本發(fā)明涉及風電技術領域，特別是涉及永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置及檢測方法。

背景技術：

永磁風力發(fā)電機作為大型風力發(fā)電機的主流機型，在市場占有率非常高。由于風電機組所工作的氣候環(huán)境具有晝夜溫差大、風沙大、部分地區(qū)濕度大、存在凝露現(xiàn)象等特點，這些環(huán)境因素都對風力發(fā)電機的絕緣系統(tǒng)產(chǎn)生影響，而且風力發(fā)電機發(fā)生損毀的維修及吊裝費用十分昂貴。

由于風力發(fā)電機組運行環(huán)境的特殊性，現(xiàn)場在線測試十分困難。對于日常維護監(jiān)測，基本采用人工停機檢測的方法。利用兆歐表對發(fā)電機組的絕緣電阻進行測量，不僅效率低下，而且還需要停機檢測，大大增加了運維的成本。

目前，國內(nèi)外對于發(fā)電機組的絕緣狀態(tài)通常是通過：局部放電、介質(zhì)損耗因數(shù)、泄露電流、絕緣電阻和設備電容值的特征值進行表征的。

其中湖南工程學院公開了授權公告號：cn204716470u的專利《一種帶有絕緣在線監(jiān)測功能的兆瓦級風力發(fā)電機》，該專利主要是通過在發(fā)電機的不同部位加裝臭氧傳感器，檢測臭氧含量確定局部放電的強度和位置，間接反映發(fā)電機的絕緣狀態(tài)。

南京風電科技有限公司公開了授權公告號：cn202441544u的專利《一種帶有絕緣檢測功能的風力發(fā)電機》，該專利也是通過加裝臭氧傳感器。

以上兩個專利僅對繞組局部絕緣缺陷檢測有一定效果，然而局部放電測試只能間接反映絕緣狀態(tài)。

因此希望有一種永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置及檢測方法可以克服或至少減輕現(xiàn)有技術的上述缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置及檢測方法，利用風電機組低風速情況下，正常停機時間內(nèi)，自動進行絕緣電阻的測試，并通過檢測發(fā)電機定子絕緣電阻、極化指數(shù)、吸收比和趨勢曲線進行絕緣的診斷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置，所述發(fā)電機絕緣檢測裝置包括：plc、供電電源、通訊模塊、觸摸屏、i/o模塊、恒壓源、電壓表、電流表、放電電阻、熔斷器、過壓保護裝置、接觸器、變送器、中間繼電器、接線盒和溫度傳感器；其中，電流表包括第一電流表和第二電流表，變送器包括電壓變送器、電流變送器和溫度變送器，接觸器包括第一接觸器、第二接觸器和第三接觸器，plc通過通訊線分別與通訊模塊及觸摸屏進行連接，通訊模塊通過通訊線與永磁風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)進行連接，plc通過背板通訊線與i/o模塊相連，i/o模塊的多個輸出端分別與中間繼電器和接觸器進行連接，plc的模擬輸入端通過電壓變送器與電壓表二次側接，plc的模擬輸入端通過電流變送器與第一電流表和第二電流表二次側接，plc的模擬輸入端通過溫度變送器連接溫度傳感器；恒壓源、熔斷器、第一電流表和第二接觸器串聯(lián)后與電壓表的一次側相并聯(lián)，電壓表兩端與過壓保護裝置并聯(lián)，第三接觸器、第二電流表和放電電阻串聯(lián)后并聯(lián)至恒壓源的支路，恒壓源的支路一端通過第一接觸器與發(fā)電機定子接線端子相連接，另一端與接地接線端子相連接。

優(yōu)選地，所述供電電源從永磁風力發(fā)電機組的升壓變壓器低壓電網(wǎng)側取220v電源，為所述恒壓源提供220v交流電源，所述恒壓源為所述plc的控制系統(tǒng)、觸摸屏、通訊模塊、i/o模塊、電壓表、電流表、接觸器和中間繼電器提供24v直流電源。

優(yōu)選地，所述發(fā)電機絕緣檢測裝置還包括硬件安全鏈系統(tǒng)和軟件安全鏈系統(tǒng)；硬件安全鏈系統(tǒng)將接觸器km0的輔助常閉觸點與接觸器km1的驅動控制回路串聯(lián)形成閉鎖，軟件安全鏈系統(tǒng)用于周期性檢測所述控制系統(tǒng)的運行時間，當所述控制系統(tǒng)程序運行錯誤或超過檢測時限，所述控制系統(tǒng)進行重新啟動處理。

優(yōu)選地，所述恒壓源為連續(xù)可調(diào)的直流恒壓電源，所述恒壓源的輸出額定電壓范圍為1kv～12kv，額定電流范圍為50ma～1a。

優(yōu)選地，所述放電電阻用于消耗永磁風力發(fā)電機繞組中剩余的電荷，所述放電電阻的阻值范圍為：10kω-100kω，功率大于等于50瓦。

本發(fā)明提供一種永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：

(1)通過所述plc、通訊裝置和永磁風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)獲取永磁風力發(fā)電機的工作狀態(tài)，當永磁風力發(fā)電機組處于正常停機狀態(tài)或再次啟動狀態(tài)時間大于所述發(fā)電機絕緣檢測裝置的檢測時間并且所述plc內(nèi)部定時器到達檢測周期時，啟動所述發(fā)電機絕緣檢測裝置；

(2)所述發(fā)電機絕緣檢測裝置的啟動時間滿足要求時，閉合接觸器km1并保持接觸器km2和接觸器km3處于打開狀態(tài)，通過所述電壓表測量發(fā)電機定子電壓，當定子電壓小于600v時，閉合接觸器km3，利用所述放電電阻對發(fā)電機定子殘余電荷進行放電，放電時間大于等于20秒，當所述第一電流表測量通過所述放電電阻的電流值小于0.1a時，延遲5秒鐘斷開接觸器km3；

