CN102169136B - 发电机电刷电流在线监测方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机电刷电流在线监测方法及监测系统。本发明利用安装在发电机的待监测电刷上的直流传感器，用于对电刷电流信号进行采样，并将每个传感器输出的电流信号进行数模转换处理，通过远程通讯传输到维护监控中心的监测服务器系统，通过计算机处理并显示，在出现电流不平衡时进行报警，维护人员可以及时赴现场进行处理，避免事故的发生。

Description

发电机电刷电流在线监测方法及监测系统

技术领域

本发明涉及发电机参数监测领域，尤其涉及发电机参数的在线监测。

背景技术

发电机集电环发生环火是发电机的多发事故。随着机组容量的增大，这种故障的损失也在增大。业内曾一度采用无刷励磁技术来避开此问题的发生。但由于旋转整流技术和可靠性及节能方面问题全方位衡量不能优于有刷励磁，所以近些年我国国产的大型发电机仍采用有刷励磁。所以至今发电机的集电环发生环火的故障危险依然存在，近年来发生率呈升高趋势。

发生环火的主要原因就是电刷烧损，产生电刷烧损的主要原因是电刷电流分配不均。造成电刷电流分配不均的原因是电刷与滑环的接触电阻波动。而产生这种波动的原因很多，而且随机性较大，为此监测电刷电流的变化以便及时处理，对于避免发电机集电环发生环火至关重要。

现有的关于电刷电流变化的监测多为人工现场测量，在发电机运行中必须经常用直流钳形电流表测量电刷的电流分配，以便及时发现电刷电流分配不均的情况。因此现有的关于电刷电流变化的监测方法必须现场作业，不能够实现实远程监控。

而且现有的用于监测电刷电流变化的工具多为直流钳形电流表，在实际使用中多有不便，同时不能够现实时采集电刷电流。

此外，现有的监测方法都是通过人工测量、读数、判断，不能够实现自动分析处理电流数据，也不能自动提供报警提示。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了发电机电刷电流在线监测方法及监测系统。

本发明利用现代的采集技术可以实时采集电刷电流变化信息，通过远程通信和计算机设备可以将数据远程传输到维护监控中心的监测服务器系统、在监视设备上面处理显示，并在出现电流不平衡时进行报警，维护人员可以及时赴现场进行处理，避免事故的发生。

根据本发明的一个方面，提供一种发电机电刷电流在线监测系统，包括：直流传感器组，具有多个用于测量电刷电流的直流传感器，直流传感器安装在发电机的待监测的电刷上，用于对电刷电流信号采样，直流传感器组将每个传感器输出的电流信号，送到模数变换及远程传输模组进行处理；模数变换及远程传输模组，接收每个传感器的电流信号后，先由其中的信号调整模块将其转换为电压信号，再经模数转换模块处理后，通过远程传输模块远程传送全部电流数据到集控中心的监测服务器系统；监测服务器系统，接收远程经模数变换的发电机每个电刷电流数据信息，进行显示、报警处理，监测服务器系统包括显示控制模块和报警处理模块，显示控制模块用于控制发电机每个电刷电流数据信息的显示，报警处理模块将每个电刷电流数据与预先设定的标准阈值范围进行比较，如果电流数据没有处于标准阈值范围内，则发出警报。

本发明的直流传感器组中的直流传感器可以是霍尔电流传感器。此外，霍尔电流传感器可以安装在电刷的刷握分流板上。本发明的系统可以对霍尔电流传感器进行间断式供电。

本发明的发电机电刷电流在线监测系统，其中模数变换及远程传输模组将接收的电流信号调理为0-5V标准电压信号，并采用485总线的进行远程传送电流数据信息。

本发明的在线监测系统的模数变换及远程传输模组还可以包括单独的直流供电模块，用于向直流传感器组中的传感器、模数转换模块供电。当然，也可以统一由在线监测系统向传感器、模数转换模块等供电。

根据本发明的另一方面，提供一种发电机电刷电流在线监测方法，包括：通过安装在发电机的待监测电刷上的直流传感器对电刷电流信号进行采样，并将每个传感器输出的电流信号，送到模数变换及远程传输模组进行处理；模数变换及远程传输模组接收每个传感器的电流信号后，先将电流信号转换为电压信号，然后将转换后的数据远程传送到集控中心的监测服务器系统(例如，机组集散控制系统即DCS)；监测服务器系统接收远程经模数变换的发电机每个电刷电流数据信息，进行显示、报警处理，其中将每个电刷电流数据与预先设定的标准阈值范围进行比较，如果电流数据没有处于标准阈值范围内，则发出警报。

本发明的发电机电刷电流在线监测方法，其中进一步设定预警阈值范围，预警阈值范围在标准阈值范围内，当电刷的电流值超出预警阈值范围但还处于标准阈值范围内时，不发出报警但发出预警。

本发明的系统和方法通过使用霍尔元件能够实时采集数据。通过远程通信和计算机设备，可以将采集的数据远程传输到维护监控中心远程监控。在出现电流不平衡时能够自动发出警报。

