CN110235011A - 用于在发电机处进行故障确定的方法以及发电机检查系统 - Google Patents

Abstract

提出一种用于在发电机的定子尤其风能设备的同步发电机的定子中进行故障确定的方法。所述定子具有多个定子线圈(S1‑S5)。连接用于产生穿过所述发电机的绕组的电流流动的电流源(300)。通过用于检测磁场的机构(400)检测通过所述发电机的定子线圈(S1‑S5)产生的磁场。通过辨识未产生磁场的定子线圈(S1‑S5)测定故障的位置。

Description

用于在发电机处进行故障确定的方法以及发电机检查系统

技术领域

本发明涉及一种用于在发电机处确定故障的方法以及一种发电机检查系统。

背景技术

例如，在用于风能设备的发电机中，应给出如下可行性：在装入的状态中也检验发电机的工作方式。尤其涉及：改进在风能设备的发电机、尤其同步发电机装入情况下的故障查找。

在风能设备的发电机中，可能出现不同的电气故障。

图1A示出在发电机中的地短接的示意性示图。发电机具有不同的定子线圈。发电机可以经由端子1U1耦合到整流器上。定子绕组可以经由连接点1U2连接在星点中。

地短接是相(外导体或中性导体/中性线)对地或接地部件的不期望的和能导电的连接。地短接可能因相、中性导体或其绝缘部损伤而产生。附加地，当外导体或中性导体的绝缘段由于例如污染或过压被跨接时，可能引起地短接。地短接呈现高的潜在危险，因为在所述故障情形中可能产生非常高的电流，所述电流可能对于出故障的相或出故障的中性导体而言是非常高的机械负荷和热负荷。

图1B示出在发电机中的系统短接的示意性示图。发电机具有多个定子线圈。发电机可以经由第一端子1U1和端子2U1与整流器耦合。此外，发电机可以具有作为星点的端子的多个端子1U2、2U2。

系统短接是相(外导体)对另一系统的另一相的不期望的和能导电的连接。因此，两个相不能在相同的电网中激活，但可以在相同的时间引导电压。所述连接会因相或其绝缘部损伤而产生。当相的绝缘段由于例如污染或过压被跨接时，也可能引起系统短接。在系统短接时，对地没有电流流动，而是仅经由相流动。系统短接是潜在危险，因为在所述故障情形中可能产生非常高的电流，所述电流对于出故障的相而言可能是非常高的机械负荷和热负荷。

相短接是一相(外导体)或中性导体(中性线)对另一相的不期望的和能导电的连接。相短接也称为短路。相短接可能因相或中性导体或其绝缘部损伤而产生。附加于此地，当相或中性导体的绝缘段由于例如污染或过压被跨接时，可能引起相短接。在相短接时，对地没有电流流动，而是仅经由相或中性导体流动。相短接是高的潜在危险，因为在所述故障情形中可能产生非常高的电流，所述电流对于出故障的相或出故障的中性导体而言可能是高的机械负荷和热负荷。

图1C示出在发电机中的相短接的示意性示图。发电机可以具有多个线圈，对整流器1U1、1V1的端子以及用于星点1U2、1V2的端子。

在同步发电机中、尤其在定子处的故障查找中，典型地根据风能设备的控制装置识别定子绕组中的故障。为此，可以产生和传送干扰报告。然后，服务人员首先进行视觉检查，并且，如果故障不可见，则拆卸发电机连接线缆并且接着断开星点连接。如果风能设备配备有故障电流监控装置，则可以确定发电机的失效的相。如果风能设备的发电机不具有这种故障电流监控装置，则发电机的出故障的相必须借助于绝缘测量来测定。为了进一步限界故障，可能需要的是，通过分离来限界出故障的相。为此，可能需要的是，在多个部位分离定子绕组。在每次分离之后，可以重新执行绝缘测量，以便确定被分离的部分段的出故障的半部。这由服务人员重复，直至测定出故障的位置。接着可以执行维修。

图1D示出在发电机的转子处的地短接的示意性示图。发电机具有多个极靴以及正端子+和负端子-。

在他励同步发电机中，电气故障也可能在转子绕组中出现。为了测定转子中的故障，典型地首先通过服务人员执行视觉检查。如果这不成功，则可能需要的是，分离极靴组并且执行各个组的绝缘测量。为此，可以在转子处分离极靴电路，以便限界故障位置。在每次分离之后，可以重新执行绝缘测量，以便测定出故障的半部。这一直执行，直至找到故障或故障的位置。接着，可以相应地执行维修。

