某连接处接地，现场检修人员还必须花费大量时间去查资料计算，直接影响电厂经济效益。

2)由于只有当绝缘阻值下降到几十千欧以下时才发出转子接地报警信号，因此不能对发生接地故障前的绝缘状态进行监测、预警，不能避免故障发生，不能作到状态检修。

3)由于没有记忆故障发生位置的功能，若停机处理时接地故障会随之消失，则因找不到故障点而无法检修。

4)虽然某些一点接地保护装置能够显示绝缘电阻值，但该阻值的范围太窄，通常只有0～100千欧左右，存在监测精度不高、动作存在死区等缺陷，不能满足在线监测要求。

发明内容：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种发电机转子绝缘在线监测接地定位方法，利用该方法不仅能够对发电机转子发生接地故障的具体位置作出快速、准确的判断，从而达到缩短停机检修时间、提高经济效益的目的；而且还能作出绝缘电阻值与时间的关系曲线，从而判断出绝缘劣化趋势、预测绝缘劣化点的物理位置。另外，本发明的目的还在于提供一种实现该方法的装置。

为了实现上述目的，本发明方法采用以下技术方案：它包括利用电阻切换采样法得到的相对定位值α；还包括以下步骤：

(1)根据汽轮发电机转子绕组中线圈的组数g、匝数J以及各组线圈的周长D_i，算出各组线圈导线占转子绕组导线长度的百分比β_i以及各组线圈连接处的位置γ_i：

β_i＝L_i/L

${\mathrm{\γ}}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i,(n=i)$

其中，各组线圈导线的长度为L_i＝JD_i，转子绕组导线的总长度为 $L=\underset{i=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i,$ i为第某组线圈的组号；

(2)将上述计算结果与相对定位值α进行比较、分析，对发生接地故障的具体物理位置作出以下判断：

①若γ_i-1＜α＜γ_i，则表明转子绕组在第i组线圈发生接地；

②若k＝(α-γ_i-1)J/β_i，则表明转子绕组在第i组线圈的第k匝线圈发生接地；

③若α＝γ_i±δ，则表明转子绕组在第i组线圈与第i+1组线圈的连接处发生接地；

④若α≤0+δ，则转子绕组以负极为参考表明负极接地，以正极为参考表明正极接地；

⑤若α＞1-δ，则转子绕组以负极为参考表明正极接地，以正极为参考表明负极接地。

本发明方法还可以采用以下技术方案：包括利用电阻切换采样法得到的相对定位值α；还包括以下步骤：

(1)根据水轮发电机转子绕组中的磁极总数g、匝数J，算出各磁极占总磁极数的百分比β以及各磁极连接处的位置γ_i：

β＝1/g

γ_i＝βi

其中，i为磁极号；

(2)将上述计算结果与相对定位值α进行比较、分析，对发生接地故障的具体物理位置作出以下判断：

①若γ_i-1＜α＜γ_i，则表明转子绕组在第i号磁极发生接地；

②若k＝(α-γ_i-1)J/β，则表明转子绕组在第i号磁极的第k匝线圈发生接地；

③若α＝γ_i±δ，则表明转子绕组在第i组线圈与第i+1号磁极的连接处发生接地；

④若α≤0+δ，则转子绕组以负极为参考表明负极接地，以正极为参考表明正极接地；

⑤若α＞1-δ，则转子绕组以负极为参考表明正极接地，以正极为参考表明负极接地。

为了实现上述方法，本发明所提供的装置采用以下技术方案：它包括微机、并联在绕组正负极之间的转子电压测量电路和电阻网络；电阻网络依次通过无励磁转换电路、切换电压测量电路与大轴连接，在绕组负极与无励磁转换电路之间接有电压注入信号电路；电阻网络中的光电隔离开关以及无励磁转换电路分别与微机连接，转子电压测量电路和切换电压测量电路共同通过A/D转换隔离电路与微机连接。

在切换电压测量电路与大轴之间接有与微机连接的转换电路，传统接地保护装置通过转换电路与大轴连接；接地报警回路与微机连接；微机通过串行隔离通讯电路与上位计算机连接。

在上述技术方案中，转子电压测量电路和切换电压测量电路分别由电阻分压模块构成，分别用来测量发电机转子电压和切换电压；电阻网络由电阻组成；光电隔离开关由光电隔离开关和过压保护器组成；无励磁转换电路、转换电路由光电隔离开关和继电器组成；电压注入信号电路由直流电源模块组成；A/D转换隔离电路由A/D转换模块和光电隔离模块组成，用来采集发电机转子电压和切换电压，并隔离后传给微机；接地报警回路由光电隔离电路和继电器组成，当转子绝缘劣化或接地后，可经延时由微机发出转子绝缘劣化或转子接地报警信号；液晶显示器用来显示绝缘电阻值、绝缘变化趋势曲线、劣化或接地所在的物理位置，显示记忆接地前后转子绝缘值和接地所在及其发生的时间，显示转子电压；串行隔离通讯电路由带隔离的串行通讯电路组成，将转子绝缘电阻值、绝缘分布状态、接地点所在的物理位置、励磁电压等实时参数送到上位计算机显示，便于远方监测。

