CN110208695B - 一种集电环故障监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种集电环故障监测方法及装置，涉及发电机监测领域。其包括当风力发电机组进行同步控制时，采集风力发电机组中发电机的转子电流数据。计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值。根据电流数据和励磁电流值判断集电环是否出现故障，从而达到监测集电环状态，提前发现集电环存在问题，降低损失目的，减少因集电环故障而造成损失。

Description

一种集电环故障监测方法及装置

技术领域

本发明涉及发电机监测领域，具体而言，涉及一种集电环故障监测方法及装置。

背景技术

集电环是风力发电机中非常重要的部件，同时也是故障率较高的部件。集电环故障时可能造成碳刷与集电环之间出现火花、转子的励磁电流电压不稳以及风机系统功率波动等问题，严重时可能造成接地故障停机。因此，如何及时发现集电环是否存在故障是目前急需解决的技术问题。

目前，通常是通过定期年检来发现集电环是否故障，或者只有集电环反复出现故障时才对集电环进行处理，因此，现有的处理方式不能及时发现集电环是否故障。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种集电环故障监测方法及装置，其能够监测集电环，及时发现集电环是否故障。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明的实施例提供了一种集电环故障监测方法，该方法包括：当风力发电机组进行同步控制时，采集风力发电机组中发电机的转子的电流数据。计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值。根据电流数据和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。

可选的，该方法还包括：计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值的步骤包括：根据发电机的励磁阻抗值以及预设的电网电压计算转子的励磁电流值。

可选的，该方法还包括：当风力发电机组进行同步控制时，采集风力发电机组中发电机的转子的电流数据的步骤包括：当风力发电机组进行同步控制时，采集转子的三相电流值，并将三相电流值变换为两相直流电流值，从而得到电流数据。

可选的，该方法还包括：根据电流数据和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障的步骤包括：根据两相直流电流值和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。

可选的，该方法还包括：根据两相直流电流值和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障的步骤包括：当两相直流电流值中至少一相直流电流值超过励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环出现故障；当两相直流电流值均未超过励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环未出现故障。

可选的，该方法还包括：计算转子的电流数据的不平衡度；若不平衡度大于预设值时，则确定风力发电机组的集电环出现故障。

本发明的实施例还提供了一种集电环故障监测装置，其包括采集模块、计算模块以及故障监测模块。采集模块用于当风力发电机组进行同步控制时，采集风力发电机组中发电机的转子的电流数据。计算模块，用于计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值。故障监测模块用于根据电流数据和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。

可选的，计算模块用于根据发电机的励磁阻抗值以及预设的电网电压计算转子的励磁电流值。

可选的，采集模块用于当风力发电机组进行同步控制时，采集转子的三相电流值，并将三相电流值变换为两相直流电流值，从而得到电流数据。

可选的，故障监测模块用于根据两相直流电流值和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。

可选的，故障监测模块用于当两相直流电流值中至少一相直流电流值超过励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环出现故障；当两相直流电流值均未超过励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环未出现故障。

本发明实施例的集电环故障监测方法及装置的有益效果包括，例如：由于根据采集的转子的电流数据以及计算出的励磁电流值，并根据电流数据和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。从而实现及时发现集电环是否故障，减少因集电环故障而造成损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为风力发电机组与电网的连接示意图。

图2为本申请实施例所提供的集电环故障监测方法的一种流程示意图。

图3为本申请实施例所提供的集电环故障监测装置的一种结构框图。

图标：110-风力发电机组；120-控制台；200-电网；300-集电环故障监测装置；310-采集模块；320-计算模块；330-故障监测模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，为风力发电机组与电网的连接示意图。风力发电机组110分别与控制台120以及电网200电连接，风力发电机组110用于风力发电并将电力输送至电网200，控制台120用于控制风力发电机组110的运行。在风力发电机组110并网发电前，通常需要对风力发电机组110进行同步控制，即首先通过控制风力发电机组110的转子的电流，使得风力发电机组110的定子电压的相位、频率以及幅值与电网200电压基本一致，然后才将风力发电机组110并入电网进行发电。

在实现本实施例的技术方案的过程中，本申请发明人发现：

风力发电机组中发电机的碳刷、集电环工作状态的恶化是一个长期的过程。在风力发电机组的运行过程中，碳刷会随着运行时间而磨损，造成滑环室聚碳粉，这可能会造成相间短路。如果碳刷磨损过度，可能会造成接触不良，甚至发生电弧导电烧毁而集电环，而集电环在故障后，会造成碳刷与集电环之间出现火花、转子的励磁电流电压不稳以及风机系统功率波动等问题，严重时可能造成接地故障停机。目前，通常是通过定期年检来发现集电环是否故障，或者只有集电环反复出现故障时才对集电环进行处理，不能及时发现集电环是否故障。