由此，在风能设备的发电机(例如同步发电机)中的故障查找和故障的相应消除是非常耗费时间的，这可能引起风能设备的长的停机时间。此外，由此产生的维修成本非常高。在所述维修时间期间，风能设备不能够运行，并进而不能够产生电功率以及将其输出给电网。由此，风能设备的运营商因未馈送功率也不获得任何付款。

在优先权所基于的德国专利申请中，德国专利商标局检索以下文件：DE 31 37838C1、DE 695 27 172T2、US 2016/0033580A1、WO2010/040767A1和WO 2016/112915A1。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于在风能设备的发电机中进行故障查找的方法，其中能够有效地且成本低廉地执行故障查找。

所述目的通过根据权利要求1所述的用于在发电机、尤其风能设备的发电机处进行故障查找的方法并且通过根据权利要求5所述的发电机检查系统解决。

因此，提出用于在发电机的定子中、尤其在风能设备的同步发电机的定子中进行故障查找的方法。定子具有多个定子线圈。连接用于产生穿过发电机的绕组的电流流动的电流源。通过用于检测磁场的机构(也就是说，磁场传感器)检测通过发电机的定子线圈产生的磁场。通过辨识未产生磁场的定子线圈来测定故障的位置。

根据本发明的一方面，在地短接时，电流源不仅连接到地上而且连接到第一端子上。在系统短接时，电流源连接在定子绕组的出故障的相的第一端子之间。在相短接时，电流源连接到相的第一端子之间。

同样，本发明涉及一种用于在发电机的转子中、尤其在风能设备的他励同步发电机的转子中进行故障查找的方法。在此情况下，转子具有多个极靴。直流源以其正端子连接到发电机的转子的转子绕组上。经由正端子馈入直流电流。检测通过极靴产生的磁场。通过比较极靴的所检测的磁场确定故障位置，其中故障存在于如下极靴之前：在所述极靴处未检测到磁场。

根据本发明的一方面，可以提出一种用于在发电机的定子中或在发电机的转子中进行故障确定的发电机检查系统。检查系统具有用于产生通过发电机的定子线圈或通过发电机的极靴的电流流动的电流源以及用于检测定子线圈或极靴的磁场的存在的机构(例如磁场传感器或磁力计)，其中，磁场的存在视为对于定子线圈或极靴的功能性的指示器。

根据本发明的一方面，设有电流源，并且相应地连接到发电机的转子绕组或定子绕组上，以便设计电流流动，所述电流流动产生在引导电流的相周围的均匀磁场。然后，相中的故障可以借助于磁力计(特斯拉计)检测。替选于此地，在使用直流源时可以使用用于检测转子中的故障的电流测量钳。如果使用交流源，则通过穿过引导电流的相的电流流动产生交变磁场，其中故障位置可以借助于磁力计(特斯拉计)确定。

根据本发明，在接短接情形下，在地与通向整流器的端子之间设有电流源(直流或交流)。在系统短接情形下，电流源连接到出故障的相上。在定子中有相短接的情形下，电流源连接到出故障的相的端子上。

借助于磁力计(特斯拉计)可以在相应的绕组的区域中的测量点处检测电场。

为了检验转子中的故障，可以在正端子或负端子与地端子之间设有直流源。

根据本发明的一方面，尤其提出一种用于在风能设备的发电机中进行故障查找和消除的方法。这种发电机优选地是具有至少1MW的额定功率的他励同步发电机。此外，发电机可以具有数米的直径。发电机的定子可以具有多个定子线圈(例如直至32个或更多个线圈)。发电机的转子可以具有多个极靴，例如直至96个极靴。

根据本发明的一方面，可行的应是，检查处于在风能设备中装入的状态中的发电机，以便查找相应的故障。

在拆卸发电机连接线路之后，次级侧的端子连接到完好的相邻的相的绕组起始端上。次级侧的另一端子连接到相同的相的绕组末端上。通过连接电流源产生电流流动，所述电流流动在引导电流的相周围又产生交变磁场，所述相在相邻的出故障的相中感生电压。然后，可以通过测定分压来定位故障位置。

根据本发明的一方面，用于检测磁场的机构可以实现为罗盘(例如通过具有相应的特斯拉计应用程序的智能手机)或实现为磁场测试器等。尤其是，该机构可以构造为受磁场影响的单元。

根据本发明的一方面，电流源可以构造成，使得其也可以提供直至200A的更高的电流强度。这可以实现更简单地检测磁场。出于工作安全性原因，可以将电压限制到120V的直流电压或50V的交流电压的电压。