与现有技术比较，本发明方法由于采用了上述技术方案，利用电阻切换采样法得到的相对定位值α，并根据汽轮发电机转子绕组中线圈的组数g、匝数J以及各组线圈的周长D_i，算出各组线圈导线占转子绕组导线长度的百分比β_i以及各组线圈连接处的位置γ_i，或者根据水轮发电机转子绕组中的磁极总数g、匝数J，算出各磁极占总磁极数的百分比β以及各磁极连接处的位置γ_i；从而不仅能够快速、准确地判断出接地故障点的具体物理位置，大幅度地缩短了维修时间、有效地提高了经济效益；而且还能作出绝缘电阻值与时间的关系曲线，从而判断出绝缘劣化趋势、预测绝缘劣化点的物理位置。

与现有技术比较，本发明装置由于采用了上述技术方案，不仅能够快速、准确地判断并显示接地故障点的具体物理位置，大幅度地缩短了维修时间、有效地提高了经济效益；而且还能作出绝缘电阻值与时间的关系曲线，从而判断出绝缘劣化趋势、预测绝缘劣化点的物理位置。本实用新型对绝缘电阻的监测范围可达0.000MΩ～10.00MΩ，电阻误差小于±5％；绝缘劣化和接地定位误差小于1％，分辨率为0.1％；转子电压为0.0V～500.0V，误差小于0.5％，分辨率为0.1％。

附图说明：

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是汽轮发电机转子绕组的展开结构示意图；

图3是水轮发电机转子绕组的展开结构示意图。

图中：发电机转子1  绕组正极1-1  绕组负极1-2  大轴1-3转子电压测量电路2  光电隔离开关3  电阻网络4  无励磁转换电路5微机6  A/D转换隔离电路7  切换电压测量电路8  串行隔离通讯电路9  上位计算机10  接地报警回路11  转换电路12  电压注入信号电路13  传统接地保护装置14  液晶显示器15

具体实施方式：

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1，如图2所示，本发明方法通过以下步骤实现：

(1)按电阻切换采样法得出相对定位值α；

(2)根据汽轮发电机转子绕组中线圈的组数g、匝数J以及各组线圈的周长D_i，算出各组线圈导线占转子绕组导线长度的百分比β_i以及各组线圈连接处的位置γ_i：

β_i＝L_i/L

${\mathrm{\γ}}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i,(n=i)$

其中，各组线圈导线的长度为L_i＝JD_i，转子绕组导线的总长度为 $L=\underset{i=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i,$ i为第某组线圈的组号；

