CN219758443U - 一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，包括：监测箱、气体采集单元、转换单元与数据分析单元；气体采集单元、转换单元与数据分析单元均设置在监测箱的内部；气体采集单元设有气体池，气体池设有进气端与出气端；转换单元设有光源与光纤光谱仪；进气端通过进气管道连通发电机的冷却气体回路；光源的照射端位于气体池的腔体内部；光纤光谱仪的接收端位于气体池的腔体内部；光纤光谱仪的输出端与数据分析单元电连接。本申请根据绝缘受热气体吸收光辐射的原理实现发电机绝缘故障的监测，由于监测箱设置在发电机外部，进气管道直接连接发电机的冷却气体回路的开孔上，可以降低发电机运行时的振动对发电机绝缘故障监测的影响。

Description

一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置

技术领域

本申请涉及发电机的检测技术领域，尤其涉及一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置。

背景技术

发电机作为电能生产的主要设备，对整个电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。开展发电机在线监测，及时有效地诊断出发电机的故障，逐渐发展成为保证发电设备安全可靠运行的重要手段，绝缘的老化是一个电路行业公认的必然现象，尤其在大型主干电源部位，机组的绝缘状况往往决定了整个发电企业乃至电网的生产稳定。由于发电机绝缘在高温或电弧作用下分解时会产生大量的化合物气体，能看到挥发物形成烟雾，过热事故持续时间与过热事故的类型、范围和绝缘材料的性质有关。

现存的发电机绝缘故障监测方法多采用在定子或转子内部埋设测温电阻方式进行发电机内部测温从而判断是否发生绝缘故障，例如公开号CN205027460U公开了一种立式水轮发电机组定子线棒运行温度感应反馈装置，此装置由人字形鱼骨式铂热电阻丝，长方形可扭曲卷动式透明保护板，圆筒型软式绝缘耐压板、圆筒型防冲击抗压保护层，长条形硬质绝缘通风适形外壳，自锁式绝缘涨塞，软性绝缘阻燃屏蔽电缆等部件组成，整体装配后放入立式水轮发电机组定子铁心内的上层、下层线棒之间，软性绝缘阻燃屏蔽电缆引至电站监测中心。上述装置的测温电阻通过电缆方式与外部连接，由于长时间受发电机运行时振动的影响，测温电阻又设置在发电机的内部，所受振动频率较大，极易使测温电阻接线松动导致测温故障，影响发电机绝缘故障监测的结果。

如何借助发电机绝缘受热产生的气体对发电机的绝缘故障进行监测从而避免因发电机运行时振动对监测结果产生的影响成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，适用于通过发电机绝缘受热产生的气体实现对发电机的绝缘故障监测从而避免发电机运行时振动对监测的影响，并提高为发电机绝缘故障监测时的稳定性与可靠性。

根据本申请的一方面，提供了一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，包括：监测箱、气体采集单元、转换单元与数据分析单元；

