CN219349042U - 一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置，包括：直流电源模块、检测模块、局部放电信号调理模块和数据采集模块；所述直流电源模块的一端与交流电源连接，另一端与待检测的发电机连接，用于向待检测的发电机提供工频交流电压；所述检测模块与所述待检测的发电机连接；所述局部放电信号调理模块设置在所述检测模块和数据采集模块之间，用对所述局部放电信号进行处理，得到处理后的局部放电信号；所述数据采集模块与所述局部放电信号调理模块连接，用于采集处理后的局部放电信号等。本实用新型提供的技术方案，可以精确的对直驱式永磁风力发电机局部放电情况进行检测，进而为直驱式永磁风力发电机绝缘状态评估提供依据。

Description

一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置

技术领域

本实用涉及放电检测技术领域，具体涉及一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置。

背景技术

风能是资源潜力巨大、适合大规模开发的可再生能源。直驱式永磁风力发电机直接与风轮法兰连接，省去了风力发电机组传动链系统中故障率最高的齿轮箱，大大提高了机组的可靠性。然而直驱式永磁风力发电机具有低防护等级、结构尺寸大等特点，其绝缘系统更易受环境湿度的影响。

局部放电定义为导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电。局部放电一般是由于绝缘体内部或绝缘表面局部电场特别集中而引起的，一般这种放电表现为持续时间小于1μs的脉冲，且常伴随着声、光、热和化学反应等现象。绝缘系统的局部放电会引起绝缘材料表面和内部产生缺陷，使得绝缘材料被腐蚀而损坏。随着老化的进一步加深，腐蚀的范围扩大，程度加深，局部放电将更容易发生，在较低电压下就会发生局部放电现象。因此，局部放电可以用来表征直驱式永磁风力发电机绕组绝缘系统的老化情况。

但是受限于风电现场检测环境(永磁体强磁场、永磁体微动)和检测设备电源容量、体积上的不足，直驱式永磁风力发电机绝缘现场测试通常只进行直流绝缘电阻的测量，无法满足直驱式永磁风力发电机绝缘状态评估的需求。

发明内容

本实用新型提供一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置，以至少解决现有技术只进行直流绝缘电阻的测量，无法满足直驱式永磁风力发电机绝缘状态评估的需求的技术问题。

本实用新型提出一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置，所述装置包括：直流电源模块、检测模块、局部放电信号调理模块和数据采集模块；

所述直流电源模块的一端与交流电源连接，另一端与待检测的发电机连接，用于向待检测的发电机提供工频交流电压；

所述检测模块与所述待检测的发电机连接，用于对待检测的发电机进行局部放电测量，得到所述待检测的发电机的局部放电信号；

所述局部放电信号调理模块设置在所述检测模块和数据采集模块之间，用对所述局部放电信号进行处理，得到处理后的局部放电信号；

所述数据采集模块与所述局部放电信号调理模块连接，用于采集处理后的局部放电信号，并输出局部放电检测结果。

优选的，所述直流电源模块包括：电源滤波器、整流桥、逆变电路和升压变压器；

所述电源滤波器、所述整流桥、所述逆变电路和所述升压变压器依次连接。

进一步的，所述电源滤波器由第一滤波电容、第二滤波电容和共模电感组成。

进一步的，所述整流桥为由四个二极管组成的桥式整流电路。

进一步的，所述逆变电路由4个功率MOS场效应晶体管组成。

进一步的，所述升压变压器的原副边变比为1:20，功率为6.5kVA。

优选的，所述局部放电信号调理模块包括：前置放大电路、带通滤波器和程控放大电路；

所述前置放大电路、带通滤波器和程控放大电路依次连接。

进一步的，所述带通滤波器为频率范围10-900kHZ的带通滤波器。

进一步的，所述程控放大电路为反相放大电路。

本实用新型的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本实用新型提供的一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置，包括：协调控制器、升温支路、降温支路、三通阀、冷却塔和储能集装箱；所述协调控制器分别与所述升温支路、所述降温支路和所述储能集装箱无线连接；所述升温支路及所述降温支路分别设置在所述储能集装箱的两端；所述三通阀的一端与升温支路、降温支路连接，另一端与所述冷却塔连接。本实用新型提供的技术方案，可以精确的对直驱式永磁风力发电机局部放电情况进行检测，进而为直驱式永磁风力发电机绝缘状态评估提供依据。

本实用新型附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例提供的一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置的结构图；

图2是根据本实用新型一个实施例提供的直流电源模块工作原理示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例提供的局部放电信号调理模块的框图；

