CN117406037A - 一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质，本发明风力发电机绝缘检测方法包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，若泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试得到的绝缘状态均为绝缘正常，则判定风力发电机整体绝缘正常；否则，判定风力发电机整体绝缘异常。本发明旨在实现风力发电机的全面、准确的绝缘检测，预防预警风机绝缘故障，确保风机安全经济运行；延长电机寿命，降低能源消耗成本；可远程测控，无需现场测试，保障测试人员安全，提高测试效率；提高了风电运维水平，减少风机运维开支；可远程数据通信在线监测电机绝缘状态变化，实时掌握绝缘健康状态。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机绝缘检测技术领域，具体涉及一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质。
背景技术
近年来，风电的快速发展，其智能运维愈加重要。风电通常位于偏远地区或近海区域，运行环境恶劣，交通不便，运维成本高。尤其是海上风电，长期工作于潮湿和盐雾环境，停机后机端电缆及发电机绕组绝缘容易受潮劣化，形成电机绝缘故障，损坏设备，威胁系统安全。为此，规程规定风电停机重启前应进行电机绝缘电阻测试，停机时间达三天，也应开展绝缘测试。但风机地处偏远，分布分散，测试人员攀爬进机舱，拆开发电机外接电缆以实现检测，劳动强度大劳动效率低，难以按规程实施，风电机组绝缘故障时有发生。随着风电机组运行年限的增加，受潮、过电压作用等各种因素使绝缘老化劣化，机组绝缘故障会逐渐增多，有必要开展风机机组绝缘监测和智能化管理，及时掌握电机绝缘健康状态，对确保风电安全稳定运行具有重要意义。无论哪种类型的风电机组，其绝缘故障主要表现在整体绝缘受潮、绕组对地绝缘下降、机端电缆绝缘劣化、以及绕组匝间绝缘故障等。当风机绝缘受潮，绕组对地绝缘下降到0.5MΩ以下，风机重启就有绝缘击穿危险；绕组发生轻微的匝间短路时，发电机可以继续运行，但短路匝间因电磁感应产生大电流，局部发热使绕组绝缘迅速劣化，进一步发展可能引发更大范围的短路故障，因而及时开展绝缘测试，发现绝缘缺陷，是预防风机突发性故障的重要措施。
目前针对风力发电机的绝缘故障检测，有离线和在线两种检测诊断方式。
对绝缘整体受潮和绕组对地绝缘劣化，一般采用停机离线测试绕组对地绝缘电阻的方法来判断，如果绝缘电阻低于0.5MΩ，就认为绝缘性能下降，预警绝缘故障，进行检修。该方法对绕组对地绝缘灵敏，是离线预防性试验项目之一；同时也有利用风电停机时自动测试绕组对地绝缘电阻的远程测试系统用于工程实际，取得一定的效果。而对于风机定子转子绕阻的匝间绝缘故障，目前尚没有很好的测试方法和装置用于工程。现有测绕组直流电阻方法对于早期的几匝短路故障不灵敏。转子绕组交流阻抗检测法可灵敏发现转子匝间短路故障，而定子工频交流阻抗对匝间短路故障不敏感，均因现场条件限制风机都未开展这方面测试。定子绕组的匝间耐压试验法，对三相定子绕组施加高压脉冲电压，比较分析各相衰减电压波形来判断是否存在匝间短路；由于施加电压高，测试过程中有可能损害电机绝缘，降低电机的使用寿命；且测试要求高，现场实施困难。
在线检测则通常是利用双馈电机的匝间短路时三相电流不平衡特性、超温特征、振动信号的异常变化特征以及电气信号频域变化特征等实现匝间短路故障诊断，如对于双馈发电机转子绕组，由发生匝间短路故障时，转子基频振动与二倍频振动会增大的特性检测出是否发生匝间短路故障；对于双馈发电机定子绕组匝间短路，以负序电流等作为故障特征量进行故障诊断。在线监测方法实现较复杂，通常需要使用快速傅里叶变换、小波变换、模糊神经网络等分析技术，计算量大且不易及时地诊断出故障；另外，由于双馈发电机的定子绕组直接连接电网，在风场应用中存在电网电压三相不平衡、谐波含量过大或电压波动或跌落等问题，这都会严重影响在线诊断的准确性。风电绕组绝缘故障在线监测未能达到实用化要求。目前市面上有风机停机时远程测试绕组对地绝缘电阻的装置。在检定风机停电状态下，通过测控闭锁装置，将500V直流电压加载到绕组上，测量绕组对地绝缘电阻，可有效发现电机整体受潮及贯通性绝缘缺陷；但该方法不能检测出绕组匝间绝缘缺陷，如匝间短路故障，且不能实时反映风电机组绝缘状态。
总而言之，风机运行环境恶劣，随着运行年限增加，绝缘老化及劣化故障逐渐增多。目前风力发电机组缺少绝缘监测和智能化管理手段，风力发电机存在突发性绝缘故障风险。现有的风电运维仅在大修后或开机启动前测试绝缘电阻，存在测试安全风险和绝缘缺陷漏检风险，其局限性如下：(1)仅能测量绕组对地绝缘电阻，不能发现绕组匝间短路等绝缘缺陷；(2)需要定期就地进行绝缘测试，存在安全风险，且劳动强度大，测试效率低；(3)无远程测试功能和智能数据管理，不能进行趋势分析；(4)无在线监测，不能实时掌握风机绝缘状态，难以预防预警风机绝缘故障。此外，现有测试方法对测试电压和测试设备要求高，测试有可能损伤绝缘，且测试设备笨重、操作复杂，现场难以实施。现有测试方法不能实时监测风机绝缘，且离线测试方法难以检测绕组匝间短路故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质，本发明旨在实现风力发电机的全面、准确的绝缘检测，预防预警风机绝缘故障，确保风机安全经济运行；延长电机寿命，降低能源消耗成本；可远程测控，无需现场测试，保障测试人员安全，提高测试效率；提高了风电运维水平，减少风机运维开支；可远程数据通信在线监测电机绝缘状态变化，实时掌握绝缘健康状态。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种风力发电机绝缘检测方法，包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，若泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试得到的绝缘状态均为绝缘正常，则判定风力发电机整体绝缘正常；否则，判定风力发电机整体绝缘异常。