气体采集单元、转换单元与数据分析单元均设置在监测箱的内部；

气体采集单元设有气体池，气体池设有进气端与出气端；

转换单元设有光源与光纤光谱仪；

进气端通过进气管道连通发电机的冷却气体回路；光源的输出端位于气体池的腔体内部；光纤光谱仪的接收端位于气体池的腔体内部；

光纤光谱仪的输出端与数据分析单元电连接。

在一种可能的实现方式中，气体采集单元设有控制阀；

控制阀设置在进气管道上。

在一种可能的实现方式中，气体采集单元设有流量计；

流量计设置在进气管道上。

在一种可能的实现方式中，进气端与出气端分别设置在气体池的相对两端。

在一种可能的实现方式中，光源与气体池之间通过光纤连接；

光纤光谱仪与气体池之间也通过光纤连接。

在一种可能的实现方式中，光源为氙灯光源。

在一种可能的实现方式中，监测箱设有供电模块；

供电模块与光源电连接；

供电模块与光源相邻设置。

在一种可能的实现方式中，监测箱设有固定部；

气体池通过固定部设置在监测箱的一侧。

在一种可能的实现方式中，监测箱设有支撑部；

光源与光纤光谱仪设置在支撑部一侧。

在一种可能的实现方式中，监测箱开设有通孔；

通孔设置在监测箱的一侧面；

通孔与进气管道相匹配。

本申请根据绝缘受热气体吸收光辐射的原理实现发电机绝缘故障的监测，由于监测箱设置在发电机外部，发电机的冷却气体回路直接进行开孔，进气管道直接连接发电机的冷却气体回路的开孔上，可以降低发电机运行时的振动对发电机绝缘故障监测的影响。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本申请的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本申请的原理。

图1示出本申请实施例的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置的原理图；

图2示出本申请实施例的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置的主体结构图；

图3示出本申请实施例的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置的工作装配图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

图1示出本申请实施例的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置的原理图；图2示出本申请实施例的监测装置的主体结构图。如图1与图2所示，该一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，包括：监测箱100、气体采集单元、转换单元与数据分析单元；气体采集单元、转换单元与数据分析单元均设置在监测箱100的内部；气体采集单元设有气体池200，气体池200设有进气端210与出气端220；转换单元设有光源400与光纤光谱仪300；进气端210通过进气管道240连通发电机的冷却气体回路；光源400的照射端位于气体池200的腔体内部；光纤光谱仪300的接收端位述气体池200的腔体内部；光纤光谱仪300的输出端与数据分析单元电连接。

此处，需要说明的是，监测箱100适用于为一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置提供工作条件与整体保护。气体池200的进气端210连通进气管道240的一端，进气管道240的另一端连接在发电机的冷却气体回路上，从而获取发电机释放的气体。由于监测箱100设置在发电机外部，所承受的发电机振动频率较小，发电机的冷却气体回路直接进行开孔，进气管道240直接以螺纹连接的形式连接发电机的冷却气体回路的开孔上，可以保证本申请工作过程中进气管道240不脱离冷却气体回路，以实现气体的任意流通，从而降低发电机运行时的振动对发电机绝缘故障监测的影响。同时，若测温电阻接线松动需要拆解发电机进入其内部进行维修，所需劳动量较大，而一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置定期检修的过程中，不需要拆解发电机，可直接通过打开上盖150对其内部进行检修。

此处，需要说明的是，气体池200的进气端210连通进气管道240的一端，进气管道240的另一端连接在发电机的冷却气体回路上，从而获取发电机释放的气体。当控制阀开启后气体进入一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置的气体池200，通过流量计241的控制缓慢流过气体池200，气体池200适用于完成气体采集。光源400通过光纤的全反射传输到气体池200，气体池200内的气体吸收光辐射后产生的光信号再通过光纤传输到作为接收端的光纤光谱仪300，光纤光谱仪300将光信号转化为电信号，形成原始光谱，数据分析单元适用于根据原始谱图的特征输出波长-吸光度曲线，工作人员可根据曲线特征判断发电机是否发生绝缘过热故障，以及过热部位和过热程度。

本申请通过对发电机绝缘材料受热分解产生的气体进行吸光处理与分析实现发电机绝缘故障的监测的同时，避免了发动机自身震动与周围环境(发电机机内外干扰信号等)对监测的影响。

在一种可能的实现方式中，气体采集单元设有控制阀241；控制阀241设置在进气管道240上，控制阀241适用于控制采集气体的启停与流速等。进一步的，控制阀241采用电磁阀。

在一种可能的实现方式中，气体采集单元设有流量计；流量计设置在进气管道240上。此处，需要说明的是，流量计适用于采集与检测气体的流通速度、流量。

此处，需要说明的是，控制阀241与流量计相邻设置，控制阀的出气端连通流量计的进气端，流量计的出气端连通进气端210。

在一种可能的实现方式中，进气端210与出气端220分别设置在气体池200的相对两端。如图2所示，气体池200的相对两端均设有开口，进气管道240与出气管道均连接在气体池200的相对两端开口上。进气管道240的另一端连接发电机的氢气管道，出气管道的另一端直接连通外部，出气管道上设有气体过滤器，适用于对排出的气体进行过滤。

