CN105676083A - 一种电力电机在线绝缘电阻监测装置和监测方法 - Google Patents
一种电力电机在线绝缘电阻监测装置和监测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电力电机在线绝缘电阻监测装置和方法，装置包括绝缘电阻监测单元、装置断路器和数据显示控制单元；绝缘电阻监测单元包括高压发生电路、电阻监测电路、第一微处理器电路、第一通讯模块和第一无线收发器；高压发生电路与电机动力相线和电机外壳或中性接地相连。监测方法是：通过高压发生器产生高压脉冲并作用到电机上，通过绝缘电阻监测单元监测信号并传输到装置电路器和数据显示控制单元中实现监测。本发明所要解决的技术问题在于提供一种在线绝缘电阻监测、具有无线遥控触发断路保护的电力电机在线绝缘电阻监测装置和监测方法。
Description
技术领域
本发明涉及一般电力工业和矿山、石油、化工等工业企业电力电机、水泵和风机等工业动力设备绝缘监控技术领域。具体涉及一种电力电机在线绝缘电阻监控装置和监测方法。
背景技术
电力电机设备是工业设备的动力核心，其安全运行直接影响到工业经济的稳定增长发展。目前全国电机总装机台数几千万，容量达到十亿千瓦。电机设备安全运行的重要性对工业运行和人民生活意义重大。
电机设备在运行中受到空气水份、盐份、金属、尘埃、有害气体的污染以及机内磨损有害沾污的影响，且全天侯在较恶劣的气候环境中不间断运行，造成各种绝缘性能、温升、泄漏电流、材质等的逐渐恶化。为防治绝缘失效事故的发生，工业部门每年都按一定时间间隔对电机设备进行绝缘检测。传统的方法往往是在非工作期间用高压绝缘测试仪或兆欧表进行定期检查。电机设备也常常配备电机安全控制柜，控制柜有断相过流等保护功能。但这些检测和保护装置并不能实时显示电机运行状态的的绝缘数据，不能反映出实际电机绝缘状态的变化，因而对许多重要电机设备的内部沾污现象和绝缘数值不能实时跟踪，从而预防性检修更换工作不能有效地安排，电机安全运行得不到完全的保障，设备也不能运行到最大寿命，让电机得到充分的利用。
有一些进口型号和国产仿制的在线监测装置仪表，采用电缆物理连接的方式进行绝缘监测，易受电机强工频干扰，且加据在电机工作电压之上的附加测试电压幅值太高、接通时间达到数秒级，易造成高压外泄，破坏电机本身的绝缘防护系统，加之采用通讯电缆连接前端采样处理电路与后台显示单元，这样的电机运行绝缘监控，不仅可能缩短电机寿命，效益低下，更是存在安全隐患。
在公告号为CN203117372U的专利文献中公开了一种高压电机绝缘监测模块系统，设置于高压电机壳体下部，并说明其结构紧凑合理，隔离安全性能高。但该模块采取电源物理联线，在6KV以上高压电机的应用中存在高压泄漏隐患。
在中国专利申请号为201410467744.4的专利文献中公开了一种远程高压电机绝缘测试装置，通过电动隔离刀闸将绝缘测试线引到柜外，通过高压继电器与绝缘检测仪表相连，触摸屏显示测量数据并通过RS-485通讯口上传给远程计算机，并说明解决了传统的高压设备绝缘遥测方式对高压设备带来的破坏以及对检测人员带来的安全隐患问题。但该测试装置也采取通讯电缆物理联线，在6KV以上高压电机的应用中仍存在高压泄漏隐患。
因此非常有必要研制一种无线数据传输工作、装置断路器无线遥控触发、在线绝缘数据实时监测显示的的电力电机在线绝缘电阻监控装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种在线绝缘电阻监测、具有无线遥控触发断路保护的电力电机在线绝缘电阻监测装置和监测方法。
