CN104198936B - 基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置及检测方法，检测装置包括交流电源、调压器、取样电阻、Chattock磁位计、锁相放大器、数据采集卡和计算机，交流电源、调压器和取样电阻通过电缆相连接形成一个闭合励磁电路，待检测的定子铁心套在闭合励磁电路的电缆上，Chattock磁位计横跨在定子铁心相邻的两片齿片之间，锁相放大器具有两个输入端口与一个输出端口，两个输入端口分别与闭合励磁电路中的电缆和Chattock磁位计相连接，数据采集卡也具有两个输入端口与一个输出端口，两个输入端口分别与取样电阻与锁相放大器相连接，检测装置能够有效判断出定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障。本发明同时公开了其检测方法。

Description

基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检 测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及大型发电机检测设备和检测方法，具体是指基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置及检测方法。

背景技术

伴随着中国电力事业的不断发展壮大，各发电厂对于大型发电机的需求也随之增多，并且发电机本身也正朝着大容量、高电压的趋势方向发展着。发电机作为电力系统中极为关键的设备之一，其安全可靠运行与否直接影响到电力系统运行的可靠性。如果发电机出现故障，特别是由于故障造成发电机停运的，则不但会影响发电效率，而且还会对整个社会生产生活产生不利的影响。因此，对于发电机中的故障做到“早发现、早解决”，就成为了电力部门要面临的一个重要的问题。

与此同时，一些关于发电机故障的文献表明，对发电机修复或重组工作费时费力，常常需要数月之久才能更新完毕，这对于发电厂来说是难以接受的。从经济角度与社会生产生活的角度出发，对发电机的故障发现得越早，故障越早得到解决，对于发电机的长久运行使用及电力系统运行的稳定性越有利。因此，研究出方便快捷的检测方法，能够定期有效地对发电机的故障进行检测，就变得尤为重要。

发电机定子铁心绝缘故障作为发电机定子部分的常见故障，近年来越来越受到人们的重视，对于发电机定子铁心绝缘故障检测手段的探索也一直都在进行之中。目前，对于定子铁心的检测常采用铁损法进行，尽管这种方法可以基本满足对于铁心故障的检测，然而其也有它的缺点和不足。正是在这种条件下，本论文重点研究了一种较为新颖的方法，能够通过简便快捷的手段检测定子铁心的绝缘故障。

据统计，截止到2014年3月，全国总装机容量已经达到了12.2亿千瓦，随着国民经济的继续快速发展，这一装机容量数据还将进一步加大。因此，对于发电机运行稳定性的需求也会随着总装机容量的增加而增大。如果本申请基于电磁感应的大型发电机定子铁心片间绝缘损伤故障检测仪能够推广应用到实际的发电机定期检修测试中，必将拥有广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置，该检测装置结构简单，能够有效判断出定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置，其特征在于：所述检测装置包括交流电源、调压器、取样电阻、Chattock磁位计、锁相放大器、数据采集卡和计算机，所述的交流电源、调压器和取样电阻通过电缆相连接形成一个闭合励磁电路，待检测的定子铁心套在闭合励磁电路的电缆上，电缆穿过定子铁心的中心处，所述的Chattock磁位计横跨在定子铁心相邻的两片齿片之间，用于得到电压U，所述锁相放大器具有两个输入端口与一个输出端口，两个输入端口分别与闭合励磁电路中的电缆和Chattock磁位计相连接，用于接收闭合励磁电路中的励磁电流A以及Chattock磁位计获得的电压U，同时对接收的电压U进行A/U倍的同频放大，获得放大后的磁位计电流A，并通过输出端口将获得的磁位计电流A输入到数据采集卡，所述的数据采集卡也具有两个输入端口与一个输出端口，两个输入端口分别与取样电阻与锁相放大器相连接，用于接收取样电阻采集的取样励磁电流A'和锁相放大器传输来的磁位计电流A，同时通过输出端口将采集到的两个电流信号同步传输给计算机，所述的计算机对接收的取样励磁电流A'和磁位计电流A进行差值△A计算，获得两者差值的绝对值△A即为定子铁心相邻的两片齿片间的铁心交轴分量电流值，若△A小于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间不存在短路故障，若△A大于等于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间存在短路故障，所述检测装置能够有效判断出定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障。

