CN217282598U - 发电机轴电流抑制装置及轴电流抑制效果的评估装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种发电机轴电流抑制装置及轴电流抑制效果的评估装置。评估装置包括：测点导电探头、电压采集设备和控制器；测点导电探头与发电机的转轴滑动接触，且连接到发电机的机壳接地点，电压采集设备分别连接到测点导电探头和机壳接地点；电压采集设备采集发电机安装有接地碳刷情况下的轴电压值，并采集发电机未安装有接地碳刷情况下的轴电压值；控制器从电压采集设备接收电压采集结果，并输出未安装有接地碳刷情况下的轴电压值与安装有接地碳刷情况下的轴电压值之间的比较结果，所述比较结果用于指示接地碳刷对所述发电机轴电流的抑制效果。根据本公开，能够便捷有效地抑制发电机轴电流、并对发电机轴电流的抑制效果进行评估。
Description
技术领域
本公开总体说来涉及发电机技术领域，更具体地讲，涉及一种发电机轴电流抑制装置及轴电流抑制效果的评估装置。
背景技术
轴承电蚀目前是风力发电机组长期运行后导致轴承失效的因素之一，也影响机组的稳定性运行。
由磁不对称等原因而产生的轴电压主要是以低频形式存在，而机组在运行时，轴电压呈现高频特性，这主要是由变流器供电引起的共模电压产生，它所引起的轴电流主要存在以下四种方式：一是du/dt电流，其主要是伴随着共模电压的du/dt产生的，其本质是轴承的电容充放电电流；二是EDM电流，如果轴承两端轴电压高到一定程度，达到油膜的阈值电压时，油膜就会被击穿，从而产生放电现象，该电流有很强的热效应，产生电腐蚀使得轴承损坏；三是环路电流，环路电流是指当在高频接地共模电流引起的共模磁通在电机转轴两端感应高频轴电压，产生循环型轴承电流，流通路径是电流由转轴的一端经过轴承达到定子机座，又经另一端轴承到达转轴；四是机壳接地不良时，转子接地或通过驱动载荷接地使得轴承内外圈存在电压差而引起的轴电流。以上情形均会导致轴承失效。
实用新型内容
本公开的示例性实施例在于提供一种发电机轴电流抑制装置及轴电流抑制效果的评估装置，其能够便捷地抑制发电机的轴电流，并对发电机轴电流的抑制效果进行评估。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种发电机轴电流抑制装置，包括接地碳刷和用于固定地接碳刷的支架；其中，所述接地碳刷与所述发电机的转轴的内壁滑动接触。
可选地，所述支架被固定在所述发电机的外壳上。
可选地，所述发电机为风力发电机组的发电机。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种发电机轴电流抑制效果的评估装置，所述评估装置包括：测点导电探头、电压采集设备和控制器；所述测点导电探头与所述发电机的转轴滑动接触，且电连接到所述发电机的机壳接地点，所述电压采集设备分别连接到所述测点导电探头和所述机壳接地点；所述电压采集设备采集所述发电机安装有接地碳刷情况下的轴电压值，并采集所述发电机未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值；所述控制器从所述电压采集设备接收电压采集结果，并输出未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值与安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值之间的比较结果，其中，所述比较结果用于指示所述接地碳刷对所述发电机轴电流的抑制效果；其中，所述接地碳刷与所述发电机的转轴的内壁滑动接触。
可选地，所述测点导电探头包括：第一导电探头和第二导电探头；所述第一导电探头与所述发电机的转轴靠近轴承处的内壁滑动接触；所述第二导电探头与所述发电机的转轴的刹车盘滑动接触。
可选地，所述评估装置还包括：直流电阻测试设备；所述直流电阻测试设备测量所述发电机安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值和所述第二导电探头的对地阻值，并测量所述发电机未安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值和所述第二导电探头的对地阻值；所述控制器从所述直流电阻测试设备接收测量结果，并输出安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值与所述第二导电探头的对地阻值之间的电阻比较结果，以及未安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值与所述第二导电探头的对地阻值之间的电阻比较结果，其中，所述电阻比较结果用于指示所述第一导电探头和所述第二导电探头所滑动接触的转轴位置处的导电性能是否相同。
可选地，所述评估装置还包括：测点导电探头支架，其中，所述第一导电探头通过所述测点导电探头支架固定在所述发电机的机壳上。