附图标记：

直流电源模块1、检测模块2、局部放电信号调理模块3、数据采集模块4、交流电源5、发电机6、电源滤波器1-1、整流桥1-2、逆变电路1-3、升压变压器1-4、保护电路1-5、第一滤波电容1-1-1、第二滤波电容1-1-2、共模电感1-1-3、前置放大电路3-1、带通滤波器3-2、程控放大电路3-3。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提出的一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置，包括：协调控制器、升温支路、降温支路、三通阀、冷却塔和储能集装箱；所述协调控制器分别与所述升温支路、所述降温支路和所述储能集装箱无线连接；所述升温支路及所述降温支路分别设置在所述储能集装箱的两端；所述三通阀的一端与升温支路、降温支路连接，另一端与所述冷却塔连接。本实用新型提供的技术方案，可以精确的对直驱式永磁风力发电机局部放电情况进行检测，进而为直驱式永磁风力发电机绝缘状态评估提供依据。

下面参考附图描述本实用新型实施例的一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置。

实施例1

图1为本公开实施例提供的一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置的结构图，如图1所示，所述装置包括：直流电源模块1、检测模块2、局部放电信号调理模块3和数据采集模块4；

所述直流电源模块1的一端与交流电源5连接，另一端与待检测的发电机6连接，用于向待检测的发电机6提供工频交流电压；

需要说明的是，所述交流电源5可以为机舱控制柜内的交流220V输入电源；所述待检测的发电机6可以为直驱式永磁风力发电机；

所述检测模块2与所述待检测的发电机6连接，用于对待检测的发电机6进行局部放电测量，得到所述待检测的发电机的局部放电信号；

所述局部放电信号调理模块3设置在所述检测模块3和数据采集模块4之间，用对所述局部放电信号进行处理，得到处理后的局部放电信号；

所述数据采集模块4与所述局部放电信号调理模块3连接，用于采集处理后的局部放电信号，并输出局部放电检测结果。

在本公开实施例中，如图2所示，所述直流电源模块1包括：电源滤波器1-1、整流桥1-2、逆变电路1-3和升压变压器1-4；

所述电源滤波器1-1、所述整流桥1-2、所述逆变电路1-3和所述升压变压器1-4依次连接；

其中，如图2所示，所述电源滤波器1-1由第一滤波电容1-1-1即图2中的C1、第二滤波电容1-1-2即图2中的C2和共模电感1-1-3即图2中的T1组成。

进一步的，如图2所示，所述整流桥1-2为由四个二极管组成的桥式整流电路，即图2中的D1。

进一步的，如图2所示，所述逆变电路1-3由4个功率MOS场效应晶体管组成，即图2中的Q1、Q2、Q3、Q4。

进一步的，所述升压变压器1-4的原副边变比为1:20，功率为6.5kVA。

需要说明的是，图2中1-5为保护电路，OUT的作用为输出工频交流电压。

示例的，如图2所示的直流电源模块1的工作原理可以为：

1)机舱内220V交流电源经由C1、C2和TI组成的电源滤波器1-1滤除电网杂波。其中C1、C2为滤波电容，T1为共模电感。

2)滤除杂波后的交流电压经D1整流桥1-2变为300V左右的直流脉冲电压。整流桥1-2就是由四个二极管组成的桥式整流电路，输出的也是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。与半波整流输出电压有效值计算相类似，可以得到桥式整流输出电压有效值Vorsm＝0.9Ursm。通过上述分析，可以得到桥式整流电路的基本特点如下：

(1)桥式整流输出的是一个直流脉动电压；

(2)桥式整流电路的交流利用率为100％；

(3)电容输出桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电压；

(4)桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半；

(5)桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。

根据桥式电路的基本特点，当输入交流电压峰值为220V时，选择的整流桥的最大反向电压需为440V，考虑到实际使用环境中，电压可能存在波动的情况以及需要留有足够的安全余量。D1整流桥选择KBPC210型整流桥，该整流桥最大反向电压可达1000V,最大电流25A。

3)直流脉冲电压经由4个功率MOS场效应晶体管组成的逆变电路1-3逆变为高频交流脉冲方波电压。功率MOS场效应晶体管，是以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。功率MOS场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型，但通常主要指绝缘栅型中的MOS型，简称功率MOSFET。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高。本公开直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置的输出最大功率为1.2kw，交流220V经整流滤波后得到的直流电压为300V。由此，根据P＝UI可以计算出逆变器工作时流过的最大平均电流为5A，考虑需留有足够的安全余量，选择型号为SIHA25N50的功率MOS管。