可选地，对风力发电机进行泄漏电流测试包括：
S101，采集风力发电机的接地线上的泄漏电流，若泄漏电流超过设定值，或者泄漏电流的变化量超过设定值，则判定风力发电机整体绝缘异常；生成实测泄漏电流-时间曲线；
S102，根据实测泄漏电流-时间曲线确定对应的典型泄漏电流-时间曲线；
S103，根据确定的典型泄漏电流-时间曲线及其对应的绝缘状态，确定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常还是绝缘异常。
可选地，所述典型泄漏电流-时间曲线包括：曲线1：线性增大且最大值小于预设的注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线2：增大至接近预警值I2后下降到接近注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线3：线性增大后稳定在接近注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线4：先急剧增大，再稳定一段时间，最后缓慢增大至接近预警值I2，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线5：先急剧增大超过预警值I2后稳定在预警值以上，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线6：先持续增大超过预警值I2后进一步急剧增大，对应的绝缘状态为绝缘异常。
可选地，步骤S102中将泄漏电流-时间曲线和预设的多种典型泄漏电流-时间曲线进行对比以找到匹配的典型泄漏电流-时间曲线包括：将实测泄漏电流-时间曲线按照时间划分为前期A、中期B、近期C三个阶段并分段拟合曲线，分别获取三个阶段的拟合曲线的泄漏电流幅值IA、IB和IC，以及斜率XA、XB和XC；若满足：IA<I1,XA≈0；IB<I1,XB≈0；IC<I1,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线1；若满足：IA<I1,XA>0；IB>I2,XB>0；IC<I2,XC<0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线2；若满足：IA<I1,XA>0；I1<IB<I2,XB≈0；I1<IB<I2,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线3；若满足：IA<I1,XA>0；I1<IB<I2,XB≈0；IC>I2,XC>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线4；若满足：IA<I1,XA>0；IB>I2,XB>>0；IC>>I2,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线5；若满足：IA<I1,XA>0；IB>>I2,XB>>0；IC>>I2,XC>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线6；其中I1为注意值，I2为预警值。
可选地，步骤S102包括分别计算实测泄漏电流-时间曲线和预设的典型泄漏电流-时间曲线之间的面积关联度r，找到面积关联度r最大的典型泄漏电流-时间曲线作为确定的对应的典型泄漏电流-时间曲线；或者步骤S102包括分别将实测泄漏电流-时间曲线的图像和预设的典型泄漏电流-时间曲线的图像进行图像匹配，从而确定对应的典型泄漏电流-时间曲线。
可选地，对风力发电机进行绝缘电阻测试包括：
S201，在风力发电机处于停机状态的前提下，对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压U并检测回路电流I，通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min；
S202，根据k＝R60/R15计算出吸收比k，根据P＝R10min/R60sec计算极化指数P；
S203，若第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min中任意一者大于绝缘电阻的预警值、吸收比k大于吸收比的预警值或者极化指数P大于极化指数的预警值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。