(2)将上述计算结果与相对定位值α进行比较、分析，对发生接地故障的具体物理位置作出以下判断：

①若γ_i-1＜α＜γ_i，则表明转子绕组在第i组线圈发生接地；

②若k＝(α-γ_i-1)J/β_i，则表明转子绕组在第i组线圈的第k匝线圈发生接地；

③若α＝γ_i±δ，则表明转子绕组在第i组线圈与第i+1组线圈的连接处发生接地；

④若α≤0+δ，则表明转子绕组在参考点的位置发生接地；若以负极为参考点则负极接地，若以正极为参考点则正极接地；

⑤若α＞1-δ，则表明转子绕组在相对于参考点的另一极发生接地；若以负极为参考点则正极接地，若以正极为参考点则负极接地。

实施例2，如图3所示，本发明方法还可通过以下步骤实现：

(1)按电阻切换采样法得出相对定位值α；

(2)根据水轮发电机转子绕组中的磁极总数g、匝数J，算出各磁极占总磁极数的百分比β以及各磁极连接处的位置γ_i：

β＝1/g

γ_i＝βi

其中，i为磁极号；

(2)将上述计算结果与相对定位值α进行比较、分析，对发生接地故障的具体物理位置作出以下判断：

①若γ_i-1＜α＜γ_i，则表明转子绕组在第i号磁极发生接地；

②若k＝(α-γ_i-1)J/β，则表明转子绕组在第i号磁极的第k匝线圈发生接地；

③若α＝γ_i±δ，则表明转子绕组在第i组线圈与第i+1号磁极的连接处发生接地；

④若α≤0+δ，则表明转子绕组在参考点的位置发生接地；若以负极为参考点则负极接地，若以正极为参考点则正极接地；

⑤若α＞1-δ，则表明转子绕组在相对于参考点的另一极发生接地；若以负极为参考点则正极接地，若以正极为参考点则负极接地。

在上述两实施例中，δ为定位误差。

本发明装置如图1所示：发电机转子1由大轴1-3、设置在该大轴上的绕组构成，该绕组与大轴1-3之间设有阻值为Rf的绝缘层。在绕组正极1-1与绕组负极1-2之间并联有转子电压测量电路2和电阻网络4，该电阻网络中设有光电隔离开关3；电阻网络4依次通过无励磁转换电路5、切换电压测量电路8与大轴1-3连接，在绕组负极1-2与无励磁转换电路5之间接有电压注入信号电路13。当发电机运行时，由于有励磁电压，因此不需要外加电压就能实现绝缘监测和接地定位；而当发电机停机时，由于没有励磁电压，电压注入信号电路13可通过无励磁转换电路5的切换向转子提供一个外加电压，从而能够保证即便在停机状态下也可实现监测。光电隔离开关3以及无励磁转换电路5分别与微机6连接，转子电压测量电路2和切换电压测量电路8共同通过A/D转换隔离电路7与微机6连接。为了能够与原有的接地保护装置兼容，在切换电压测量电路8与大轴1-3之间还可以连接一个与微机6连接的转换电路12，原有的传统接地保护装置14通过转换电路12与大轴1-3连接；另外，在微机6上还连接有接地报警回路11和液晶显示器15。为了能够实现远程监测，微机6通过串行隔离通讯电路9与上位计算机10连接。

Claims (6)

1.一种发电机转子绝缘在线监测接地定位方法，包括利用电阻切换采样法得到的相对定位值α；其特征在于还包括以下步骤：

(1)根据汽轮发电机转子绕组中线圈的组数g、每组线圈的匝数J以及各组线圈的周长D_i，算出各组线圈导线占转子绕组导线长度的百分比β_i以及各组线圈连接处的位置γ_i：

β_i＝L_i/L

其中，各组线圈导线的长度为L_i＝JD_i，转子绕组导线的总长度为 

i为第某组线圈的组号；

(2)将上述计算结果与相对定位值α进行比较、分析，对发生接地故障的具体物理位置作出以下判断：

①若γ_i-1＜α＜γ_i，则表明转子绕组在第i组线圈发生接地；

②若k＝(α-γ_i-1)J/β_i，则表明转子绕组在第i组线圈的第k匝线圈发生接地；

③若α＝γ_i±δ，则表明转子绕组在第i组线圈与第i+1组线圈的连接处发生接地；

④若α≤0+δ，则转子绕组以负极为参考表明负极接地，以正极为参考表明正极接地； 

⑤若α＞1-δ，则转子绕组以负极为参考表明正极接地，以正极为参考表明负极接地；

其中，δ为定位误差。

2.一种发电机转子绝缘在线监测接地定位方法，包括利用电阻切换采样法得到的相对定位值α；其特征在于还包括以下步骤：

(1)根据水轮发电机转子绕组中的磁极总数g、匝数J，算出各磁极占总磁极数的百分比β以及各磁极连接处的位置γ_i：

β＝1/g

γ_i＝βi

其中，i为磁极号；

(2)将上述计算结果与相对定位值α进行比较、分析，对发生接地故障的具体物理位置作出以下判断：

①若γ_i-1＜α＜γ_i，则表明转子绕组在第i号磁极发生接地；

②若k＝(α-γ_i-1)J/β，则表明转子绕组在第i号磁极的第k匝线圈发生接地；

③若α＝γ_i±δ，则表明转子绕组在第i组线圈与第i+1号磁极的连接处发生接地；

④若α≤0+δ，则转子绕组以负极为参考表明负极接地，以正极为参考表明正极接地；

⑤若α＞1-δ，则转子绕组以负极为参考表明正极接地，以正极为参考表明负极接地； 

其中，δ为定位误差。

3.一种实现权利要求1或2所述的发电机转子绝缘在线监测接地定位方法的装置，包括微机、并联在绕组正负极之间的转子电压测量电路和电阻网络；其特征在于：电阻网络(4)依次通过无励磁转换电路(5)、切换电压测量电路(8)与大轴(1-3)连接，在绕组负极(1-2)与无励磁转换电路(5)之间接有电压注入信号电路(13)；电阻网络(4)中的光电隔离开关(3)以及无励磁转换电路(5)分别与微机(6)连接，转子电压测量电路(2)和切换电压测量电路(8)共同通过A/D转换隔离电路(7)与微机(6)连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：在切换电压测量电路(8)与大轴(1-3)之间接有与微机(6)连接的转换电路(12)，传统接地保护装置(14)通过转换电路(12)与大轴(1-3)连接。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于：接地报警回路(11)与微机(6)连接。

6.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于：微机(6)通过串行隔离通讯电路(9)与上位计算机(10)连接。 

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