可选地，所述评估装置还包括：磁力座，其中，所述第二导电探头通过所述磁力座固定在所述发电机的刹车制动器表面。
可选地，所述未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值与安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值之间的比较结果包括：未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压有效值与安装有所述接地碳刷情况下的轴电压有效值之间的差值，与未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压有效值的比值；和/或，未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压峰峰值与安装有所述接地碳刷情况下的轴电压峰峰值之间的差值，与未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压峰峰值的比值。
可选地，所述电压采集设备通过同轴线连接到所述测点导电探头和所述机壳接地点；其中，所述电压采集设备通过所述同轴线的屏蔽层线连接到所述机壳接地点，并通过所述同轴线的芯线连接到所述测点导电探头。
可选地，所述测点导电探头为测点碳刷。
可选地，所述发电机为风力发电机组的发电机；其中，当所述发电机的转速为额定转速，且所述风力发电机组处于并网运行状态时，所述电压采集设备采集所述发电机安装有接地碳刷情况下的轴电压值，并采集所述发电机未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值。
根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制装置及轴电流抑制效果的评估装置，能够便捷地抑制发电机的轴电流、降低轴电流的大小，从而降低轴承被电蚀的风险；并能够便捷有效、可靠、易于实现地对发电机轴电流的抑制效果进行评估，从而提供指导意见以降低发电机故障，为发电机故障监测提供了新的可能。
将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制装置的结构示意图；
图2示出根据本公开示例性实施例的发电机的等效原理图；
图3示出根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置的结构示意图；
图4示出根据本公开示例性实施例的测点导电探头的安装位置示意图；
图5示出根据本公开示例性实施例的轴电压测量示意图；
图6示出根据本公开的另一示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置的结构示意图。
具体实施方式
现将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。
图1示出根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制装置的结构示意图。
图1中结合了发电机的传动系统示出了根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制装置的结构及安装位置。应该理解，根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制装置可应用于适当类型的发电机，本公开对此不作限制。例如，可应用于中速永磁发电机。
作为示例，根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制装置可用于对风力发电机组的发电机的轴电流进行抑制。
参照图1，图1示出了发电机的传动结构示意图，包括发电机外壳1、发电机定子绕组2、发电机转子(也即，发电机转轴)3、发电机定子(也即，发电机定轴)4、齿轮箱外壳5、齿轮箱中心轴6、齿轮箱叶片侧轴承7、齿轮箱电机侧轴承8、刹车卡钳9、齿轮箱输出轴10。
根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制装置包括：接地碳刷11和用于固定地接碳刷的支架12，其中，接地碳刷11与发电机转轴3的内壁滑动接触。
作为示例，用于固定地接碳刷的支架12可被固定在发电机外壳1上。作为示例，接地碳刷11可与发电机外壳1上的接地点电连接。
作为示例，发电机外壳1和齿轮箱外壳5通过螺栓连接；发电机定子绕组2固定在发电机定子4上，发电机定子绕组2先绕成线棒，然后嵌入定子铁芯槽中，再用槽锲固定牢固；发电机转子3与齿轮箱输出轴10通过螺栓连接；齿轮箱中心轴6与齿轮箱输出轴10通过键连接；齿轮箱叶片侧轴承7与齿轮箱电机侧轴承8安装在齿轮箱外壳5和齿轮箱输出轴10之间；刹车卡钳9与发电机外壳1通过螺栓连接。
图2示出根据本公开示例性实施例的发电机的等效原理图。