基于对上述缺陷的研究，本实施例提出一种集电环故障监测方法及装置。需要说明的是，以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。下面，对本发明实施例提供的集电环故障监测方法及装置进行详细阐述。

请参考图2，为本申请实施例所提供的集电环故障监测方法的一种流程示意图。需要说明的是，本申请实施例提供的集电环故障监测方法并不以图2以及以下的具体顺序为限制，应当理解，在其它实施例中，本申请实施例提供的集电环故障监测方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。该集电环故障监测方法可应用于上述图1中的控制台120。下面将对图2所示的具体流程进行阐述。

步骤S110，当风力发电机组进行同步控制时，采集风力发电机组中发电机的转子的电流数据。

在本实施例中，当风力发电机组进行同步控制时，可以采集风力发电机组中发电机的转子的三相电流值，并将三相电流值变换为两相直流电流值，从而得到电流数据。具体的，可以通过旋转坐标轴变换将采集到的三相电流值变换为两相电流值，其中，该两相电流值可以是转子DQ轴的电流i_rd和i_rq。

步骤S120，计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值。

在本实施例中，根据风力发电机组中发电机的励磁阻抗值以及预设的电网电压计算转子的励磁电流值。其中，该预设的电网电压可以为上述图1中电网200的电压。具体的，可以将预设的电网电压除以励磁阻抗值得到励磁电流值。

步骤S130，根据电流数据和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。

在本实施例中，在通过采集风力发电机组中发电机的转子的三相电流值，并将三相电流值变换为两相直流电流值，得到电流数据后，可以根据两相直流电流值和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。

进一步的，步骤S130具体可以包括：当两相直流电流值中至少一相直流电流值励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环出现故障；当两相直流电流值均未超过励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环未出现故障。

在本实施例中，当两相直流电流值中至少一相直流电流值超过励磁电流值时，则说明发电机的转子回路上存在相间短路或接地问题，而该问题与发电机的集电环故障紧密相关，从而可以依据判断两相直流电流值中至少一相直流电流值是否超过励磁电流值来确定发电机的集电环是否出现故障，达到监测集电环，及时发现集电环是否故障的目的。

例如，当两相电流值为转子DQ轴的电流i_rd和i_rq时，判断i_rd和i_rq两者中至少一者是否大于励磁电流值，当i_rd和i_rq均大于励磁电流值或i_rd和i_rq任一个大于励磁电流值时，则确定风力发电机组的集电环出现故障；当i_rd和i_rq均不大于励磁电流值时，则确定风力发电机组的集电环状态正常。经发明人研究发现，在确定风力发电机组的集电环出现故障后，该故障一般可能是发电机的集电环附近积累太多碳粉，需要清理，因此，可以在确定出风力发电机组的集电环出现故障后，直接通知维保人员来清理发电机的集电环附近积累的碳粉。可以理解的是，当确定出风力发电机组的集电环出现故障后，还可以向监控终端发送集电环故障需排查信息，以通知维保人员及时排查集电环的故障。

在一种可能的实施例中，本申请实施例所提供的集电环故障监测方法还包括：计算转子的电流数据的不平衡度；若不平衡度大于预设值时，则确定风力发电机组的集电环出现故障。

由于转子的电流数据为三相电流数据，假设转子的电流数据包括A、B、C，则可以通过获取三相电流数据中最大电流数据与最小电流数据的差值转子的电流数据的不平衡度，并将该差值除以最大电流数据得到转子的电流数据的不平衡度。假设预设值为8％时，则当不平衡度大于8％时，确定风力发电机组的集电环出现故障。

需要说明的是，由于集电环与风力发电机组的其他部件存在电连接关系，在确定风力发电机组的集电环出现故障的同时，还可以确定出风力发电机组的转子回路、电感以及转子绕组均可能出现故障。

还需要说明的是，本申请实施例所提供的集电环故障监测方法不仅限于应用在上述图1中的控制台120，还可以应用在单独设置在风力发电机中的控制装置(例如微处理器、单片机等)。

基于上述图2所示的实施例，由于通过计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值，并将该励磁电流值与在同步控制阶段采集到的转子的电流进行对比，然后根据判断结果判断集电环是否出现故障。进而达到及时发现集电环是否故障，减少因集电环故障造成损失的目的。