在一种可能的实现方式中，光源400与气体池200之间通过光纤连接；光纤光谱仪300与气体池200之间也通过光纤连接。光纤作为光信号的传输工具，可以将光源400发出的光信号传输到气体池200，也可以将气体池200内的光信号传输到光纤光谱仪300。

在一种可能的实现方式中，气体池200设有光纤接口230；光纤接口230与进气端210相邻设置。此处，需要说明的是，气体池200设有开口，开口适用于插入光纤接口230的一端，光纤接口230的另一端连接光纤束。

进一步的，光纤束的内部材质为高羟基石英材料，外部的保护管为金属波纹管。

进一步的，光源400为氙灯光源。由于氙灯是一种气体放电灯，其效率较高，同时具有长寿命和低维护成本的优势，可为一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置提高工作可靠性。

在一种可能的实现方式中，监测箱100设有供电模块700；供电模块700与光源400、光纤光谱仪300电连接；供电模块700与光源400、光纤光谱仪300相邻设置。供电模块700适用于为光源400、光纤光谱仪300与数据分析单元提供电源，从而使氙灯光源400、光纤光谱仪300与数据分析单元正常工作。

在一种可能的实现方式中，供电模块700的输出端电连接有开关电源与电源适配器。供电模块700适用于提供交流220V电源，供电模块700通过电源适配器为数据分析单元提供DC12V电源；供电模块700通过直流开关电源为光源400提供DC12V电源。

在一种可能的实现方式中，监测箱100整体呈矩形结构。如图2所示，气体池200、供电模块700、数据分析单元、光源400与光纤光谱仪300均固定设置在监测箱100的同一侧面。

在一种可能的实现方式中，监测箱100设有固定部；固定部适用于气体池200的固定与安装，如图2所示，监测箱100整体为矩形结构，气体池200紧贴监测箱100内部的一侧设置。气体池200通过固定部设置在监测箱100的一侧。进一步的，固定部为螺栓孔，固定部设有四个。气体池200的底部设有第二固定部，第二固定部设有四个，四个第二固定部与四个固定部相匹配，四个第二固定部与四个固定部通过螺栓固定连接。

在一种可能的实现方式中，监测箱100设有支撑部120；光源400与光纤光谱仪300相邻设置在支撑部120一侧。此处，需要说明的是，支撑部120适用于固定与支撑光源400与光纤光谱仪300。进一步的，支撑部120为台状结构。

在一种可能的实现方式中，监测箱100开设有通孔110；通孔110与进气管道240相匹配。通孔110适用于进气管道240与出气管道的探入与穿出。

在一种可能的实现方式中，监测箱100设有上盖150，上盖150与监测箱100可拆卸连接便于监测箱100内部的检修。上盖150设有把手，把手便于上盖的拆装。

在一种可能的实现方式，数据分析单元设有PC端500，数据分析单元适用于通过紫外差分吸收光谱分析(DOAS)技术方法以及依靠郎伯-比尔定律，将光纤光谱仪300的原始谱图制成波长-吸光度曲线，以此显示该气体对光的吸收特性以及该气体的浓度等。进一步的，先对光纤光谱仪300的原始谱图进行扣除暗底，消除背景值等预处理，经过预处理后的原始光谱再经过通用的郎伯-比尔定律，便可转化为吸光度光谱曲线。预处理与图谱转化均属于现有技术，此处不在赘述。

在一种可能的实现方式中，还包括显示器600；显示器600设置在监测箱100的一侧，显示器600与气体池200相邻设置。显示器600与数据分析单元电连接的同时进行数据传输。此处，需要说明的是，显示器600适用于显示曲线图谱与数据等，便于工作人员的监测与观察。

在一种可能的实现方式中，还包括机箱电源接口130与机箱电源开关140，机箱电源接口130与机箱电源开关140相邻设置在监测箱100的外壁上。此处，需要说明的是，电源开关140适用于控制机箱内部用电器通电、断电；电源接口130适用于接入外部220V电源，为机箱内部用电设备供电。