可选地，步骤S201中通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15、第60秒的绝缘电阻R60以及第10分钟的绝缘电阻R10min时，还包括首先根据下式将计算得到的绝缘电阻计算基准温度40℃下的绝缘电阻：
RMC＝KTRT；KT＝0.5(40-T)/10
上式中，RMC为基准温度40℃下的绝缘电阻，RT为计算得到的绝缘电阻，KT为修正系数，T为对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压U时的环境温度；然后将基准温度40℃下的绝缘电阻和基准电阻进行比较，若基准温度40℃下的绝缘电阻小于基准电阻，则将基准电阻作为最终得到的绝缘电阻，否则将基准温度40℃下的绝缘电阻作为最终得到的绝缘电阻，其中基准电阻的计算函数表达式为：
上式中，R为基准电阻，UN为风力发电机的额定电压；PN为风力发电机的功率。
可选地，对风力发电机进行交流阻抗测试包括：
S301，在风力发电机处于停机状态的前提下，分别在风力发电机的定子、转子绕组的机端子间施加交流电压，并测出AB相之间的交流阻抗ZAB、BC相之间的交流阻抗ZBC以及CA相之间的交流阻抗ZCA；
S302，对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA进行横向比较：在交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA中找出最大交流阻抗Zmax、最小交流阻抗Zmin并求平均值得到平均交流阻抗Zav，并根据下式计算交流阻抗的不平衡度p：p＝(Zmax-Zmin)/Zav×100％，若不平衡度p超过设定值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常；对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA进行纵向比较：首先针对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA分别计算其与历史值的变化量，得到AB相之间的变化量ΔZAB、BC相之间的变化量ΔZBC和CA相之间的变化量ΔZCA，并将变化量除以对应的交流阻抗得到相对减小量，若相对减小量大于设定值，则判定对应两相之间的交流阻抗异常，若任意两相之间的交流阻抗异常，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。
此外，本发明还提供一种风力发电机绝缘检测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述风力发电机绝缘检测方法。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述风力发电机绝缘检测方法。
和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：本发明风力发电机绝缘检测方法包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，若泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试得到的绝缘状态均为绝缘正常，则判定风力发电机整体绝缘正常；否则，判定风力发电机整体绝缘异常，本发明能够实现风力发电机的全面、准确的绝缘检测，预防预警风机绝缘故障，确保风机安全经济运行；延长电机寿命，降低能源消耗成本；可远程测控，无需现场测试，保障测试人员安全，提高测试效率；提高了风电运维水平，减少风机运维开支；可远程数据通信在线监测电机绝缘状态变化，实时掌握绝缘健康状态。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中对风力发电机进行泄漏电流测试的流程示意图。
图3为本发明实施例中采集风力发电机的接地线上的泄漏电流的原理示意图。
图4为本发明实施例中的典型泄漏电流-时间曲线示意图。
图5为本发明实施例中对风力发电机进行绝缘电阻测试的流程示意图。
图6为本发明实施例中对风力发电机进行绝缘电阻测试的原理示意图。
图7为本发明实施例中对风力发电机进行交流阻抗测试的流程示意图。
图8为本发明实施例中对风力发电机进行交流阻抗测试的原理示意图。
图9为本发明实施例中停机离线测试的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例风力发电机绝缘检测方法包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，若泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试得到的绝缘状态均为绝缘正常，则判定风力发电机整体绝缘正常；否则，判定风力发电机整体绝缘异常。
如图2所示，本实施例中对风力发电机进行泄漏电流测试包括：
S101，采集风力发电机的接地线上的泄漏电流，若泄漏电流超过设定值，或者泄漏电流的变化量超过设定值，则判定风力发电机整体绝缘异常；生成实测泄漏电流-时间曲线；
S102，根据实测泄漏电流-时间曲线确定对应的典型泄漏电流-时间曲线；
S103，根据确定的典型泄漏电流-时间曲线及其对应的绝缘状态，确定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常还是绝缘异常。