根据本发明，用于检测磁场的机构可以构造为磁力计、特斯拉计、磁场传感器、磁体保持器或电流测量钳。

本发明的其他构造是从属权利要求的主题。

附图说明

本发明的优点和实施例以下参照附图予以详细阐述。

图1A示出在发电机中的地短接的示意性示图，

图1B示出在发电机中的系统短接的示意性示图，

图1C示出在发电机中的相短接的示意性示图，

图1D示出在发电机的转子处的地短接的示意性示图，

图2示出根据本发明的风能设备的示意性示图，

图3示出在发电机的地短接时的故障查找的示意性示图，

图4示出在发电机的系统短接时的故障查找的示意性示图，

图5示出在发电机的相短接时的故障查找的示意性示图，以及

图6示出在发电机的转子的地短接时的故障查找的示意性示图。

具体实施方式

图2示出根据本发明的风能设备的示意性示图。风能设备具有塔102、吊舱104、转子106，所述转子具有三个转子叶片108，所述转子叶片可以通过风置于运动中并且驱动发电机200。发电机200的转子与风能设备的空气动力学的转子106耦联。发电机优选地构造作为同步发电机。可选地，发电机200可以构造为他励同步发电机。

图3示出在发电机的地短接时的故障查找的示意性示图。待研究的发电机200、尤其发电机的定子具有多个定子线圈S1-S5，使得可以在那里即在绕组端部上在线圈之间的任意部位处在所述测量点MP1-MP5处进行测量。在地E与第一端子1U1之间设有电流源300。电流源300可以构造为直流源或交流源。通过施加电流源300，在定子绕组中产生电流流动以及由此得到的电场。借助于磁力计(磁场传感器、用于检测磁场的机构)400可以在相应的测量点MP1-MP5处探测到通过定子线圈产生的磁场。在此情形下，例如在第五测量点MP5处，也就是说在第五定子线圈5处不能够探测到磁场。借此，清楚的是，在第四与第五定子线圈S4、S5之间存在地短接。因此，可以测定，没有电流在地短接与星点端子1U2之间流动。

图4示出在发电机的系统短接时的故障查找的示意性示图。在发电机中、例如在风能设备的发电机中有系统短接时，电流源300连接到出故障的相的端子1U1、2U1上。通过可以构造为直流电压电流源或交流电压电流源的电流源300，电流流经定子线圈并且产生磁场。然后，借助于磁力计400可以在相应的测量点MP1-MP4、MP6-MP9处检测通过相应的定子线圈产生的磁场。在测量点MP5和MP10处没能检测到磁场。借此，清楚的是，在测量点MP4与MP9之间必然存在系统短接，使得没有电流能够在系统短接与星点端子1U2、2U2之间流动。

例如可以借助于电流源产生50A的电流流动，使得如果磁力计400直接保持在定子线圈的导体处，则磁力计400可以测量到例如2mT(毫特)的范围中的测量值。在此，例如在测量点MP5和MP10处仅仅能够测量到小于50mT的范围中的测量值。因此，能够明确地确定系统短接：在测量点MP5、MP10处可以可靠地测定出：不存在磁场。

替选于磁力计，可以使用磁体保持器，以便确定：在相应的定子线圈中是否存在磁场。磁体保持器典型地设计为，测量装置悬挂在金属物体处。在通过电流源300产生的例如50A的电流流动的情况下，所述磁体保持器可以沿着相的绕组引导。在不存在故障的测量点MP1-MP4；MP6-MP9处，相应于定子线圈的极性吸引或排斥磁体保持器。在也就是说存在故障的测量点MP5、MP10处，既不吸引也不排斥磁体保持器。

因此，根据本发明的一方面，使用用于检测磁场的机构400，以便确定：相应的定子线圈是否产生磁场。如果当施加电流源时定子线圈没有产生磁场，则没有电流流经所述定子线圈，使得在所述区域中必然存在故障。

图5示出在发电机的相短接时的故障查找的示意性示图。发电机具有多个定子线圈S1-S5。电流源300(其可以构造为直流源或交流源)连接到绕组的端子1U1、2V1上并且提供电流、例如50A大小的电流，在图5的示例中，在发电机200的定子绕组中存在相短接。借助于磁力计400可以在测量点MP1-MP10处检验：相应的定子线圈是否产生磁场。在测量点MP1-MP4以及MP6-MP9处分别借助于磁力计400检测到磁场，而在测量点MP5、MP10处没有检测到磁场，使得借此清楚的是，在第四测量点MP4与第九测量点MP9之间存在系统短接。如已经关于图4描述的那样，用于检测磁场的机构400也可以构造为磁体保持器。

图6示出在发电机的转子的地短接时的故障查找的示意性示图。发电机200的转子210可以具有多个极靴P1-P5。此外，转子可以具有正端子211和负端子212。为了检测发电机200的转子中的故障，在地与正端子211之间设有直流电压电流源300。