如图2所示，图2中Ucm为变流器机侧产生的对地共模高频电压，Ub为轴承电压，Cwr为绕组对转子的寄生电容，Crs为转子对定子的寄生电容，Cws为绕组对定子的寄生电容，Cb1和Cb2为轴承动定轴之间的寄生电容。
在没有接地碳刷等电位连接的情况下，轴承上的轴电压取决于共模电压的大小、绕组对转子的寄生电容、转子对定子的寄生电容以及轴承动定轴之间的寄生电容等参数，根据本公开通过增加动定轴之间的接地碳刷，能够将轴承上的轴电压控制在较低水平，从而能够便捷有效地抑制发电机轴电流，且能够很好地适用于结构连接复杂的发电机、安装便捷、且不影响转轴的正常转动。
图3示出根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置的结构示意图。作为示例，可用于评估如上述示例性实施例所述的发电机轴电流抑制装置的轴电流抑制效果。
如图3所示，根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置包括：测点导电探头100、电压采集设备200和控制器300。
测点导电探头100与发电机的转轴3滑动接触，且电连接到发电机的机壳接地点。作为示例，测点导电探头100可为碳刷(也即，测点碳刷)。应该理解，也可为其他适当类型的导电探头，本公开对此不作限制。应该理解，要求机壳接地点接地良好。
作为示例，参照图4，测点导电探头100可包括：第一导电探头101和第二导电探头102。第一导电探头101与发电机的转轴3靠近轴承处的内壁滑动接触；第二导电探头102与发电机的转轴3的刹车盘(例如，刹车盘环面)滑动接触。例如，第二导电探头102可被固定在发电机的刹车制动器(例如，刹车卡钳9)表面。
作为示例，根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置还可包括：测点导电探头支架103，第一导电探头101可通过测点导电探头支架固定在发电机的机壳1上。应该理解，第一导电探头101的安装点空间需满足碳刷工装尺寸要求，可按发电机实际布局，选择最靠近轴承、最方便的安装点来安装第一导电探头101。
作为示例，根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置还可包括：磁力座(未示出)，第二导电探头102可通过磁力座固定在刹车制动器的表面。作为示例，磁力座可吸附在平整的定子结构部件表面上，如刹车卡钳9的表面。此外，还可使用辅助措施确保磁力座固定，例如使用机械密封胶、强力胶水等。
电压采集设备200分别连接到测点导电探头100和机壳接地点，以通过测点导电探头100测量发电机的轴电压。电压采集设备200采集发电机安装有接地碳刷11情况下的轴电压值，并采集发电机未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值。
本公开考虑到动定轴之间为主轴承结构，所以分别在动、定轴上测点，来采集轴电压。为了测得动轴侧与定轴侧之间的轴电压，定轴侧的测点固定在定轴上，可按发电机定轴内布局，选择最靠近轴承、最方便的安装点；动轴侧在发电机运行时处于旋转运动状态，因此在动轴侧接线点需要与动轴滑动接触，可按发电机动轴内布局，选择最靠近轴承、最方便的安装点。
作为示例，电压采集设备200可为用于采集电压信号的实时高频电压采集设备。
作为示例，可如图5所示，电压采集设备200可通过同轴线连接到测点导电探头100和所述机壳接地点；电压采集设备200可通过所述同轴线的屏蔽层线连接到所述机壳接地点，并通过所述同轴线的芯线连接到测点导电探头100。同时，例如，所述同轴线的另一端连接至电压采集设备200的BNC接口。
当发电机为风力发电机组的发电机时，可当发电机的转速为额定转速，且所述风力发电机组处于并网运行状态时，使用根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置来评估发电机轴电流抑制效果。作为示例，可当发电机的转速为额定转速，且风力发电机组处于并网运行状态时，使用电压采集设备200采集发电机安装有接地碳刷11情况下的轴电压值，并采集发电机未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值。
作为示例，可当发电机跟齿轮箱按照转速-扭矩曲线运行时，电压采集设备200采集轴电压。
作为示例，在测量轴电压之前，可对电压采集设备200进行调试校零；采集频率可至少大于100kHz；可根据预估轴电压值选择合理范围以保证精度，例如，可选择-10V～10V。确认电压采集设备200无误后，可准备进行轴电压测试。作为示例，可测量多次取统计值(例如，平均值)，例如，每组数据时间不小于60秒且不小于3组测试数据。
作为示例，当测点导电探头100包括：第一导电探头101和第二导电探头102时，可先后针对每个测点导电探头100来测量轴电压。例如，针对第一导电探头101测量轴电压时，分别在发电机安装有接地碳刷11情况下和未安装有接地碳刷11情况下，电压采集设备200连接到第一导电探头101和机壳接地点，来采集发电机安装有接地碳刷11情况下的轴电压值，并采集发电机未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值。应该理解，在针对第一导电探头101测量轴电压时，第二导电探头102不与转轴接触。