本发明的系统具有数据采集准确，运行可靠等特点，是一项具有较强实用性的系统。

附图说明

参照本发明的附图将能够更好地理解本发明的技术方案，本发明的附图所示的内容仅作为示意性的实施例，其中：

图1是本发明的发电机电刷电流在线监测系统组成方块图；

图2是霍尔元件模块在电刷刷架上的安装示意图；

图3是霍尔元件模块通过紧固螺钉安装在刷握分流板上的放大示意图；

图4是电刷电流数据采集结果显示界面图；

图5是电刷电流变化状况图示界面图。

具体实施方式

下面将参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1示出了本发明的发电机电刷电流在线监测系统组成方块图。作为本发明的一个优选实施例，发电机电刷电流在线监测系统100包括：直流传感器组101、模数变换及远程传输模组102、监测服务器系统103。

本发明的发电机电刷电流在线监测系统100的主要功能是实时采集电刷电流、远程传输、处理分析电流数据、提供报警提示等。系统通过直流传感器组101实现电刷电流的信号采样功能，通过模数变换及远程传输模组102进行模数转换并远程传送采集的电流数据信息，通过监测服务器系统103处理电流数据并提供数据信息和报警信息显示。

本发明直流传感器组101，包括多个用于测量电刷电流的直流传感器。直流传感器安装在发电机的待监测的电刷上，用于对电刷电流信号采样。直流传感器组101将每个传感器输出的电流信号，送到模数变换及远程传输模组102进行处理。作为一个示例，每个传感器的输出电流可以为0-50mA。

作为本发明的优选实施例，本发明采用霍尔电流传感器作为直流传感器组中的直流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，而且特别适合于大电流传感。

本发明模数变换及远程传输模组102，用于接收每个传感器的电流信号，先由信号调整模块将其调理为电压信号，再经模数转换模块处理后，通过数据远程传输模块远程传送全部电流数据到集控中心的监测服务器系统103。

本发明的监测服务器系统103，用于接收远程经模数变换的发电机每个电刷电流数据信息，进行显示、报警处理等。监测服务器系统包括显示控制模块、报警处理模块。显示控制模块用于发电机每个电刷电流数据信息的显示。报警处理模块将每个电刷电流数据与预先设定的标准阈值范围进行比较，如果电流数据超出标准阈值范围内，则发出警报。可以通过显示控制模块显示警报点，也可以在显示警报点的同时由监测服务器系统103，发出提示警报。显示装置可以是与监测服务器系统103连接的任何现有的显示设备。本领域技术人员可以根据实际需要设定和调整标准阈值范围。本发明的监测服务器系统，还可以包括数据共享模块，通过数据共享模块可以让集控中心的网络内的其他用户同步查看励磁电流数据信息。

在本实施例中，直流传感器组101中的传感器、模数转换模块均为有源设备，需要外接直流电源。作为一个示例，为了安装和管理方便，本发明的“模数变换及远程传输模组102”包括直流供电模块，用于向这些有源设备供电。在实际设计中，也可以不需要在模数变换及远程传输模组中设置单独的直流供电模块。可以通过在线监测系统统一向传感器、模数转换模块等供电。

下面描述本发明的发电机电刷电流在线监测方法的一个实施例，在本实施例中，本发明的发电机电刷电流在线监测系统100通过直流传感器组102实现电刷电流的信号采样功能，采用485总线的进行远程传送采集的电流数据信息，通过监测服务器系统103处理电流数据并提供数据信息和报警信息显示。

直流传感器组101用于直流信号采样，通过多个直流传感器(具体数量根据待监测的电刷数量确定)测量电刷的直流电流，其测量范围为0～100A，输出的电流信号为0-50mA，直流传感器的供电电压为-12V～+12V。在本实施例中优选使用霍尔电流传感器作为直流传感器。

模数变换及远程传输模组102包括信号调整模块、模数转换模块、数据远程传输模块。其中信号调整模块用于将传感器输出的0～50mA电流信号转换成标准的0-5V电压信号，供模数转换模块使用。

模数转换模块将经过信号调整模块调理后输出的0-5V电压信号数字化，并将数字化的电刷电流数据输出到数据远程传输模块。数据远程传输模块通过485总线将模数变换后的电流数据传送到监测服务器系统103，监测服务器系统103将对这些数据进一步处理。

上述模数变换及远程传输模组中包括的信号调整模块、模数转换模块、数据远程传输模块等，可以通过现有技术实现。

电刷电流数据传输到监测服务器系统103后，通过显示模块对发电机每个电刷电流数据信息进行显示，通过报警处理模块将每个电刷电流数据与预先设定的标准阈值范围进行比较，如果电流数据超出处于标准阈值范围内，则发出警报。可以通过显示控制模块显示警报点，也可以在显示警报点的同时由监测服务器发出警报。本领域技术人员可以根据实际需要设定和调整标准阈值范围，在本实施例中，标准阈值范围可以使45A～70A，优选地为50A～65A。集控中心的网络内的其他用户可通过数据共享模块同步查看电刷电流数据信息。