本发明可以做如下改进：所述计算机还能够将获得的铁心交轴分量电流值进行波形图像显示，通过观察计算机显示的波形图像，来判断所检测位置定子铁心的绝缘状况。

本发明检测装置的主要组成部分分为硬件部分和软件部分两大方面，其中硬件部分主要包括Chattock磁位计、锁相放大器、数据采集卡，以及诸如取样电阻、调压器、电缆、计算机等辅助设备。软件部分主要针对计算机中的应用程序而言，将经过由放大器放大之后的磁位计检测信号，经由数据采集卡输入到计算机中，对该信号进行正交分解，以获得实时的交轴分量电流值，从而判断铁心绝缘故障情况。

首先在铁心内通入较小的励磁电流，使得定子铁心内达到额定磁通的4％，在测量时，将磁位计横跨在定子铁心齿上。此时磁位计中所得到的电压信号会进入到锁相放大器中，同时根据锁相放大器的工作原理，用取样电阻以电压信号的形式取出励磁电流信号，并将该电压信号通入到锁相放大器中作为参考信号，以对磁位计中测量到的较小的电压信号进行同频放大。经锁相放大器放大后的磁位计电压信号输入到数据采集卡中，与取样电阻以电压信号的形式取出的励磁电流信号都送入到计算机中，经过计算机中相应程序的计算，输出此时磁位计所在位置的铁心交轴分量电流值，通过观察此时计算机中输出的图像，来判断该位置铁心绝缘状况。

本发明的目的之二是提供基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测方法，该检测方法操作简单，能够有效判断出定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：采用上述检测装置进行检测的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将检测装置中的各部件进行连接，电缆穿过定子铁心的中心处，Chattock磁位计横跨在定子铁心任意选取的相邻的两片齿片之间；

(2)通过闭合励磁电路在定子铁心内通入励磁电流A，通入励磁电流A的大小为使得定子铁心内的磁通为额定磁通的4％；

(3)通过锁相放大器接收闭合励磁电路中的励磁电流A以及Chattock磁位计获得的电压U，同时对接收的电压U进行A/U倍的同频放大，获得放大后的磁位计电流A，并通过输出端口将磁位计电流A输入到数据采集卡；

(4)通过数据采集卡接收取样电阻采集的取样励磁电流A'和锁相放大器传输来的磁位计电流A，同时通过输出端口将采集到的电流信号传输给计算机；

(5)计算机对接收的取样励磁电流A'和磁位计电流A进行差值△A计算，获得两者差值的绝对值△A即为实时的铁心交轴分量电流值，△A＝|A'－A|，若△A小于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间不存在短路故障，若△A大于等于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间存在短路故障，以此来判断定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障；

(6)对定子铁心其余相邻的两片齿片重复进行步骤(2)～(5)的操作，直至完成定子铁心所有相邻的两片齿片间的绝缘损伤故障检测。

与现有技术相比，本发明基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置及检测方法能够有效判断出定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障，从而对大型发电机定子铁心中的故障做到“早发现、早解决”，具有广阔的市场前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明检测装置的整体结构示意图；