解决上述技术问题的技术方案是：一种电力电机在线绝缘电阻监测装置，包括绝缘电阻监测单元、装置断路器和数据显示控制单元；绝缘电阻监测单元包括高压发生电路、电阻监测电路、第一微处理器电路、第一通讯模块和第一无线收发器；高压发生电路与电机动力相线和电机外壳或中性接地相连，电阻监测电路采集高压发生电路与电机回路中的电流信号，第一微处理器电路与电阻监测电路连接，第一通讯模块与第一微处理器电路连接，第一无线收发器连接在第一通讯模块上；装置断路器包括依次连接的断路动作构件、第二微处理器电路、第二通讯模块和第二无线收发器，断路动作构件设在电机的进线端，第二无线收发器能与第一无线收发器通讯；数据显示控制单元包括依次连接的计算机系统、第三通讯模块和第三无线收发器，第三无线收发器能分别与第一无线收发器和第二无线收发器通讯。
对电力电机进行在线绝缘电阻监测的方法是：给电机的进线通电，让电机处于工作状态；利用高压发生电路发生脉冲信号作用于被测电机，电阻监测电路采集电机内部在线绝缘电阻对应的电流信号，电阻监测电路将信号输送到第一微处理器电路中，第一微处理器电路经第一通讯模块和第一无线收发器与第二无线收发器和第三无线收发器通讯，通过计算机系统对电力电机在线绝缘电阻进行监控，第二微处理器电路接收到来自第二无线收发器和第二通讯模块的信号会判断是否启动断路动作构件。
进一步的，所述的电阻监测电路包括依次连接的泄漏电流信号传感器、过压保护电路、信号变换电路、信号处理电路和A/D转换电路；其中，泄漏电流信号传感器用于采集高压发生电路与电机回路中的电流信号，A/D转换电路与第一微处理器电路连接；泄漏电流信号传感器采集到泄漏电流信号被送入过压保护电路中，然后利用信号变换电路将电流信号转换成电压信号；电压信号经过信号处理电路处理后进入A/D转换电路中，A/D转换电路将数字信号送入到第一微处理器电路中。
进一步的，所述的信号处理电路包括依次连接的前级差动放大电路、带阻滤波器和非线性放大电路；电压信号经过前级差动放大后，信号通过带阻滤波器，滤波后的信号经过非线性放大电路放大和隔离之后进入A/D转换电路中。
进一步的，第一通讯模块为第一Zig-bee通讯模块，第一无线收发器为第一微型天线；第二通讯模块为第二Zig-bee通讯模块，第二无线收发器为第二微型天线；第三通讯模块为第三Zig-bee通讯模块，第三无线收发器为第三微型天线。
电力电机设备在运行电压下，总有一定的泄漏电流通过绝缘体到外壳低电位处或流入大地。只要这种电流不超过一定的数值，电气设备的使用仍然是安全的。但是当电机设备中的绝缘层材料老化、电气设备受潮或存在故障时，这种泄漏电流将会明显增大，绝缘体损耗增大，它可能造成火灾、触电或损坏设备等事故。电力设备绝缘系统老化、吸潮、过热等导致发生故障的因素，都会反映在绝缘体电容C X 和损耗因数tgδ的变化上，因此，在线监测泄漏电流，反演推算在线绝缘阻抗，是诊断绝缘状态的有效手段之一。而且，电力电机设备绝缘在线监测是在电机设备处于运行状态中，利用外加的、数值大于其工作电压数倍的直流高压脉冲，来监测绝缘的各种特征参数。因此，能客观真实的反映电机设备绝缘的运行工况，从而对绝缘状况作出比较准确的判断。
一般泄漏电流信号的采集可在设备的接地线中串入取样电阻或微安表，在接地线上加套电流传感器等。但通常设备接地线不易拆开，故利用高压发生电路产生的高压脉冲信号，极短时间中限流性地加于工作电源相线与外壳之间，获得泄漏电流信号后进行数据处理和无线传输于网络。电机无需停电即可在线检测到绝缘电阻大小，不影响电机正常运行。