请参照图3，为本申请实施例所提供的集电环故障监测装置的一种结构框图。需要说明的是，本实施例所提供的集电环故障监测装置300，其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例中的相应内容。该集电环故障监测装置300可以应用在上述图1中的控制台120，该装置包括采集模块310、计算模块320以及故障监测模块330。

可以理解，上述的采集模块310、计算模块320以及故障监测模块330为可以被控制台120执行的软件功能模块及计算机程序。

采集模块310用于当风力发电机组进行同步控制时，采集风力发电机组中发电机的转子的电流数据。在本实施例中，采集模块310具体可以用于当风力发电机组进行同步控制时，采集转子的三相电流值，并将三相电流值变换为两相直流电流值，从而得到电流数据。

可以理解的是，采集模块310可以执行上述步骤S110。

计算模块320用于计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值。在本实施例中，计算模块320具体可以用于根据发电机的励磁阻抗值以及预设的电网200电压计算转子的励磁电流值。

可以理解的是，计算模块320可以执行上述步骤S120。

故障监测模块330用于根据电流数据和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。在本实施例中，故障监测模块330具体可以用于根据两相直流电流值和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。

进一步的，故障监测模块330具体可以用于当两相直流电流值中至少一相直流电流值超过励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环出现故障；当两相直流电流值均未超过励磁电流值时，判定风力发电机组的集电环未出现故障。

可以理解的是，故障监测模块330可以执行上述步骤S130。

进一步的，计算模块320还用于计算转子的电流数据的不平衡度。故障监测模块330还用于判断不平衡度是否大于预设值，以及用于在不平衡度大于预设值时，确定风力发电机组的集电环出现故障。

综上所述，本申请实施例提供了一种集电环故障监测方法及装置，其包括当风力发电机组进行同步控制时，采集风力发电机组中发电机的转子的电流数据。计算风力发电机组满足并网条件时转子的励磁电流值。根据电流数据和励磁电流值监测风力发电机组的集电环是否出现故障。由于当两相直流电流值中至少一相直流电流值超过励磁电流值时，说明发电机的转子回路上存在相间短路或接地问题，而该问题与发电机的集电环故障紧密相关，从而可以依据判断两相直流电流值中至少一相直流电流值是否超过励磁电流值来确定发电机的集电环是否出现故障，达到监测集电环状态，及时发现集电环是否故障的目的，减少因集电环故障而造成损失。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种集电环故障监测方法，其特征在于，所述方法包括：

当风力发电机组进行同步控制时，采集所述风力发电机组中发电机的转子的电流数据；

计算所述风力发电机组满足并网条件时所述转子的励磁电流值；

根据所述电流数据和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障；

所述当风力发电机组进行同步控制时，采集所述风力发电机组中发电机的转子的电流数据的步骤包括：

当所述风力发电机组进行同步控制时，采集所述转子的三相电流值，并将所述三相电流值变换为两相直流电流值，从而得到所述电流数据；

所述根据所述电流数据和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障的步骤包括：

根据所述两相直流电流值和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障；

所述根据所述两相直流电流值和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障的步骤包括：

当所述两相直流电流值中至少一相直流电流值超过所述励磁电流值时，判定所述风力发电机组的集电环出现故障；当所述两相直流电流值均未超过所述励磁电流值时，判定所述风力发电机组的集电环未出现故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述风力发电机组满足并网条件时所述转子的励磁电流值的步骤包括：

根据所述发电机的励磁阻抗值以及预设的电网电压计算所述转子的励磁电流值。

3.一种集电环故障监测装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于当风力发电机组进行同步控制时，采集所述风力发电机组中发电机的转子的电流数据；

计算模块，用于计算所述风力发电机组满足并网条件时所述转子的励磁电流值；

故障监测模块，用于根据所述电流数据和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障；

所述当风力发电机组进行同步控制时，采集所述风力发电机组中发电机的转子的电流数据的步骤包括：

当所述风力发电机组进行同步控制时，采集所述转子的三相电流值，并将所述三相电流值变换为两相直流电流值，从而得到所述电流数据；

所述根据所述电流数据和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障的步骤包括：

根据所述两相直流电流值和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障；

所述根据所述两相直流电流值和所述励磁电流值监测所述风力发电机组的集电环是否出现故障的步骤包括：

当所述两相直流电流值中至少一相直流电流值超过所述励磁电流值时，判定所述风力发电机组的集电环出现故障；当所述两相直流电流值均未超过所述励磁电流值时，判定所述风力发电机组的集电环未出现故障。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述计算模块用于根据所述发电机的励磁阻抗值以及预设的电网电压计算所述转子的励磁电流值。

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