图2是本发明检测装置中计算机的实时测量界面截图；

图3是本发明应用实例中故障制作前测量的定子铁心波形图；

图4是本发明应用实例中故障制作后测量的定子铁心波形图。

附图标记说明

1、交流电源；2、调压器；3、取样电阻；4、电缆；

5、Chattock磁位计；6、锁相放大器；7、数据采集卡；8、计算机；

9、定子铁心

具体实施方式

本发明基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置如图1所示，该检测装置包括交流电源1、调压器2、取样电阻3、Chattock磁位计5、锁相放大器6、数据采集卡7和计算机8，交流电源1、调压器2和取样电阻3通过电缆4相连接形成一个闭合励磁电路，待检测的定子铁心9套在闭合励磁电路的电缆4上，电缆4穿过定子铁心9的中心处，Chattock磁位计5横跨在定子铁心9相邻的两片齿片之间，用于得到电压U，锁相放大器6具有两个输入端口与一个输出端口，两个输入端口分别与闭合励磁电路中的电缆4和Chattock磁位计5相连接，用于接收闭合励磁电路中的励磁电流A以及Chattock磁位计5获得的电压U，同时对接收的电压U进行A/U倍的同频放大，获得放大后的磁位计电流A，并通过输出端口将获得的磁位计电流A输入到数据采集卡7，数据采集卡7也具有两个输入端口与一个输出端口，两个输入端口分别与取样电阻3与锁相放大器6相连接，用于接收取样电阻3采集的取样励磁电流A'和锁相放大器6传输来的磁位计电流A，同时通过输出端口将采集到的两个电流信号同步传输给计算机8，计算机8对接收的取样励磁电流A'和磁位计电流A进行差值△A计算，获得两者差值的绝对值△A即为定子铁心9相邻的两片齿片间的铁心交轴分量电流值，若△A小于5mA，则所检测的定子铁心9相邻的两片齿片之间不存在短路故障，若△A大于等于5mA，则所检测的定子铁心9相邻的两片齿片之间存在短路故障，检测装置能够有效判断出定子铁心9齿片间是否存在绝缘损伤故障。

计算机8还能够将获得的铁心交轴分量电流值进行波形图像显示，通过观察计算机8显示的波形图像，来判断所检测位置定子铁心9的绝缘状况。

采用上述检测装置进行检测的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将检测装置中的各部件进行连接，电缆4穿过定子铁心9的中心处，Chattock磁位计5横跨在定子铁心9任意选取的相邻的两片齿片之间；

(2)通过闭合励磁电路在定子铁心9内通入励磁电流A，通入励磁电流A的大小为使得定子铁心9内的磁通为额定磁通的4％；

(3)通过锁相放大器6接收闭合励磁电路中的励磁电流A以及Chattock磁位计5获得的电压U，同时对接收的电压U进行A/U倍的同频放大，获得放大后的磁位计电流A，并通过输出端口将磁位计电流A输入到数据采集卡7；

(4)通过数据采集卡7接收取样电阻3采集的取样励磁电流A'和锁相放大器6传输来的磁位计电流A，同时通过输出端口将采集到的电流信号传输给计算机8；

(5)计算机8对接收的取样励磁电流A'和磁位计电流A进行差值△A计算，获得两者差值的绝对值△A即为实时的铁心交轴分量电流值，△A＝|A'－A|，若△A小于5mA，则所检测的定子铁心9相邻的两片齿片之间不存在短路故障，若△A大于等于5mA，则所检测的定子铁心9相邻的两片齿片之间存在短路故障，以此来判断定子铁心9齿片间是否存在绝缘损伤故障；

(6)对定子铁心9其余相邻的两片齿片重复进行步骤(2)～(5)的操作，直至完成定子铁心9所有相邻的两片齿片间的绝缘损伤故障检测。

本实施例中的Chattock磁位计5采用空心结构，骨架为非导磁物质。在骨架上均匀缠绕漆包线，然后将漆包线两端引出，这样就构成了Chattock磁位计。

计算机中的程序为广东电网公司电力科学研究院所研制开发的ELYNE Analysis软件，软件实时测量界面为图2所示。

在测量过程中可以根据故障电流栏的交轴分量电流值来判断此时Chattock磁位计所在位置处铁心有无片间绝缘损伤情况。

具体应用实例

首先，在定子铁心试验电机上选取一个铁齿作为测量对象，将Chattock磁位计横跨过该齿与相邻齿，在铁心中通入励磁电流，使其达到额定磁通4％的磁通量，然后用检测仪测量交轴分量电流值的数值，将结果记录。之后将该定子铁心齿部顶端右侧的绝缘漆进行打磨，用电烙铁将焊锡焊接在齿顶右侧相应绝缘漆打磨后的位置处，这样就构成了定子铁心的绝缘损伤故障。当在定子铁心中通入励磁电流，使铁心中通过额定磁通4％的磁通量时，在焊锡处就会流过沿铁心轴向的故障电流。此时再将Chattock磁位计横跨在之前无铁心故障时的测量位置，这时故障电流产生的磁场就会被磁位计感应到。经过计算机对信号的处理，最终可以得到此时的交轴分量电流值。

由于检测仪中Chattock磁位计是通过检测磁场的方式来对故障点进行探测，因此在探测磁场时会存在一定的波动情况，考虑到检测的误差，我们将5mA作为有无故障的阈值标准。当测量点的交轴分量电流值小于5mA时，视为无故障点；当大于5mA，视为铁心中存在短路故障。

