CN103592583A - 基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，包括：用于检测O3浓度的第一气体传感器、用于检测NO浓度的第二气体传感器、用于检测NO2浓度的第三气体传感器，所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器位于发电机风洞中；所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器分别连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接现地处理模块，现地处理模块连接上位机、报警装置和液晶显示屏。本发明可以方便实现发电机定子绝缘的在线检测。气体传感器、温度传感器和湿度传感器的测量精度高，稳定性好，抗干扰的能力很强，体积小，成本极低，且安装维护极为方便，容易推广普及。
Description
技术领域
本发明一种基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，用于判断发电机定子线棒的绝缘状态。
背景技术
发电机被称为电力系统的“心脏”，其能否安全、可靠运行，不仅影响供电质量，还关系到整个电力系统的稳定性。而发电机的运行可靠性与定子线棒绝缘性能密切相关，由于受到电场、热场、机械应力、环境因素等作用下，发电机定子线棒绝缘逐渐老化，绝缘性能逐渐下降，容易引发绝缘击穿造成设备故障，因此，对发电机定子线棒的绝缘进行状态检测，可对绝缘的可靠性和绝缘的剩余寿命做出预测，从而尽早发现绝缘缺陷，合理组织设备维修或更换，避免一些潜在的故障发生。
目前，电力运行部分对电力设备主要是进行预防性维修，即定期试验和维修，这对减少和防止事故起到了较好作用，然后预防性维修是离线进行的，需停电进行试验，容易造成过度维修或维修不足。正是由于定期检查和维修存在诸多不足，目前正在大力发展以在线检测、或状态检测为基础的状态维修。通常绝缘在老化的过程中，会伴随着诸多电气量与非电气量的改变，这些状态量的改变成了绝缘检测中的重要依据。目前国内外对定子线棒绝缘检测大部分都是围绕检测放电脉冲信号的，这些方法最为直接，灵敏度较高。但是容易受到各种脉冲干扰，装置复杂，造价较高，且安装、维护也较为困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置。基于气体检测的原理，通过对水轮发电机组运行过程的空气中的: O3，NO 和NO2气体浓度进行检测，判断发电机定子线棒的绝缘状态。
本发明采取的技术方案为：基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，包括：用于检测O3浓度的第一气体传感器、用于检测NO浓度的第二气体传感器、用于检测NO2浓度的第三气体传感器，所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器位于发电机风洞中；所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器分别连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接现地处理模块，现地处理模块连接上位机、报警装置和液晶显示屏。
所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器均为：臭氧传感器MQ131。
所述信号采集/处理模块由：信号处理模块与A/D采集模块连接构成。所述信号采集/处理模块连接温度传感器、湿度传感器。
所述现地处理模块通过RS-232串口总线连接上位机。所述现地处理模块为单片机处理模块。
本发明一种基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，可以方便实现发电机定子绝缘的在线检测。气体传感器、温度传感器和湿度传感器的测量精度高，稳定性好，抗干扰的能力很强，体积小，成本极低，且安装维护极为方便，容易推广普及。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明在线检测装置结构示意图。
图2是本发明在线检测装置主电路图。
图3是本发明在线检测装置外围电路图。
图4是本发明臭氧传感器MQ131检测电路图。
具体实施方式
工作原理：
发电机定子线棒的主绝缘采用环氧粉云母为基础、环氧树脂为胶粘剂、玻璃纤维补强的热固性复合绝缘材料，这种复合绝缘材料在热老化的过程的中发生热降解和热（氧化）脆化，同时聚合物会发生热膨胀，导致主绝缘与导线之间脱壳，分层，产生空隙。这些间隙在电场作用会发生局部放电，气体发生游离产生O3，O3又易于N2发生反应化合反应产生NO，NO2。因此本发明的核心就是在水轮发电机组的运行过程中，对发电机风洞空气中三种气体：O3，NO 和NO2这三种气体的浓度进行在线检测，根据气体浓度推断绝缘缺陷。
基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，包括：混合气体的检测技术，采用气体传感器对O3、NO和NO2的气体浓度进行检测，设置三种气体的气体浓度值阈值、浓度的变化趋势阈值及浓度的比例阈值，通过检测实际值判断发电机定子线棒绝缘的破坏程度。用于检测O3浓度的第一气体传感器、用于检测NO浓度的第二气体传感器、用于检测NO2浓度的第三气体传感器，所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器位于发电机风洞中。
所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器分别连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接现地处理模块，现地处理模块连接上位机、报警装置和液晶显示屏。液晶显示屏可以显示测量值以及浓度阈值；所述现地处理模块通过RS-232串口总线连接上位机。上位机用来保存数据以及输送命令到现地处理模块对系统的浓度阈值进行修改。
所述信号采集/处理模块由：信号处理模块与A/D采集模块连接构成。所述现地处理模块为单片机处理模块。
所述气体传感器感应气体变化，经过信号处理模块转换成可供A/D采集模块识别的电压信号或单片机处理模块直接识别的信号，单片机处理模块控制A/D采集模块对几路信号进行A/D采集，单片机处理模块对多路数据处理后计算出相应的气体浓度，并将测量值送液晶显示屏进行实时显示。达到浓度门槛值就给出报警装置发出报警信号。指导运行人员对设备进行深入检查，维修。同时单片机处理模块通过串口将数据发送到上位机。上位机对历史数据进行存储，以便日后查询分析；上位机也可以输送数据到现地处理模块进行浓度阈值的修改。