在本实施例中，电流信息的显示可以有两种形式，一种是如图4所示的表格方式，另一种是图5所示的图形方式。在图4的表格中显示了每个电刷的编号及其电流值，深颜色的阴影表示电刷电流超出标准阈值范围，而发出报警。例如，在图4中，#15电刷的电流值为39A，#33电刷的电流值为85A，#71电刷的电流值为40A，#115电刷的电流值为88A。上述四个电刷的电流异常，因此作为报警点。在图5的图形中显示了每个电刷的编号及其电流值，深颜色的阴影图形表示电刷电流超出标准阈值范围，而发出报警，例如，#58、#94、#107电刷出现报警。

此外，还可以根据需要设定预警阈值范围，预警阈值范围在标准阈值范围内，当电刷的电流值没有处于预警阈值范围内但还处于标准阈值范围内时，不发出报警但发出预警。例如图5中的#3、#22、#39、#83电刷，其电流值虽然处于标准阈值范围内，但还是出现小范围的异常波动，因此发出预警。

作为一个优选实施例，本发明为了系统扩展方便，将基本的数据采集、电刷电流信息显示、报警功能封装成ActiveX控件。第三方系统可以直接将封装好的ActiveX控件，集成在其应用系统中，实现对电刷电流的监测。此外，本发明还可以将再现监测系统的相关功能模块集成在一个Web框架下，方便用户操作。

下面参照图2和图3描述本发明优选实施例的霍尔元件模块在电刷刷架上的安装。图2是霍尔元件模块在电刷刷架上的安装示意图，图3是霍尔元件模块通过紧固螺钉安装在刷握分流板上的放大示意图。

图2的刷架示意图包括刷握分流板1、紧固螺钉2、霍尔电流传感器3、刷辫4、弹簧5、电刷6、刷摆7等。在本实施例中，霍尔元件模块(霍尔电流传感器)3通过紧固螺钉2安装在刷握分流板1上。当然也可以采用其他的连接方式紧固霍尔元件模块。

通常，刷握分流板既要满足电流传感器的安装，同时又不能影响电刷的更换。同时电刷与分流板的连接既要满足电气回路连接功能(消除接触电阻过大引起的发热)，又要满足电流传感器的机械固定(消除发电机运行中震动引起的磨损)。

要说明的是由于各制造厂家电刷的安装方式不同，电刷和分流板采用的连接方式有所不同，在进行次设计时要根据实际安装形式及安装尺寸设计。本发明实施例中的安装形式是基于哈尔滨电机厂的安装形式设计。此外，为了保证霍尔元件的使用寿命，可以在直流供电模块中设置供电控制电路，对霍尔元件进行间断式供电。

以上说明仅出于说明目的，而非限制性目的。本发明的保护范围以权利要求书记载的内容为准。本领域技术人员应当理解，在阅读本发明说明书之后轻易做出的修改、替换等形成的实施例落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种发电机电刷电流在线监测系统，包括：

直流传感器组，具有多个用于测量电刷电流的直流传感器，直流传感器安装在发电机的待监测的电刷上，用于对电刷电流信号采样，直流传感器组将每个传感器输出的电流信号，送到模数变换及远程传输模组进行处理；

模数变换及远程传输模组，接收每个传感器的电流信号后，先由其中的信号调整模块将其转换为电压信号，再经模数转换模块处理后，通过远程传输模块将全部电流数据送到集控中心的监测服务器系统；

监测服务器系统，接收发电机每个电刷电流数据信息，并进行显示、报警处理，监测服务器系统包括显示控制模块和报警处理模块，显示控制模块用于控制发电机每个电刷电流数据信息的显示，报警处理模块将每个电刷电流数据与预先设定的标准阈值范围进行比较，如果电流数据没有处于标准阈值范围内，则发出警报；

其中所述直流传感器组中的直流传感器为霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器安装在电刷的刷握分流板上，并且对霍尔电流传感器进行间断式供电。

2.根据权利要求1所述的发电机电刷电流在线监测系统，所述模数变换及远程传输模组将接收的电流信号转换为0-5V标准电压信号。

3.一种发电机电刷电流在线监测方法，包括：

通过安装在发电机的待监测电刷上的直流传感器对电刷电流信号进行采样，并将每个传感器输出的电流信号，送到模数变换及远程传输模组进行处理；

模数变换及远程传输模组接收每个传感器的电流信号后，先将电流信号调理为电压信号，再进行模数转换，然后将转换后的数据远程传送到集控中心的监测服务器系统；

监测服务器系统接收远程经模数变换的发电机每个电刷电流数据信息，进行显示、报警处理，其中将每个电刷电流数据与预先设定的标准阈值范围进行比较，如果电流数据没有处于标准阈值范围内，则发出警报；

其中所述直流传感器为霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器安装在电刷的刷握分流板上，并且对霍尔电流传感器进行间断式供电。

4.根据权利要求3所述的发电机电刷电流在线监测方法，其中进一步设定预警阈值范围，预警阈值范围在标准阈值范围内，当电刷的电流值超出预警阈值范围但还处于标准阈值范围内时，不发出报警但发出预警。

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