4)输出的高频交流脉冲方波电压经升压变压器T2即1-4升至检测所需的工频交流电压。升压变压器T2原副边变比为1:20，功率6.5kVA，在10％uH(额定电压5kV)下局放量≤5PC，重量小于10kg。

在本公开实施例中，所述检测模块2用于基于检测所需的工频交流电压，逐步升高施加于待检测的发电机绕组上的检测电压直至待检测的发电机绕组发生局部放电，此时的电压为待检测的发电机绕组局部放电起始电压，记录此时的电压值、放电量、放电相位等信息；当施加电压达到待检测的发电机绕组局部放电测试的所需最大电压后，逐步降低待检测的发电机绕组上的检测电压直至无法检测到发电机绕组局部放电信号，此时的电压为待检测的发电机绕组局部放电熄灭电压。

在本公开实施例中，如图3所示，所述局部放电信号调理模块3包括：前置放大电路3-1、带通滤波器3-2和程控放大电路3-3；

所述前置放大电路3-1、带通滤波器3-2和程控放大电路3-3依次连接。

其中，所述带通滤波器3-2为频率范围10-900kHZ的带通滤波器；

所述程控放大电路3-3为反相放大电路。

示例的，所述局部放电信号调理模块3对所述检测模块2检测到的局部放电信号进行处理包括：

首先，所述局部放电信号经前置放大电路3-1进行预防大，放大倍数为10。预放大之后加一级电压正向跟随器，提高向后级电路的输出负载能力。

然后，局部放电信号经预放大后，通过带通滤波器3-2进行滤波。由于设计检测阻抗主要采集局部放电信号的低频部分，IEC 60270高电压试验技术-部分放电测量(High-voltage test techniques-Partial discharge measurements)标准规定为30kHZ≤f1≤100kHZ，f2≤1M kHZ，100kHZ≤Δf≤900kHZ。现为了采集更多的局部放电信号，使系统的通用性更好一些，并考虑数据采集模块的最大采样速率，设计的低通滤波器截止频率为900kHZ，高通滤波器为10kHZ，2种滤波器均为有源滤波器，组合形成一个频率范围为10～900kHZ的带通滤波器。

最后，滤波后的局部放电信号经程控放大电路3-3及输出保护输出至数据采集模块4。由于不同类型的局部放电信号，以及同一种局部放电信号的不同时期发展状态，其信号的幅值会具有较大的动态范围，所以需要实现程控放大功能。本公开程控放大电路为反相放大电路，通过切换多路模拟开关ADG658的通道来连接不同的反馈电阻，从而改变放大反馈回路内的反馈电阻，以达到程控放大的功能，可实现0.1倍、1倍和10倍的放大。由于输入放大电路已经对局部放电信号经过了10倍的放大，因此局部放电信号调理模块3最终可以实现对信号1倍、10倍和100倍的程控放大。ADG658芯片的控制信号来自数据采集模块4的I/O输出端口。

综上，本实施例提出的一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置，可以检测到包括发电机绕组局部放电起始电压，局部放电熄灭电压和对应的电压值、放电量、放电相位等信息的局部放电信号，基于放电信号可以精确的对直驱式永磁风力发电机局部放电情况进行检测，进而为直驱式永磁风力发电机绝缘状态评估提供依据。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种直驱式永磁风力发电机局部放电检测装置，其特征在于，所述装置包括：直流电源模块、检测模块、局部放电信号调理模块和数据采集模块；

所述直流电源模块的一端与交流电源连接，另一端与待检测的发电机连接，用于向待检测的发电机提供工频交流电压；

所述检测模块与所述待检测的发电机连接，用于对待检测的发电机进行局部放电测量，得到所述待检测的发电机的局部放电信号；

所述局部放电信号调理模块设置在所述检测模块和数据采集模块之间，用对所述局部放电信号进行处理，得到处理后的局部放电信号；

所述数据采集模块与所述局部放电信号调理模块连接，用于采集处理后的局部放电信号，并输出局部放电检测结果。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电源模块包括：电源滤波器、整流桥、逆变电路和升压变压器；

所述电源滤波器、所述整流桥、所述逆变电路和所述升压变压器依次连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源滤波器由第一滤波电容、第二滤波电容和共模电感组成。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述整流桥为由四个二极管组成的桥式整流电路。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述逆变电路由4个功率MOS场效应晶体管组成。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述升压变压器的原副边变比为1:20，功率为6.5kVA。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述局部放电信号调理模块包括：前置放大电路、带通滤波器和程控放大电路；

所述前置放大电路、带通滤波器和程控放大电路依次连接。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述带通滤波器为频率范围10-900kHZ的带通滤波器。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述程控放大电路为反相放大电路。

Images