相应地，针对第二导电探头102测量轴电压时，分别在发电机安装有接地碳刷11情况下和未安装有接地碳刷11情况下，电压采集设备200连接到第二导电探头102和机壳接地点，来采集发电机安装有接地碳刷11情况下的轴电压值，并采集发电机未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值。应该理解，在针对第二导电探头102测量轴电压时，第一导电探头101不与转轴接触。
控制器300从电压采集设备200接收电压采集结果，并输出未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值与安装有接地碳刷11情况下的轴电压值之间的比较结果。所述比较结果用于指示接地碳刷11对发电机轴电流的抑制效果。作为示例，所述比较结果可用于体现两者之间的偏差。作为示例，未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值与安装有接地碳刷11情况下的轴电压值之间的偏差越大，说明接地碳刷11对发电机轴电流的抑制效果越好。
作为示例，当测点导电探头100包括：第一导电探头101和第二导电探头102时，可分别针对每个测点导电探头100，输出使用该测点导电探头100所测得的未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值与安装有接地碳刷11情况下的轴电压值之间的比较结果。
作为示例，所述未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值与安装有接地碳刷11情况下的轴电压值之间的比较结果可包括：未安装有接地碳刷11情况下的轴电压有效值与安装有接地碳刷11情况下的轴电压有效值之间的差值，与未安装有接地碳刷11情况下的轴电压有效值的比值；和/或，未安装有接地碳刷11情况下的轴电压峰峰值与安装有接地碳刷11情况下的轴电压峰峰值之间的差值，与未安装有接地碳刷11情况下的轴电压峰峰值的比值。
作为示例，针对每一测点导电探头100，可对在安装有接地碳刷11的情况下针对该测点导电探头100采集的每一组轴电压测量数据进行筛选，选取数据时长至少超过为10秒，且连续无间断、无异常脉冲出现的数据组，然后将每一组筛选后的数据进行有效值统计和峰峰值统计，最后将所有有效数据组的有效值统计值进行算术平均计算得到Ui,rms、将所有有效数据组的峰峰值统计值进行算术平均计算得到Ui,p-p。
作为示例，针对每一测点导电探头100，可对在未安装有接地碳刷11的情况下针对该测点导电探头100采集的每一组轴电压测量数据进行筛选，选取数据时长至少超过为10秒，且连续无间断、无异常脉冲出现的数据组，然后将每一组筛选后的数据进行有效值统计和峰峰值统计，最后将所有有效数据组的有效值统计值进行算术平均计算得到Uo,rms、将所有有效数据组的峰峰值统计值进行算术平均计算得到Uo,p-p。
然后，可将针对每一测点导电探头100得到的Ui,rms、Ui,p-p与Uo,rms、Uo,p-p进行比较，例如，比较结果的形式可为：
有效值偏差：
峰峰值偏差：
图5示出根据本公开的另一示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置的结构示意图。
如图5所示，根据本公开示例性实施例的发电机轴电流抑制效果的评估装置除了包括测点导电探头100、电压采集设备200和控制器300，还可包括直流电阻测试设备400。
直流电阻测试设备400测量发电机安装有接地碳刷11情况下的第一导电探头101的对地阻值和第二导电探头102的对地阻值，并测量发电机未安装有接地碳刷11情况下的第一导电探头101的对地阻值和第二导电探头102的对地阻值。
作为示例，直流电阻测试设备400的两个连接端(例如，两个夹子)一者连接到第一导电探头101或第二导电探头102，另一者连接到机壳接地点，以测量第一导电探头101的对地阻值或第二导电探头102的对地阻值。应该理解，在针对第一导电探头101测量对地阻值时，第二导电探头102不与转轴接触，在针对第二导电探头102测量对地阻值时，第一导电探头101不与转轴接触。
作为示例，针对每种场景可测量多次取平均值，例如，可测量5次，每次测量间隔大于30s，然后取测量结果平均值。
控制器300从直流电阻测试设备400接收测量结果，并输出安装有接地碳刷11情况下的第一导电探头101的对地阻值与第二导电探头102的对地阻值之间的电阻比较结果，以及未安装有接地碳刷11情况下的第一导电探头101的对地阻值与第二导电探头102的对地阻值之间的电阻比较结果。
所述电阻比较结果用于指示第一导电探头101和第二导电探头102所滑动接触的转轴位置处的导电性能是否相同。例如，对地阻值差距在一定范围内时，可认为导电性能基本相同。