本申请根据发电机绝缘故障产生的绝缘过热气体来监测发电机的绝缘故障，通过将光强的变化转化为电信号的变化来实现信息的采集，进而对发电机运行状态做出综合诊断，对绝缘过热程度进行深度分析，判断过热温度及过热部位等。由于发电机绝缘在高温或电弧作用下分解时会产生大量的碳氢化合物气体，能看到挥发物形成烟雾，过热事故持续时间与过热事故的类型(匝间短路、铁心短路、局部放电等)、过热区域的范围和绝缘材料的性质有关。当绝缘过热气体进入气体池200，气体池200内的气体吸收光辐射产生的光谱波形较正常气体具有特殊性，以此为原理对发电机的故障部位进行判断。

由于定子、转子、端部的各种不同部位除主绝缘材料之外，会采用不同的复合型材料做绝缘，所以发电机不同部位的绝缘故障分解产生大量的分解物也是不同的，光在不同介质下被吸收的程度不同。

进一步的，例如，定子部位的绝缘有：少胶云母带主绝缘、电磁线、防晕材料等；转子部位的绝缘有：转子槽绝缘、匝间绝缘、护环、轴承绝缘等；电子线圈排间绝缘；转子绕组端部的防晕材料。电机中常用的绝缘材料，按其耐热能力分为：A、E、B、F、H和C六个等级，A级绝缘包括经过浸渍处理的棉纱、丝、纸等有机纤维材料等，A级绝缘的最高容许工作温度为105℃；E级绝缘包括用聚树脂、环氧树脂三峻纤维等制成的薄膜，乙烯享缩西高强度漆包线上的磁漆等，E级绝缘的最高容许工作温度为120℃。B级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用有机漆或树脂(作了耐热性处理)作为粘合剂制成的材料及其组合物，聚高强度漆包线上的磁漆等，B级绝缘材料的最高容许工作温度为130℃。F级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用硅有机化合物改性的合成树脂漆，或耐热性能符合这一等级要求的醇酸、环氧树脂作为粘合物而制成的材料或其组合物，F级绝缘的最高容许工作温度为155°C。H级绝缘包括硅有机物以及云母、石棉、玻璃丝等无机物用硅有机漆作为粘合物制成的材料，H级绝缘最高容许工作温度为180℃。C级绝缘包括无枯合剂的云母、石英、玻璃丝等，用热稳定性特别好的肿有机树，聚酷亚胺浸渍漆等处理过的石棉、玻璃纤维织物或其他制成物，以及聚酷亚胺的磁漆、聚酷亚胺薄膜等，C级绝缘最高容许工作温度在180℃以上。可根据不同绝缘材料的最高容许温度来判断发电机发生绝缘故障后的温度范围。

综上，对本申请的结果分析过程进行简单描述：分别选取发电机转子、定子、端部、线圈等部位的绝缘材料，对其分别进行空白对比试验，使各个部位的绝缘材料受热升温，实时记录温度情况，并将绝缘材料受热后产生的气体通过气体池100，经过对光信号的吸收后，光信号进入光纤光谱仪300，光纤光谱仪300形成的图谱通过上位机形成波长-吸光度曲线，从而获得不同绝缘材料受热分解后吸光度的参考数据。当发电机实际发生绝缘故障时，对其气体进行处理后分析，获得实际波长-吸光度曲线，根据波形曲线的特殊性与不同材料在不同温度下受热分解后吸光的特性等进行相似度、匹配度比较，判断发生绝缘分解的具体材料，从而初步判断发电机发生绝缘故障的部位与分解的气体温度。由于温度越高，绝缘分解的过热物质越多，对光的吸收越多，吸光度的峰值越高。可根据吸光度的峰值判断发电机发生绝缘故障的程度。

需要说明的是，尽管以图1作为示例介绍了一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置如上，但本领域技术人员能够理解，本申请应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置与外部设备的装配关系，只要达到所需即可，进一步的，本申请可以搭配其他相关设备进行连接使用，如图3所示，为本申请配合一个相关设备的工作装配图，以此进一步的说明本申请的工作过程。