如图3所示，本实施例步骤S101中采集泄漏电流时选取风力发电机的接地线，将在线监测装置的高灵敏度低频电流传感器单匝穿心式套在接地线上即可检测泄漏电流，本实施例中每1小时采集一次泄漏电流，即可得到，获得实测泄漏电流-时间曲线。风机接地线上的泄漏电流包含了丰富的风机内部绝缘信息，当绕组对地绝缘受潮及劣化时，在运行电压作用下，接地线上的泄漏电流增大；绝缘内部存在局部放电，接地线上泄漏电流中有放电脉冲。因此检测接地线上泄漏电流，提取局部放电脉冲，分析泄漏电流的变化趋势和局放特征，可以适时诊断风机整体绝缘状态。反映绝缘状态的主要是泄漏电流中的阻性电流，由于风机绕组出力电压仅为690V，正常情况下泄漏电流小，即使存在绝缘缺陷，如绕组绝缘电阻下降到预警值0.5MΩ时，泄漏电流中的阻性电流仅有1.4mA，检测难度较大。泄漏电流检测需要高精度低频电流传感器，传感器检测灵敏度0.1mA，频带0-100Hz，不需考虑高频干扰。
当电气设备出现严重的放电、绝缘击穿等故障时，泄漏电流一般会出现一个快速的变化；而对于受潮、老化等潜伏性故障，泄漏电流一般经历一个缓慢而持续的变化过程。经过研究统计，如图4所示，发现典型泄漏电流-时间曲线包括：曲线1：线性增大且最大值小于预设的注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线2：增大至接近预警值I2后下降到接近注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线3：线性增大后稳定在接近注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线4：先急剧增大，再稳定一段时间，最后缓慢增大至接近预警值I2，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线5：先急剧增大超过预警值I2后稳定在预警值以上，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线6：先持续增大超过预警值I2后进一步急剧增大，对应的绝缘状态为绝缘异常。注意值I1和预警值I2可根据实际需要取值，例如本实施例中有I1＝0.1mA，预警值：I2＝2mA。
作为一种可选的实施方式，本实施例中对泄漏电流检测数据，采用分段斜率法来分析数据趋势。先用最小二乘法进行数据拟合，然后用斜率法对数据曲线进行趋势分析。最小二乘法的曲线拟合使数据趋于平滑，准确提取数据的整体变化趋势，并结合斜率变化对其做出全面的评估，具体地步骤S102中将泄漏电流-时间曲线和预设的多种典型泄漏电流-时间曲线进行对比以找到匹配的典型泄漏电流-时间曲线包括：将实测泄漏电流-时间曲线按照时间划分为前期A、中期B、近期C三个阶段(如图3所示)并分段拟合曲线，分别获取三个阶段的拟合曲线的泄漏电流幅值IA、IB和IC，以及斜率XA、XB和XC；若满足：IA<I1,XA≈0；IB<I1,XB≈0；IC<I1,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线1；若满足：IA<I1,XA>0；IB>I2,XB>0；IC<I2,XC<0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线2；若满足：IA<I1,XA>0；I1<IB<I2,XB≈0；I1<IB<I2,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线3；若满足：IA<I1,XA>0；I1<IB<I2,XB≈0；IC>I2,XC>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线4；若满足：IA<I1,XA>0；IB>I2,XB>>0；IC>>I2,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线5；若满足：IA<I1,XA>0；IB>>I2,XB>>0；IC>>I2,XC>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线6；其中I1为注意值，I2为预警值。其中拟合曲线的方程可以根据需要选择，例如本实施例中拟合函数为拟合函数为y＝ax2+bx+c，其中a、b和c为拟合系数，且斜率XA、XB和XC的计算函数表达式为：X＝Δi(t)/Δt，式中Δi(t)为该时段泄漏电流变化量，Δt为该时段的时间。斜率表征泄漏电流变化趋势，X≈0，表征泄漏电流变化不明显；X>0，表征泄漏电流整体增大；X<0，表征泄漏电流整体减小。此外，也可以根据需要拟合为y＝kx+b，其中k和b为拟合系数，此时则可以直接将k作为斜率，但是这种情况下，可能会由于曲线不能很好地拟合直线而导致精度下降。需要说明的是，“>>”为远大于，一般情况下可认为两者倍数超过指定倍数以上，例如5倍或者10倍以上；“≈”为约等于，一般情况下可认为两者之差小于接近0的设定值。
作为另一种可选的实施方式，步骤S102包括分别计算实测泄漏电流-时间曲线和预设的典型泄漏电流-时间曲线之间的面积关联度r，找到面积关联度r最大的典型泄漏电流-时间曲线作为确定的对应的典型泄漏电流-时间曲线。需要说明的是，两条曲线之间的面积关联度r的计算为现有公知方法，故其计算细节在此不再详述。