电源采用220V交流电源，通过变压器以及稳压滤波电路，输出直流5V，对装置供电。
所述第一气体传感器采用臭氧传感器MQ131。单片机采用AVR的ATmega16。
所述温度传感器采用DS18b20，所述湿度传感器采用HS1101。
所述液晶显示屏采用lm240128r。
臭氧传感器MQ131对臭氧具有较高的灵敏性，该传感器工作时需要加热电压VH 和测试电压VC，其测试电路如图2、图3所示。其中VH是为了给传感器提供合适的工作温度，VC是用于测定与传感器串联的负载电阻RL上的电压VRL。为了简化整个装置的供电电压，将加热电压VH 和测试电压VC都选用DC5V，则负载电阻RL上的电压VRL可直接用作A/D采集，负载电阻RL上的电压VRL的变化则反映了臭氧浓度的变化。由于温度和湿度对臭氧传感器MQ131有较大影响，为了准确测出臭氧浓度，整个装置还加入了温度传感器DS18b20，湿度传感器HS1101，测出实时的环境温度与湿度，再根据臭氧传感器MQ131的典型温、湿度曲线，对测量结果进行修正，使得测量精度更高。
温度传感器DS18b20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，其硬件电路极其简单，只需要占用单片机的一个IO口。DS18b20超小的体积，超低的硬件成本，所有的温度检测与数字数据输出全部集成于一个芯片，单片机对DS18b20进行精准时序的处理，即可读出温度的数字量。
湿度传感器采用电容式的传感器HS1101，在电路中等效一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大，通过与NE555构成振荡电路，将电容量转变成频率信号，被单片机采集。将HS1101和NE555同时接入电路中，如图2所示。NE555电路功能的简单概括为：当6端和2端同时输入为“1”时，3端输出为“0”；当6端和2端同时输入为“0”时，3端输出为“1”。在此电路中，555定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。当电源接通时，由于6和2端的输入为“0”，则定时器3脚输出为“1”；又由于C1 两端电压为0，故VCC通过R2 和R3 对C1充电，当C1 两端电压达到2/3VCC时，定时电路翻转，输出变为“0”。此时555定时器内部的放电BJT的基极电压为“1”,放电BJT导通，从而使电容C1 通过R3 和内部放电BJT 进行放电，当C1 两端电压降低到1/3VCC时，定时器又翻转，使输出变为“1”，内部放电BJT 截止，VCC又开始通过R2 和R3 对C1 充电，如此周而复始，形成振荡。其工作循环中的充电时间为T1=0.7(R2+R3)C1；放电时间为T2= 0.7R3*C1； 输出脉冲占空比为q＝(R2+R3)/(R2+2R3)，为了使输出脉冲占空比接近50％，R2应远远小于R3。当外界湿度变化时，HS1101 两端电容值发生改变，从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率，并根据湿度与输出频率的关系，即可求得环境的湿度。
对于NO与NO2的检测，也可以采用相应的气体传感器来检测，但是由于NO与NO2气体传感器大多是进口的，价格昂贵，而臭氧传感器MQ131对NO，NO2也有一定的敏感度（仅次于臭氧和氯气），故本在线检测装置只用MQ131做检测，由于O3，NO，NO2这三种气体都能反映出绝缘缺陷，选用MQ131检测这三种气体是合理的。为了提高环境因素的影响采用四点检测，将4个MQ131均匀分布在检测环境中。
实施步骤：
所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器对发电机风洞中的空气进行检测，实时采集O3，NO 和NO2这三种气体的浓度，经过信号采集/处理模块转换成可供A/D采集模块识别的电压信号传递至现地处理模块，现地处理模块对数据进行处理后输送至液晶显示屏和上位机，液晶显示屏对测量值进行实时显示，上位机对数据进行存储。现地处理模块可使用单片机，现地处理模块对O3，NO 和NO2这三种气体的浓度、浓度的变化趋势、气体浓度与定子绝缘的相关度进行分析，当计算值达到门槛值后通过报警装置发出报警信号，报警装置可以采用：发光二极管LED、蜂鸣器等。提示运行人员对设备进行深入检查，维修。
Claims (7)
1.基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，包括：用于检测O3浓度的第一气体传感器、用于检测NO浓度的第二气体传感器、用于检测NO2浓度的第三气体传感器，其特征在于，所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器位于发电机风洞中；所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器分别连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接现地处理模块，现地处理模块连接上位机、报警装置和液晶显示屏。
2.根据权利要求1所述基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，其特征在于，所述第一气体传感器、第二气体传感器、第三气体传感器均为：臭氧传感器MQ131。
3.根据权利要求1所述基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，其特征在于，所述信号采集/处理模块由：信号处理模块与A/D采集模块连接构成。
4.根据权利要求1或3所述基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，其特征在于，所述信号采集/处理模块连接温度传感器、湿度传感器。
5.根据权利要求1所述基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，其特征在于，所述现地处理模块通过RS-232串口总线连接上位机。
6.根据权利要求1或5所述基于气体检测的发电机定子线棒绝缘在线检测装置，其特征在于，所述现地处理模块为单片机处理模块。
7.采用如权利要求1所述检测装置的一种发电机定子线棒绝缘性能检测方法，其特征在于，在水轮发电机组的运行过程中，对发电机风洞空气中三种气体：O3，NO 和NO2这三种气体的浓度进行在线检测，根据气体浓度推断绝缘缺陷。
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