该相关设备可参考公开号为CN211978160U所保护的一种基于放射原理的发电机绝缘过热监测装置。一种基于放射原理的发电机绝缘过热监测装置包括气体检测回路和监测电子电路；气体检测回路包括离子室和微电流放大器，监测电子电路包括微处理器和双积分变换器；离子室的进气管适用于连通发电机的冷却气体回路，以用于将流经发电机的冷却气体介质引流至离子室内。离子室内设置有将冷却气体介质轰击为正负离子对的放射源，且离子室设置有用于施加直流电场的放电极和用于收集正负离子对在直流电场下定向移动所形成的电流的收集极；微电流放大器的输入端与收集极电连接，用于采集电流，微电流放大器的输出端电连接至双积分变换器；双积分变换器的输出端与微处理器的时钟输入端电连接。同时，气体检测回路还包括取样器820，取样器820的进气管与离子室连通。通过取样器820实时采取离子室内排出的冷却气体介质，可通过取样器对气体流量进行监测。

如图3所示，本申请与一种基于放射原理的发电机绝缘过热监测装置相邻设置并连接。进一步的，本申请的监测箱100固定设置在一种基于放射原理的发电机绝缘过热监测装置的箱体800的上方。此处，需要说明的是，监测箱100的底部与箱体800的顶部通过支架830进行固定，从而实现两者的连接。支架830的一端与监测箱100的内壁焊接连接，支架830的另一端与箱体800通过螺栓连接。气体池200的进气管道240直接通过监测箱100底部的通孔110进入箱体800内部，进气管道240的出气端连接气体池200的进气端210，进气管道240的进气端直接连接取样器820的出气端，取样器820的进气端通过离子室直接连接冷却回路，即气体池200可以采取电离后的绝缘受热分解气体进行分析与处理。气体池200的出气管道同样通过监测箱100底部的通孔110进入箱体800内部，气体池200的出气管道的出气端直接连接箱体800的出气法兰810。

本申请与一种基于放射原理的发电机绝缘过热监测装置的连接设置可以共同对发电机绝缘受热分解气体进行监测并分析，当一种基于放射原理的发电机绝缘过热监测装置报警后，气体从取样器820进入气体池200，本申请再对该气体进行第二次分析处理，两个装置相互验证与配合，不仅可以提高对发电机的绝缘故障监测的准确性，还可以判定发电机的绝缘故障的故障程度等。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，包括：监测箱、气体采集单元、转换单元与数据分析单元；

所述气体采集单元、所述转换单元与所述数据分析单元均设置在所述监测箱的内部；

所述气体采集单元设有气体池，所述气体池设有进气端与出气端；

所述转换单元设有光源与光纤光谱仪；

所述进气端通过进气管道连通发电机的冷却气体回路；所述光源的输出端位于所述气体池的腔体内部；所述光纤光谱仪的接收端位于所述气体池的腔体内部；

所述光纤光谱仪的输出端与所述数据分析单元电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述气体采集单元设有控制阀；

所述控制阀设置在所述进气管道上。

3.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述气体采集单元设有流量计；

所述流量计设置在所述进气管道上。

4.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述进气端与所述出气端分别设置在所述气体池的相对两端。

5.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述光源与所述气体池之间通过光纤连接；

所述光纤光谱仪与所述气体池之间也通过光纤连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述光源为氙灯光源。

7.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述监测箱设有供电模块；

所述供电模块与所述光源电连接；

所述供电模块与所述光源相邻设置。

8.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述监测箱设有固定部；

所述气体池通过所述固定部设置在所述监测箱的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述监测箱设有支撑部；

所述光源与所述光纤光谱仪设置在所述支撑部一侧。

10.根据权利要求1所述的一种基于发电机绝缘过热气体效应监测装置，其特征在于，所述监测箱开设有通孔；

所述通孔设置在所述监测箱的一侧面；

所述通孔与所述进气管道相匹配。