由于采用了高压发生电路，被测电机在工作时，如果让高压发生电路工作，则在瞬间产生高压脉冲信号，然后对信号进行采集和处理，这样，对绝缘电阻的监测更加的准确。
当采集了电流信号后，绝缘电阻监测单元、装置断路器和数据显示控制单元之间均通过无线传输信号，相对于现有的采用电缆传输信号，安全性能更高。采集了电流信号后，如果电流信号大于设定的至，通过第一无线收发器和第二收发器的通讯，将信号传输到装置断路器中，通过第二微处理器电路控制断路动作构件动作，断开输入到被测电机的电信号，让被测电机停止工作，因此，提高了电机的使用安全性能。
设计了适用于泄漏电流采集的高压发生电路和泄漏电流信号传感器之后，采用基于高速交流数据采集卡的计算机数据采集系统，采集和处理都由上位机完成，无线发射和指令接收部分实时独立工作。为了提高报警的可靠性，可处理多种报警数值模型。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为绝缘电阻监测单元的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
如图1和图2所示，电力电机在线绝缘电阻监测装置包括绝缘电阻监测单元1、装置断路器2和数据显示控制单元3。
绝缘电阻监测单元1包括高压发生电路11、电阻监测电路12、第一微处理器电路13、第一通讯模块14和第一无线收发器15。
高压发生电路11与电机4动力相线和电机4外壳或中性接地相连，即，高压发生电路11可以是与电机4动力相线和电机4外壳相连，也可以是高压发生电路11与电机4动力相线和中性接地相连。
如图2所示，电阻监测电路12包括依次连接的泄漏电流信号传感器121、过压保护电路122、信号变换电路123、信号处理电路124和A/D转换电路124，其中，所述的信号处理电路124包括依次连接的前级差动放大电路1241、带阻滤波器1242和非线性放大电路1243。泄漏电流信号传感器121采集高压发生电路11与电机4回路中的电流信号。
第一微处理器电路13与非线性放大电路1243连接。第一通讯模块14为第一Zig-bee通讯模块，第一通讯模块14与第一微处理器13电路连接，第一无线收发器15连接在第一通讯模块14上，第一无线收发器15为第一微型天线。
装置断路器2包括依次连接的断路动作构件、第二微处理器电路、第二通讯模块和第二无线收发器，断路动作构件设在电机4的进线端，第二通讯模块为第二Zig-bee通讯模块，第二无线收发器为第二微型天线，第二无线收发器能与第一无线收发器通讯。
数据显示控制单元包括依次连接的计算机系统、第三通讯模块和第三无线收发器，第三无线收发器能分别与第一无线收发器和第二无线收发器通讯，第三通讯模块为第三Zig-bee通讯模块，第三无线收发器为第三微型天线。
利用电力电机在线绝缘电阻监测装置对电力电机进行在线绝缘电阻监测的方法是：给电机4的进线通电，让电机4处于工作状态；利用高压发生电路11发生脉冲信号作用于被测电机4，泄漏电流信号传感器121采集电机内部在线绝缘电阻对应的电流信号，泄漏电流信号传感器121采集到泄漏电流信号被送入过压保护电路122中，然后利用信号变换电路123将电流信号转换成电压信号；电压信号经过前级差动放大后，信号通过带阻滤波器1242，滤波后的信号经过非线性放大电路1243放大和隔离之后进入A/D转换电路125中，A/D转换电路125将数字信号送入到第一微处理器电路13中，第一微处理器电路13经第一通讯模块14和第一无线收发器15与第二无线收发器和第三无线收发器通讯，通过计算机系统对电力电机在线绝缘电阻进行监控，第二微处理器电路接收到来自第二无线收发器和第二通讯模块的信号会判断是否启动断路动作构件，如果需要断路动作构件动作，则断开通向电机的电，切断电源，提高了安全性能。
