CN214375162U - 一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，涉及发电机故障在线诊断领域，包括三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲接收单元、信号处理单元、显示屏、操作面板；所述三相电压检测单元通过配置的电压互感器与定子三相出线端连接；所述振动检测单元通过配置的速度传感器与定子外壳相连；所述脉冲发生单元可以发出低压脉冲信号；所述信号处理单元连接至三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲检测单元、显示屏、操作面板。本实用新型采用机电融合的监测方案，选取定子三相电压偏差率和定子垂向振动振幅作为参数，实现长期的在线监测，提高监测精度和效率。

Description

一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置

技术领域：

本实用新型涉及发电机故障在线诊断领域，具体涉及一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置。

背景技术：

随着国内工业和经济的快速发展，我国电力需求迅猛增长，火电作为传统能源，仍在我国电力领域占据主导地位。汽轮发电机作为火力发电和核能发电系统的核心，装机容量仍在不断增加，因此对汽轮发电机进行实时在线监测和故障诊断，保证其安全运行是电力系统稳定供电的可靠保障。

定子绕组匝间短路是汽轮发电机的典型电气故障。造成该故障的初始原因包括：绕线和整形等工艺中造成绝缘损伤、铜线制造过程中存在硬块和毛刺、同相线圈间存在的电磁倍频振动造成磨损。长期的绝缘磨损和热、电以及机械应力会导致绝缘击穿，进而产生短路故障，短路部位电流增大温度升高将加剧短路程度；轻微的匝间短路将影响机组无功功率的输出，严重时将加剧机组振动水平，迫使机组停机。

现有的技术大多通过监测单独的电气或振动参数来分析故障状态，但发电机运行条件复杂，工况变化较为频繁，诊断精度不能得到保证。近年来，基于数据驱动的故障诊断方法逐渐兴起，但所存在的故障样本缺乏问题又给现场运用带来困难。因此，弥补基于电气特征监测方法存在的监测死区，提高定子匝间短路故障在线监测的速度和灵敏度，防止造成电机更严重损坏，减少火电机组维修成本和生产损失，是本领域技术人员需解决的问题。

实用新型内容：

本实用新型为了弥补基于电气参数诊断方法存在死区的缺点，提供一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，该装置能够同时满足汽轮发电机在运行或停机时的短路故障检测要求。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，包括三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲接收单元、信号处理单元、显示屏、操作面板；所述三相电压检测单元通过配置的电压互感器与定子三相出线端连接；所述振动检测单元通过配置的速度传感器与定子外壳相连；所述脉冲发生单元可以发出低压脉冲信号；所述信号处理单元连接至三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲检测单元、显示屏、操作面板。

作为上述方案的进一步改进，三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲接收单元、信号处理单元、显示屏、操作面板集成在一个外壳中。

作为上述方案的进一步改进，所述的三相电压检测单元包含整流电路，可将检测到的定子三相电压转换为直流0-5V传输至信号处理单元。

进一步地，所述振动检测单元检测到定子垂直振动信号，在信号处理单元中使用快速傅里叶变换转换为频谱信号，并提取出二倍频幅值大小。

进一步地，所述操作面板上共有10个按键包括：上、下、左、右、电压、振幅、脉冲输出、脉冲显示、确认、退出，一个电源显示灯和状态显示灯。

进一步地，所述显示屏显示：正常状态三相电压值、当前三相电压值、电压值最大偏差率、正常状态二倍频幅值、当前二倍频幅值、发出脉冲波形和检测到的脉冲波形。

本实用新型的工作原理以及具体使用流程：在汽轮发电机运行状态下，比较当前三相电压值与正常状态三相电压值，比较当前二倍频幅值与正常状态二倍频幅值，当电压值最大偏差率超过允许范围且二倍频幅值增大，程序判定定子绕组发生匝间短路，状态指示灯变红；故障停机检查，脉冲发出单元发出目标特征响应波形，观察显示屏上脉冲接收单元接收的实时特征响应波形与目标特征响应波形，分析定子匝间短路的故障信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用机电融合的监测方案，选取定子三相电压偏差率和定子垂向振动振幅作为参数，实现长期的在线监测，提高监测精度和效率。

本实用新型可在发生匝间故障时及时告警，并通过脉冲法帮助检修人员在停机状态进一步检修故障情况，可同时满足离线和在线多种应用场合。

本实用新型设备体积适中，现场安装方便，操作方便。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图；

图1为该监测装置的系统原理示意图；

图2为该监测装置的前面板结构示意图；

图3为该监测装置的后面板结构示意图；

其中：1、三相电压检测单元；2、振动检测单元；3、脉冲发生单元；4、脉冲接收单元；5、信号处理单元；6、显示屏；7、操作面板；8、电压采集接口；9、振动信号采集接口；10、电源模块；11、电源开关。