作为另一种可选的实施方式，步骤S102包括分别将实测泄漏电流-时间曲线的图像和预设的典型泄漏电流-时间曲线的图像进行图像匹配，从而确定对应的典型泄漏电流-时间曲线。需要说明的是，图像匹配可以根据需要采用各类公知的图像匹配算法，本实施例中仅仅为图像匹配算法的基本应用，故对于图像匹配算法的实现细节在此不再详述。
如图5所示，本实施例中对风力发电机进行绝缘电阻测试包括：
S201，在风力发电机处于停机状态的前提下，对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压U并检测回路电流I，如图6所示，通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min；
S202，根据k＝R60/R15计算出吸收比k，根据P＝R10min/R60sec计算极化指数P；
S203，若第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min中任意一者大于绝缘电阻的预警值、吸收比k大于吸收比的预警值或者极化指数P大于极化指数的预警值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。
绝缘电阻的预警值、吸收比的预警值以及极化指数的预警值可以根据实际需要进行取值，例如作为一种可选的实施方式，本实施例中绝缘电阻的预警值取值为0.5MΩ，若绝缘电阻小于预警值0.5MΩ，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，若绝缘电阻小于注意值20MΩ但是大于等于预警值0.5MΩ则需要注意。吸收比的预警值取值为1.3，若吸收比k小于预警值1.3，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，若吸收比k小于注意值1.5但是大于等于预警值1.3则需要注意。极化指数的预警值取值为1.5，若极化指数P小于预警值1.5，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，若极化指数P小于注意值2.0但是大于等于预警值1.5则需要注意。
本实施例步骤S201中通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15、第60秒的绝缘电阻R60以及第10分钟的绝缘电阻R10min时，还包括首先根据下式将计算得到的绝缘电阻计算基准温度40℃下的绝缘电阻：
RMC＝KTRT；KT＝0.5(40-T)/10
上式中，RMC为基准温度40℃下的绝缘电阻，RT为计算得到的绝缘电阻，KT为修正系数，T为对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压U时的环境温度；然后将基准温度40℃下的绝缘电阻和基准电阻进行比较，若基准温度40℃下的绝缘电阻小于基准电阻，则将基准电阻作为最终得到的绝缘电阻，否则将基准温度40℃下的绝缘电阻作为最终得到的绝缘电阻，其中基准电阻的计算函数表达式为：
上式中，R为基准电阻，单位为MΩ，UN为风力发电机的额定电压，单位为V；PN为风力发电机的功率，单位为kW。例如当35℃时测得的绝缘电阻为1MΩ时，将计算得到的绝缘电阻计算基准温度40℃下的绝缘电阻后，得到的基准温度40℃下的绝缘电阻为0.707MΩ。本实施例中基准电阻为0.38MΩ，因此若计算的绝缘电阻低于0.38MΩ，则按0.38MΩ考核。
如图7所示，本实施例中对风力发电机进行交流阻抗测试包括：
S301，在风力发电机处于停机状态的前提下，分别在风力发电机的定子、转子绕组的机端子间施加交流电压，并测出AB相之间的交流阻抗ZAB、BC相之间的交流阻抗ZBC以及CA相之间的交流阻抗ZCA；本实施例中具体为分别在风力发电机定子、转子绕组的机端子间施加800Hz/36V的交流电压；
S302，对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA进行横向比较：在交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA中找出最大交流阻抗Zmax、最小交流阻抗Zmin并求平均值得到平均交流阻抗Zav，并根据下式计算交流阻抗的不平衡度p：p＝(Zmax-Zmin)/Zav×100％，若不平衡度p超过设定值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常；不平衡度p的设定值可以根据实际需要进行取值，例如作为一种可选的实施方式，本实施例中取值为3％，若不平衡度p超过3％，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常；对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA进行纵向比较：首先针对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA分别计算其与历史值的变化量，得到AB相之间的变化量ΔZAB、BC相之间的变化量ΔZBC和CA相之间的变化量ΔZCA，并将变化量除以对应的交流阻抗得到相对减小量，以AB相之间的交流阻抗ZAB为例，AB相之间的相对减小量的计算函数表达式为：ΔZAB/ZAB；若相对减小量大于设定值，则判定对应两相之间的交流阻抗异常，若任意两相之间的交流阻抗异常，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。同理，相对减小量的设定值也可以根据实际需要进行取值，例如作为一种可选的实施方式，本实施例中取值为3％，若相对减小量大于3％，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。