电力电机设备在运行电压下，总有一定的泄漏电流通过绝缘体到外壳低电位处或流入大地。只要这种电流不超过一定的数值，电气设备的使用仍然是安全的。但是当电机设备中的绝缘层材料老化、电气设备受潮或存在故障时，这种泄漏电流将会明显增大，绝缘体损耗增大，它可能造成火灾、触电或损坏设备等事故。电力设备绝缘系统老化、吸潮、过热等导致发生故障的因素，都会反映在绝缘体电容C X 和损耗因数tgδ的变化上，因此，在线监测泄漏电流，反演推算在线绝缘阻抗，是诊断绝缘状态的有效手段之一。而且，电力电机设备绝缘在线监测是在电机设备处于运行状态中，利用外加的、数值大于其工作电压数倍的直流高压脉冲，来监测绝缘的各种特征参数。因此，能客观真实的反映电机设备绝缘的运行工况，从而对绝缘状况作出比较准确的判断。
一般泄漏电流信号的采集可在设备的接地线中串入取样电阻或微安表，在接地线上加套电流传感器等。但通常设备接地线不易拆开，故利用高压发生电路产生的高压脉冲信号，极短时间中限流性地加于工作电源相线与外壳之间，获得泄漏电流信号后进行数据处理和无线传输于网络。电机无需停电即可在线检测到绝缘电阻大小，不影响电机正常运行。
由于采用了高压发生电路，被测电机在工作时，如果让高压发生电路工作，则在瞬间产生高压脉冲信号，然后对信号进行采集和处理，这样，对绝缘电阻的监测更加的准确。
当采集了电流信号后，绝缘电阻监测单元、装置断路器和数据显示控制单元之间均通过无线传输信号，相对于现有的采用电缆传输信号，安全性能更高。采集了电流信号后，如果电流信号大于设定的至，通过第一无线收发器和第二收发器的通讯，将信号传输到装置断路器中，通过第二微处理器电路控制断路动作构件动作，断开输入到被测电机的电信号，让被测电机停止工作，因此，提高了电机的使用安全性能。
设计了适用于泄漏电流采集的高压发生电路和泄漏电流信号传感器之后，采用基于高速交流数据采集卡的计算机数据采集系统，采集和处理都由上位机完成，无线发射和指令接收部分实时独立工作。为了提高报警的可靠性，可处理多种报警数值模型。
Claims (10)
1.一种电力电机在线绝缘电阻监测装置，其特征在于：包括绝缘电阻监测单元、装置断路器和数据显示控制单元；绝缘电阻监测单元包括高压发生电路、电阻监测电路、第一微处理器电路、第一通讯模块和第一无线收发器；高压发生电路与电机动力相线和电机外壳或中性接地相连，电阻监测电路采集高压发生电路与电机回路中的电流信号，第一微处理器电路与电阻监测电路连接，第一通讯模块与第一微处理器电路连接，第一无线收发器连接在第一通讯模块上；装置断路器包括依次连接的断路动作构件、第二微处理器电路、第二通讯模块和第二无线收发器，断路动作构件设在电机的进线端，第二无线收发器能与第一无线收发器通讯；数据显示控制单元包括依次连接的计算机系统、第三通讯模块和第三无线收发器，第三无线收发器能分别与第一无线收发器和第二无线收发器通讯。
2.根据权利要求1所述的电力电机在线绝缘电阻监测装置，其特征在于：所述的电阻监测电路包括依次连接的泄漏电流信号传感器、过压保护电路、信号变换电路、信号处理电路和A/D转换电路；其中，泄漏电流信号传感器用于采集高压发生电路与电机回路中的电流信号，A/D转换电路与第一微处理器电路连接。
3.根据权利要求2所述的电力电机在线绝缘电阻监测装置，其特征在于：所述的信号处理电路包括依次连接的前级差动放大电路、带阻滤波器和非线性放大电路。