一方面，第一导电探头101和第二导电探头102的对地阻值不相同时，可提示转轴3的导电性能存在问题；另一方面，当第一导电探头101和第二导电探头102的对地阻值相同(安装有接地碳刷11情况和未安装有接地碳刷11情况下均相同)时，可仅使用连接方便的第二导电探头102进行轴电压采集即可，具体地，仅使用电压采集设备200连接到第二导电探头102，以采集发电机安装有接地碳刷11情况下的轴电压值，并采集发电机未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值，而无需使用第一导电探头101。相应地，仅需计算基于第二导电探头102未安装有接地碳刷11情况下的轴电压值与安装有接地碳刷11情况下的轴电压值之间的比较结果。
此外，风力发电机组的轴电压与共模电压、网侧开关频率、整机接地状态等因素强相关，因此，根据本公开还可以进行轴电压相关数据收集、积累，以用于后续准确、全面地分析评估轴电压对机组主轴承的影响。
虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
Claims (10)
1.一种发电机轴电流抑制装置，其特征在于，包括接地碳刷和用于固定地接碳刷的支架；
其中，所述接地碳刷与所述发电机的转轴的内壁滑动接触，所述接地碳刷与所述发电机的外壳上的接地点电连接，
其中，所述支架被固定在所述发电机的外壳上。
2.根据权利要求1所述的发电机轴电流抑制装置，其特征在于，所述发电机为风力发电机组的发电机。
3.一种发电机轴电流抑制效果的评估装置，其特征在于，所述评估装置包括：测点导电探头、电压采集设备和控制器；
所述测点导电探头与所述发电机的转轴滑动接触，且电连接到所述发电机的机壳接地点，所述电压采集设备分别连接到所述测点导电探头和所述机壳接地点；
所述电压采集设备采集所述发电机安装有接地碳刷情况下的轴电压值，并采集所述发电机未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值；
所述控制器从所述电压采集设备接收电压采集结果，并输出未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值与安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值之间的比较结果，其中，所述比较结果用于指示所述接地碳刷对所述发电机轴电流的抑制效果；
其中，所述接地碳刷与所述发电机的转轴的内壁滑动接触。
4.根据权利要求3所述的评估装置，其特征在于，所述测点导电探头包括：第一导电探头和第二导电探头；
所述第一导电探头与所述发电机的转轴靠近轴承处的内壁滑动接触；
所述第二导电探头与所述发电机的转轴的刹车盘滑动接触。
5.根据权利要求4所述的评估装置，其特征在于，所述评估装置还包括：直流电阻测试设备；
所述直流电阻测试设备测量所述发电机安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值和所述第二导电探头的对地阻值，并测量所述发电机未安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值和所述第二导电探头的对地阻值；
所述控制器从所述直流电阻测试设备接收测量结果，并输出安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值与所述第二导电探头的对地阻值之间的电阻比较结果，以及未安装有所述接地碳刷情况下的所述第一导电探头的对地阻值与所述第二导电探头的对地阻值之间的电阻比较结果，
其中，所述电阻比较结果用于指示所述第一导电探头和所述第二导电探头所滑动接触的转轴位置处的导电性能是否相同。
6.根据权利要求4所述的评估装置，其特征在于，所述评估装置还包括：测点导电探头支架，其中，所述第一导电探头通过所述测点导电探头支架固定在所述发电机的机壳上。
7.根据权利要求4所述的评估装置，其特征在于，所述评估装置还包括：磁力座，其中，所述第二导电探头通过所述磁力座固定在所述发电机的刹车制动器表面。
8.根据权利要求3所述的评估装置，其特征在于，所述电压采集设备通过同轴线连接到所述测点导电探头和所述机壳接地点；
其中，所述电压采集设备通过所述同轴线的屏蔽层线连接到所述机壳接地点，并通过所述同轴线的芯线连接到所述测点导电探头。
9.根据权利要求3所述的评估装置，其特征在于，所述测点导电探头为测点碳刷。
10.根据权利要求3所述的评估装置，其特征在于，所述发电机为风力发电机组的发电机；
其中，在所述发电机的转速为额定转速，且所述风力发电机组处于并网运行状态的情况下，所述电压采集设备采集所述发电机安装有接地碳刷情况下的轴电压值，并采集所述发电机未安装有所述接地碳刷情况下的轴电压值。
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