本实施例中对风力发电机进行交流阻抗测试的原理如图8所示，给定子绕组施加频率为f的交流电压，当定子某相绕组出现少许的匝间短路时，由于电磁感应，短路匝回路中感应出大电流，该电流产生的磁通与原磁通方向相反，使得定子绕组的等效匝数和等效电感减小，相应地感抗减少△X，△X＝2πf△L；采用较高频率的交流电压，即使仅短路几匝，等效电感减小量△L很小，其感抗的减小量△X仍能灵敏地检测出来。其次，测量定子绕组的交流阻抗时，若转子绕组存在匝间短路故障，其短路匝形成闭合回路，定子绕组电流产生的磁通，也会在转子短路匝回路中感应出大电流；由于定、转子间互感耦合，该感应电流产生的磁通也会使定子绕组的等效匝数和等效电感减小，定子绕组的交流阻抗减小。因此，测量风力发电机定子绕组的交流阻抗，能灵敏发现定子绕组或转子绕组的匝间短路故障。
作为一种可选的实施方式，在判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常之后，还可以进一步进行存在匝间短路故障的绕组相别，判断逻辑如下：若ZAB≈ZBC，且ZAB、ZBC均交流阻抗异常，ZCA交流阻抗正常，则判定B相绕组存在匝间短路；若ZAB≈ZCA，且ZAB、ZCA均交流阻抗异常，ZBC交流阻抗正常，则判定A相绕组存在匝间短路；若ZBC≈ZCA，且ZBC、ZCA均交流阻抗异常，ZAB交流阻抗正常，则判定C相绕组存在匝间短路。在交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA均交流阻抗异常的情况下：若ZAB<ZBC(或ZCA)，则判定A、B两相绕组存在匝间短路；若ZBC<ZAB(或ZCA)，则判定B、C两相绕组存在匝间短路；若ZCA<ZAB(或ZCA)，则判定C、A两相绕组存在匝间短路。
考虑到绝缘电阻测试以及交流阻抗测试都需要在风力发电机处于停机状态的前提下进行测试，因此作为一种可选的实施方式，如图9所示，本实施例中采用了将绝缘电阻测试以及交流阻抗测试两种测试集成的停机离线测试方法。参见图9可知，风力发电机处于停机状态需要满足两个测试条件。测试条件1：风力发电机的机侧断路器状态需要分闸时间超过指定时间(例如30分钟)、且风力发电机的检测电压需要小于100V；测试条件2：泄漏电流Ig异常(泄漏电流Ig大于设定值，或者泄漏电流Ig的变化量大于设定值)，或者风机停机时间大于设定时间(例如7天)。参见图9可知，在确认风力发电机处于停机状态后，首先进行直流测试部分，然后在进行交流测试部分。直流测试部分包括：(1)将绕组(定子绕组和转子绕组)经过电阻对地放电；(2)合闸#1接触器(定子绕组的接触器)，给绕组1(定子绕组)施加直流试验电压U并检测回路电流I，通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min；根据k＝R60/R15计算出吸收比k，根据P＝R10min/R60sec计算极化指数P；将绕组1断开施加直流试验电压U的测试回路并经电阻对地放电，分闸#1接触器，完成定子绕组的数据采集；(3)合闸#2接触器(转子绕组的接触器)，给绕组2(转子绕组)施加直流试验电压U并检测回路电流I，通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min；根据k＝R60/R15计算出吸收比k，根据P＝R10min/R60sec计算极化指数P；将绕组2断开施加直流试验电压U的测试回路并经电阻对地放电，分闸#2接触器，完成转子绕组的数据采集；交流测试部包括：(1)合闸#1接触器(定子绕组的接触器)，给绕组1(定子绕组)施加800Hz/36V的交流电压，并测出定子绕组的AB相之间的交流阻抗Zab1、BC相之间的交流阻抗Zbc1以及CA相之间的交流阻抗Zca1；断开绕组1(定子绕组)的交流测试回路分闸#1接触器，完成定子绕组的数据采集；(2)合闸#2接触器(转子绕组的接触器)，给绕组2(转子绕组)施加800Hz/36V的交流电压，并测出转子绕组的AB相之间的交流阻抗Zab2、BC相之间的交流阻抗Zbc2以及CA相之间的交流阻抗Zca2；断开绕组2(转子绕组)的交流测试回路分闸#2接触器，完成转子绕组的数据采集。
综上所述，本实施例风力发电机绝缘检测方法包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，进而进行风力发电机整体绝缘正常判断，本实施例风力发电机绝缘检测方法通过在线监测泄漏电流，可实时反映风力发电机整体绝缘状态，预防突发性绝缘故障；并为风机停机时离线测试提供数据支撑。本实施例风力发电机绝缘检测方法在检定风机停机状态下，通过给风机绕组机端与地之间加载直流测试电压，测量绕组对地的绝缘电阻、吸收比和极化指数，可有效检出电机绕组绝缘受潮及贯通性绝缘缺陷。本实施例风力发电机绝缘检测方法在检定风机停机状态下，通过给风机定子绕组端子间加载中频交流电压，测量定子三相绕组端子间的交流阻抗，可有效检出风机绕组匝间短路故障，弥补了现有停机远程测试只能检测对地绝缘电阻，不能发现绕组匝间绝缘缺陷的问题。