具体实施方式：

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例：

如图1-3所示，一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置包括三相电压检测单元1、振动检测单元2、脉冲发生单元3、脉冲接收单元4、信号处理单元5、显示屏6和操作面板7；

三相电压检测单元1通过电压互感器接于汽轮发电机的定子绕组出线端，用于测取定子相电压；具体的，分别设置有3个电压互感器，实时测量定子U、 V、W三相的相电压；所测得电压信号通过电压采集接口8传输至三相电压检测单元所包含的整流电路，转换为0-5V，传送到信号处理单元5。

振动检测单元2通过振动信号采集接口9与振动速度传感器相连，振动传感器通过强磁底座垂直放置在汽轮发电机定子外壳的上端，采集的定子垂直振动速度信号通过振动检测单元2进行A/D转换、滤波去噪和采样并最终输入至信号处理单元5，并通过快速傅里叶变换转换并提取出二倍频谱信号。

信号处理单元5包含DSP芯片、双口RAM以及FPGA芯片；DSP数据处理器选用TMS320F2812，FPGA芯片的选用型号为EP2C35F672C6，双口RAM采用 IDT公司生产的IDT7132。

整个监测装置可以设置电源模块10和电源开关11。

在汽轮发电机组装机调试完毕或者检修完成时，此时发电机组运行状态运行正常。操作面板上7共有10个按键包括：上、下、左、右、电压、振幅、脉冲输出、脉冲显示、确认、退出，一个电源显示灯和状态显示灯。正常状态三相电压值的获取过程为：按动电压按键，此时监测装置将会自动采集定子U、V、W三相电压值，采集时间为5分钟；同时，在此界面中可以通过方向键设置三相电压的偏差率报警上限；按动确认按键，监测装置将会自动记录刚才采集时间内三相电压的平均值，作为正常状态三相电压值。正常状态二倍频幅值的获取过程为：按动振幅按键，此时监测装置将会自动采集定子振动的二倍频幅值；同时，在此界面中可以通过方向键设置二倍频幅值报警上限，按动确认按键，监测装置将会自动记录刚才采集时间内的二倍频幅值平均值，作为正常状态二倍频幅值。

在按动退出键后，显示屏6将会显示已采集的正常状态U、V、W三相电压值、当前实时的U、V、W三相电压值、U、V、W三相电压的偏差率、已采集的正常状态定子振动二倍频幅值、当前实时定子振动二倍频幅值。其中U、V、 W三相电压的偏差率计算公式为：

当定子U、V、W三相电压的任意相偏差率超过所设定值，且定子实时二倍频幅值超过二倍频幅值报警上限，此时指示灯变红，为匝间短路故障报警信号。

当发生匝间短路故障报警时，应当进行停机检查；脉冲发生单元3和脉冲接收单元4通过连接线与被判断发生故障的相连接，此时按动脉冲输出按键，脉冲发生单元3发出低压脉冲波形信号，脉冲波形信号在发电机定子绕组发生匝间短路故障点处发生反射与折射。同时按下脉冲显示波形，显示屏6 将会显示上一次按动脉冲输出按键后脉冲发生单元3发出的以及脉冲接收单元4接收的脉冲波形，供给现场检修人员对匝间短路故障进一步诊断。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，其特征在于：包括三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲接收单元、信号处理单元、显示屏和操作面板；所述三相电压检测单元通过配置的电压互感器与定子三相出线端连接；所述振动检测单元通过配置的速度传感器与定子外壳相连；所述脉冲发生单元可以发出低压脉冲信号；所述信号处理单元连接至三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲检测单元、显示屏、操作面板。

2.根据权利要求1所述的汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，其特征在于：三相电压检测单元、振动检测单元、脉冲发生单元、脉冲接收单元、信号处理单元、显示屏、操作面板集成在一个外壳中。

3.根据权利要求2所述的汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，其特征在于：所述的三相电压检测单元包含整流电路，可将检测到的定子三相电压转换为直流0～5V传输至信号处理单元。

4.根据权利要求3所述的汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，其特征在于：所述振动检测单元检测到定子垂直振动信号，在信号处理单元中使用快速傅里叶变换转换为频谱信号，并提取出二倍频幅值大小。

5.根据权利要求4所述的汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，其特征在于：所述操作面板上共有10个按键包括：上、下、左、右、电压、振幅、脉冲输出、脉冲显示、确认、退出，一个电源显示灯和状态显示灯。

6.根据权利要求5所述的汽轮发电机定子匝间短路故障监测装置，其特征在于：所述显示屏显示：正常状态三相电压值、当前三相电压值、电压值最大偏差率、正常状态二倍频幅值、当前二倍频幅值、发出脉冲波形和检测到的脉冲波形。

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