4.根据权利要求1所述的电力电机在线绝缘电阻监测装置，其特征在于：第一通讯模块为第一Zig-bee通讯模块，第一无线收发器为第一微型天线。
5.根据权利要求1所述的电力电机在线绝缘电阻监测装置，其特征在于：第二通讯模块为第二Zig-bee通讯模块，第二无线收发器为第二微型天线。
6.根据权利要求1所述的电力电机在线绝缘电阻监测装置，其特征在于：第三通讯模块为第三Zig-bee通讯模块，第三无线收发器为第三微型天线。
7.一种利用电力电机在线绝缘电阻监测装置对电力电机进行在线绝缘电阻监测的方法，其特征在于：电力电机在线绝缘电阻监测装置包括绝缘电阻监测单元、装置断路器和数据显示控制单元；绝缘电阻监测单元包括高压发生电路、电阻监测电路、第一微处理器电路、第一通讯模块和第一无线收发器；高压发生电路与电机动力相线和电机外壳或中性接地相连，电阻监测电路采集高压发生电路与电机回路中的电流信号，第一微处理器电路与电阻监测电路连接，第一通讯模块与第一微处理器电路连接，第一无线收发器连接在第一通讯模块上；装置断路器包括依次连接的断路动作构件、第二微处理器电路、第二通讯模块和第二无线收发器，断路动作构件设在电机的进线端，第二无线收发器能与第一无线收发器通讯；数据显示控制单元包括依次连接的计算机系统、第三通讯模块和第三无线收发器，第三无线收发器能分别与第一无线收发器和第二无线收发器通讯；对电力电机进行在线绝缘电阻监测的方法是：给电机的进线通电，让电机处于工作状态；利用高压发生电路发生脉冲信号作用于被测电机，电阻监测电路采集电机内部在线绝缘电阻对应的电流信号，电阻监测电路将信号输送到第一微处理器电路中，第一微处理器电路经第一通讯模块和第一无线收发器与第二无线收发器和第三无线收发器通讯，通过计算机系统对电力电机在线绝缘电阻进行监控，第二微处理器电路接收到来自第二无线收发器和第二通讯模块的信号会判断是否启动断路动作构件。
8.根据权利要求7所述的利用电力电机在线绝缘电阻监测装置对电力电机进行在线绝缘电阻监测的方法，其特征在于：所述的电阻监测电路包括依次连接的泄漏电流信号传感器、过压保护电路、信号变换电路、信号处理电路和A/D转换电路；其中，泄漏电流信号传感器用于采集高压发生电路与电机回路中的电流信号，A/D转换电路与第一微处理器电路连接；泄漏电流信号传感器采集到泄漏电流信号被送入过压保护电路中，然后利用信号变换电路将电流信号转换成电压信号；电压信号经过信号处理电路处理后进入A/D转换电路中，A/D转换电路将数字信号送入到第一微处理器电路中。
9.根据权利要求8所述的利用电力电机在线绝缘电阻监测装置对电力电机进行在线绝缘电阻监测的方法，其特征在于：所述的信号处理电路包括依次连接的前级差动放大电路、带阻滤波器和非线性放大电路；电压信号经过前级差动放大后，信号通过带阻滤波器，滤波后的信号经过非线性放大电路放大和隔离之后进入A/D转换电路中。
10.根据权利要求7所述的利用电力电机在线绝缘电阻监测装置对电力电机进行在线绝缘电阻监测的方法，其特征在于：第一通讯模块为第一Zig-bee通讯模块，第一无线收发器为第一微型天线；第二通讯模块为第二Zig-bee通讯模块，第二无线收发器为第二微型天线；第三通讯模块为第三Zig-bee通讯模块，第三无线收发器为第三微型天线。
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Application publication date: 20160615 |