本实施例风力发电机绝缘检测方法的测试对风机绝缘无损伤，且测试设备轻便，是远程控制自动测试，无需试验人员到现场开展试验，降低了劳动强度，提高了设备运行管理智能化水平。本实施例风力发电机绝缘检测方法采用变压器隔离，不仅可将中频测试电压耦合到绕组，还能有效隔离风机的桨叶缓转产生的绕组残压对测试装置和测试结果的影响。本实施例风力发电机绝缘检测方法利用泄漏电流、绝缘电阻(吸收比、极化指数)和绕组交流阻抗检测数据，综合判断风力发电机绝缘状态，大幅提高了测试诊断的可靠性。本实施例方法能够全自动远程测控和测试数据智能化管理；停机时测试绕组对地绝缘电阻、吸收比，发现绕组绝缘开裂、受潮、脏污等整体绝缘缺陷；停机时测试绕组交流阻抗，通过阻抗分析检出绕组匝间短路等绝缘缺陷；在线监测风力发电机泄漏电流，实时分析掌握风机整体绝缘状态变化，预警绝缘故障发生。本实施例方法能够达到下述技术效果：(1)预防预警风机绝缘故障，确保风机安全经济运行；(2)延长电机寿命，降低能源消耗成本；(3)远程测控，无需现场测试，保障测试人员安全，提高测试效率；(4)提高了风电运维水平，减少风机运维开支；(5)远程数据通信在线监测电机绝缘状态变化，实时掌握绝缘健康状态。
此外，本实施例还提供一种风力发电机绝缘检测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述风力发电机绝缘检测方法。本实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述风力发电机绝缘检测方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，若泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试得到的绝缘状态均为绝缘正常，则判定风力发电机整体绝缘正常；否则，判定风力发电机整体绝缘异常。
2.根据权利要求1所述的风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，对风力发电机进行泄漏电流测试包括：
S101，采集风力发电机的接地线上的泄漏电流，若泄漏电流超过设定值，或者泄漏电流的变化量超过设定值，则判定风力发电机整体绝缘异常；生成实测泄漏电流-时间曲线；
S102，根据实测泄漏电流-时间曲线确定对应的典型泄漏电流-时间曲线；
S103，根据确定的典型泄漏电流-时间曲线及其对应的绝缘状态，确定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常还是绝缘异常。
3.根据权利要求2所述的风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，所述典型泄漏电流-时间曲线包括：曲线1：线性增大且最大值小于预设的注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线2：增大至接近预警值I2后下降到接近注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线3：线性增大后稳定在接近注意值I1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线4：先急剧增大，再稳定一段时间，最后缓慢增大至接近预警值I2，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线5：先急剧增大超过预警值I2后稳定在预警值以上，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线6：先持续增大超过预警值I2后进一步急剧增大，对应的绝缘状态为绝缘异常。
4.根据权利要求3所述的风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，步骤S102中将泄漏电流-时间曲线和预设的多种典型泄漏电流-时间曲线进行对比以找到匹配的典型泄漏电流-时间曲线包括：将实测泄漏电流-时间曲线按照时间划分为前期A、中期B、近期C三个阶段并分段拟合曲线，分别获取三个阶段的拟合曲线的泄漏电流幅值IA、IB和IC，以及斜率XA、XB和XC；若满足：IA<I1,XA≈0；IB<I1,XB≈0；IC<I1,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线1；若满足：IA<I1,XA>0；IB>I2,XB>0；IC<I2,XC<0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线2；若满足：IA<I1,XA>0；I1<IB<I2,XB≈0；I1<IB<I2,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线3；若满足：IA<I1,XA>0；I1<IB<I2,XB≈0；IC>I2,XC>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线4；若满足：IA<I1,XA>0；IB>I2,XB>>0；IC>>I2,XC≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线5；若满足：IA<I1,XA>0；IB>>I2,XB>>0；IC>>I2,XC>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线6；其中I1为注意值，I2为预警值。