通过例如可以构造为磁力计的用于检测磁场的机构400，在测量点MP1-MP5处检测磁场。在测量点MP1-MP4处可以分别检测到磁场，而在测量点MP5处没有检测到磁场。借此，清楚的是，在测量点MP4与MP5之间存在地短接，使得没有电流会在地短接与负端子212之间流动。

当例如电流源能够实现10A的电流流动时，则可以借助于磁力计400测定在毫特范围中的测量值。在也就是说不存在磁场的测量点MP5处，能够测定到小于50mT的范围中的测量值。

如以上对于图4已经描述的那样，替选于磁力计也可以使用磁体保持器。

作为用于检测磁场的机构400的另一构造可以使用电流测量钳。在测量点MP1-MP4处可以将电流测量钳置于极靴的连接线路周围，以便检测电流。因为在测量点MP5处没有检测到电流，所以可以借此确定：在第四与第五测量点MP4、MP5之间存在地短接。

根据本发明，用于检测磁场的机构400可以构造为磁力计、电流测量钳或磁体保持器。在此，只要用于检测磁场的机构400适合于检测磁场，则该机构的工作方式是次要的。

如果例如通过绝缘测量确定：在定子中存在地短接，则发电机检查装置的负极的连接线路可以利用分接夹连接到发电机的未涂装的部分上。发电机检查装置的负极的连接线路可以利用在夹板处的分接夹连接到定子绕组的出故障的相上。激活发电机检查装置，也就是说激活电流源并且设定电流流动。借助于磁力计检测通过相应的定子线圈产生的磁场。

根据本发明的一方面，设有用于检测磁场或磁性场的机构。所述机构用于，确定通过发电机的定子线圈或通过发电机的极靴产生的磁场的存在或不存在。根据磁场的存在或不存在可以推断出定子线圈或转子的极靴的功能性或功能。换言之，根据磁场的测量结果可以确定定子线圈或转子的极靴中的故障。

Claims (6)

1.一种用于在发电机的定子、尤其风能设备的同步发电机的定子中进行故障确定的方法，其中所述定子具有多个定子线圈(S1-S5)，所述方法具有如下步骤：

连接用于产生穿过所述发电机的绕组的电流流动的电流源(300)，

通过用于检测磁场的机构(400)检测由所述发电机的定子线圈(S1-S5)产生的磁场，以及

通过辨识未产生磁场的定子线圈(S1-S5)测定故障的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

在地短接时，所述电流源(300)连接到地(E)上并且连接到第一端子(1U1)上，

其中，在系统短接时，所述电流源(300)连接到所述定子绕组的出故障的相的第一端子(1U1，2U1)之间，

其中，在相短接时，所述电流源(300)连接到所述第一端子(2U1，2V1)之间。

3.一种用于在发电机的转子、尤其是风能设备的他励同步发电机的转子中进行故障确定的方法，其中，所述转子具有多个极靴(P1-P5)，所述方法具有如下步骤：

将直流源(300)连接到发电机(200)的转子(210)的转子绕组的正端子(211)上，

将直流馈入到正端子(211)中，以及

通过用于检测磁场的机构(400)检测通过所述极靴(P1-P5)产生的磁场，以及

通过比较所述极靴的所检测的磁场确定故障位置，其中，所述故障存在于如下极靴上游：在所述极靴处没有检测到磁场。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

所述用于检测磁场的机构(400)构造为磁力计或电流钳。

5.一种用于在发电机的定子、尤其是风能设备的同步发电机的定子中或发电机的转子、尤其风能设备的他励同步发电机的转子中进行故障确定的发电机检查系统，所述发电机检查系统具有：

电流源(300)，所述电流源用于产生穿过发电机的定子的定子线圈或穿过发电机的转子的极靴的电流流动，以及

所述定子线圈或所述极靴的磁场传感器(400)，所述磁场传感器作为用于所述定子线圈或所述极靴的功能的指示器。

6.一种将发电机检查系统用于在发电机的定子、尤其风能设备的同步发电机的定子中或发电机的转子、尤其风能设备的他励同步发电机的转子中进行故障确定的应用，

其中，所述发电机检查系统具有电流源(300)以及所述定子线圈或所述极靴的磁场传感器(400)，所述电流源用于产生穿过所述发电机的定子的定子线圈或穿过所述发电机的转子的极靴的电流流动，所述磁场传感器作为用于所述定子线圈或所述转子线圈的功能的指示器，

其中，通过辨识未产生磁场的定子线圈或转子线圈来确定故障的位置。