在故障制作前先测量的定子铁心波形图如图3所示。从图中可以看出，当Chattock磁位计所在位置没有短路故障时，此时交轴分量电流值的测量结果在0上下浮动。

短路故障制作后的测量结果进行对比，如图4所示。

从图4中可以明显看出，整个交轴分量电流值的波形图已经向上移动了一定的距离，不再是像故障前一样在0上下浮动了。将短路故障制作前与制作后的波形图中的各个数据点进行汇总，求其平均值，经过计算可得故障前交轴分量电流值为3.6mA，短路故障后，交轴分量电流值为33.9mA。由此可以看出，在短路故障制作后，该故障处的交轴分量电流值明显增大。由此可以看出，针对这一位置的故障，该检测仪可以有效检测出在故障位置存在故障电流流过。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上的改变之处，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置，其特征在于：所述检测装置包括交流电源、调压器、取样电阻、Chattock磁位计、锁相放大器、数据采集卡和计算机，所述的交流电源、调压器和取样电阻通过电缆相连接形成一个闭合励磁电路，待检测的定子铁心套在闭合励磁电路的电缆上，电缆穿过定子铁心的中心处，所述的Chattock磁位计横跨在定子铁心相邻的两片齿片之间，用于得到电压U，所述锁相放大器具有两个输入端口与一个输出端口，锁相放大器的两个输入端口分别与闭合励磁电路中的电缆和Chattock磁位计相连接，用于接收闭合励磁电路中的励磁电流A以及Chattock磁位计获得的电压U，同时对接收的电压U进行A/U倍的同频放大，获得放大后的磁位计电流A，并通过锁相放大器的输出端口将获得的磁位计电流A输入到数据采集卡，所述的数据采集卡也具有两个输入端口与一个输出端口，数据采集卡的两个输入端口分别与取样电阻与锁相放大器相连接，用于接收取样电阻采集的取样励磁电流A'和锁相放大器传输来的磁位计电流A，同时通过数据采集卡的输出端口将采集到的两个电流信号同步传输给计算机，所述的计算机对接收的取样励磁电流A'和磁位计电流A进行差值计算，获得两者差值的绝对值△A即为定子铁心相邻的两片齿片间的铁心交轴分量电流值，若△A小于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间不存在短路故障，若△A大于等于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间存在短路故障，所述检测装置能够有效判断出定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障。

2.根据权利要求1所述的基于电磁感应的大型发电机定子铁心齿片间绝缘损伤故障检测装置，其特征在于：所述计算机还能够将获得的铁心交轴分量电流值进行波形图像显示，通过观察计算机显示的波形图像，来判断所检测位置定子铁心的绝缘状况。

3.采用权利要求1或2所述的检测装置进行检测的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将检测装置中的各部件进行连接，电缆穿过定子铁心的中心处，Chattock磁位计横跨在定子铁心任意选取的相邻的两片齿片之间；

(2)通过闭合励磁电路在定子铁心内通入励磁电流A，通入励磁电流A的大小为使得定子铁心内的磁通为额定磁通的4％；

(3)通过锁相放大器接收闭合励磁电路中的励磁电流A以及Chattock磁位计获得的电压U，同时对接收的电压U进行A/U倍的同频放大，获得放大后的磁位计电流A，并通过输出端口将磁位计电流A输入到数据采集卡；

(4)通过数据采集卡接收取样电阻采集的取样励磁电流A'和锁相放大器传输来的磁位计电流A，同时通过输出端口将采集到的电流信号传输给计算机；

(5)计算机对接收的取样励磁电流A'和磁位计电流A进行差值△A计算，获得两者差值的绝对值△A即为实时的铁心交轴分量电流值，△A＝|A'－A|，若△A小于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间不存在短路故障，若△A大于等于5mA，则所检测的定子铁心相邻的两片齿片之间存在短路故障，以此来判断定子铁心齿片间是否存在绝缘损伤故障；

(6)对定子铁心其余相邻的两片齿片重复进行步骤(2)～(5)的操作，直至完成定子铁心所有相邻的两片齿片间的绝缘损伤故障检测。