5.根据权利要求3所述的风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，步骤S102包括分别计算实测泄漏电流-时间曲线和预设的典型泄漏电流-时间曲线之间的面积关联度r，找到面积关联度r最大的典型泄漏电流-时间曲线作为确定的对应的典型泄漏电流-时间曲线；或者步骤S102包括分别将实测泄漏电流-时间曲线的图像和预设的典型泄漏电流-时间曲线的图像进行图像匹配，从而确定对应的典型泄漏电流-时间曲线。
6.根据权利要求1所述的风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，对风力发电机进行绝缘电阻测试包括：
S201，在风力发电机处于停机状态的前提下，对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压U并检测回路电流I，通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min；
S202，根据k＝R60/R15计算出吸收比k，根据P＝R10min/R60sec计算极化指数P；
S203，若第15秒的绝缘电阻R15sec、第60秒的绝缘电阻R60sec以及第10分钟的绝缘电阻R10min中任意一者大于绝缘电阻的预警值、吸收比k大于吸收比的预警值或者极化指数P大于极化指数的预警值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。
7.根据权利要求6所述的风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，步骤S201中通过电阻R＝U/I分别计算第15秒的绝缘电阻R15、第60秒的绝缘电阻R60以及第10分钟的绝缘电阻R10min时，
还包括首先根据下式将计算得到的绝缘电阻计算基准温度40℃下的绝缘电阻：
RMC＝KTRT；KT＝0.5(40-T)/10
上式中，RMC为基准温度40℃下的绝缘电阻，RT为计算得到的绝缘电阻，KT为修正系数，T为对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压U时的环境温度；然后将基准温度40℃下的绝缘电阻和基准电阻进行比较，若基准温度40℃下的绝缘电阻小于基准电阻，则将基准电阻作为最终得到的绝缘电阻，否则将基准温度40℃下的绝缘电阻作为最终得到的绝缘电阻，其中基准电阻的计算函数表达式为：
上式中，R为基准电阻，UN为风力发电机的额定电压；PN为风力发电机的功率。
8.根据权利要求1所述的风力发电机绝缘检测方法，其特征在于，对风力发电机进行交流阻抗测试包括：
S301，在风力发电机处于停机状态的前提下，分别在风力发电机的定子、转子绕组的机端子间施加交流电压，并测出AB相之间的交流阻抗ZAB、BC相之间的交流阻抗ZBC以及CA相之间的交流阻抗ZCA；
S302，对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA进行横向比较：在交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA中找出最大交流阻抗Zmax、最小交流阻抗Zmin并求平均值得到平均交流阻抗Zav，并根据下式计算交流阻抗的不平衡度p：p＝(Zmax-Zmin)/Zav×100％，若不平衡度p超过设定值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常；对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA进行纵向比较：首先针对交流阻抗ZAB、ZBC、ZCA分别计算其与历史值的变化量，得到AB相之间的变化量ΔZAB、BC相之间的变化量ΔZBC和CA相之间的变化量ΔZCA，并将变化量除以对应的交流阻抗得到相对减小量，若相对减小量大于设定值，则判定对应两相之间的交流阻抗异常，若任意两相之间的交流阻抗异常，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。
9.一种风力发电机绝缘检测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述风力发电机绝缘检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述风力发电机绝缘检测方法。
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| CN202311331285.2A Pending CN117406037A (zh) | 2023-10-13 | 2023-10-13 | 一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117406037A (zh) |
-
2023
- 2023-10-13 CN CN202311331285.2A patent/CN117406037A/zh active Pending
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