(3)放電過程結束后，根據(jù)工作情況選擇吸收比測量模式，接通接觸器km2在發(fā)電機定子上施加所述恒壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在15秒鐘和60秒鐘時的數(shù)據(jù)，分別計算出15秒鐘和60秒鐘時的絕緣電阻值，并計算定子繞組的吸收比，根據(jù)現(xiàn)場實際溫度和濕度進行歸一化處理，利用歸一化絕緣電阻值和吸收比判斷發(fā)電機組定子絕緣狀態(tài)；

(4)放電過程結束后，根據(jù)工作情況選擇極化指數(shù)測量模式，接通接觸器km2在發(fā)電機定子上施加所述恒壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在1分鐘和10分鐘時的數(shù)據(jù)，分別計算出1分鐘和10分鐘時的絕緣電阻值，并計算定子繞組的極化指數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實際溫度和濕度進行歸一化處理，利用歸一化絕緣電阻值和極化指數(shù)判斷發(fā)電機組定子絕緣狀態(tài)；

(5)通過連續(xù)的檢測計算，記錄發(fā)電機定子繞組的吸收比，繪制發(fā)電機定子絕緣吸收比曲線；通過連續(xù)的檢測計算，記錄發(fā)電機定子繞組的極化指數(shù)，繪制發(fā)電機定子絕緣極化指數(shù)曲線，并記錄在所述plc的存儲單元內(nèi)，所述指示plc單次測量完畢；

(6)單次測量完畢后，首先斷開接觸器km2，之后接通接觸器km3，進行發(fā)電機繞組殘余電量釋放，當所述電壓表測量電壓小于50v時，斷開接觸器km3和接觸器km1，系統(tǒng)進入下一次檢測自動計時程序，所述plc發(fā)送信號給永磁風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，發(fā)電機絕緣檢測完畢。

本發(fā)明提出了一種永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置及檢測方法，本發(fā)明的永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置設置在永磁風機發(fā)電機的定子出線端子和接地端子處，所述發(fā)電機絕緣檢測裝置在風電機組低風速且正常停機時間內(nèi)，自動進行絕緣電阻的測試，利用本發(fā)明的發(fā)電機絕緣檢測裝置測量的絕緣電阻不僅可以進行現(xiàn)場工作環(huán)境的歸一化處理，而且可以統(tǒng)計絕緣的極化指數(shù)和吸收比，并通過絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的趨勢曲線反映發(fā)電機的絕緣趨勢變化，用以確定發(fā)電機的絕緣狀態(tài)，制定檢修和維護計劃，顯著提高了風電機組的運維效率，降低了運維成本。

附圖說明

圖1是永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置的結構示意圖。

圖2是永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置的控制柜內(nèi)部原理圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

如圖1和2所示，永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置包括檢測控制柜、接線盒、溫度傳感器，其中檢測控制柜包括：plc、供電電源、通訊模塊、觸摸屏、i/o模塊、恒壓源、電壓表、電流表、放電電阻、熔斷器、過壓保護裝置、接觸器、變送器和中間繼電器。

控制系統(tǒng)中，plc通過通訊線與通訊模塊及觸摸屏相連，通訊模塊通過通訊線與風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相連接，plc通過背板通訊線與i/o模塊相連，i/o模塊的多個輸出端分別中間繼電器和接觸器相連接，plc模擬輸入端通過電壓變送器與電壓表二次側相連接，plc模擬輸入端通過電流變送器與電流表1和電流表2二次側相連接，plc模擬輸入端通過溫度變送器與溫度傳感器相連。

供電電源從風力發(fā)電機組的升壓變壓器低壓電網(wǎng)側取220v電源，為恒壓源提供220v交流電源，恒壓源為plc控制系統(tǒng)、觸摸屏、通訊模塊、i/o模塊、電壓表、電流表、接觸器和中間繼電器提供24v直流電源。

檢測裝置利用繼電器和接觸器以及plc內(nèi)部定時器系統(tǒng)實現(xiàn)了安全鏈系統(tǒng)，硬件安全鏈系統(tǒng)是將接觸器km0的輔助常閉觸點串聯(lián)到接觸器km1的驅動控制回路中形成閉鎖，軟件安全鏈系統(tǒng)是周期性檢測控制系統(tǒng)的運行時間，如果系統(tǒng)程序運行錯誤，或是超過檢測時限將，對系統(tǒng)進行重新啟動處理。

檢測裝置的恒壓源為連續(xù)可調(diào)的直流恒壓電源，輸出的額定電壓范圍為1kv～12kv、額定電流范圍為50ma～1a。主要為絕緣檢測系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓源。通常施加電壓為1kv，可以根據(jù)發(fā)電機絕緣檢測的要求進行電壓的調(diào)節(jié)。

放電電阻消耗發(fā)電機繞組中剩余電荷，放電電阻用于防止系統(tǒng)殘余電荷影響檢測系統(tǒng)的測量精度。發(fā)電電阻的選擇主要是考慮到發(fā)電機繞組的等效電容所存儲的電荷量，在檢測系統(tǒng)要求的時間內(nèi)進行消耗。

接線盒是將發(fā)電機定子繞組的出線和系統(tǒng)地線接入，再通過電纜管將相應的端子和檢測控制柜內(nèi)的端子進行連接，方便系統(tǒng)接線。

溫度傳感器是在發(fā)電機組內(nèi)部放入熱電偶，用以檢測發(fā)電機繞組和發(fā)電機內(nèi)部的溫度。由于發(fā)電機進行絕緣檢測時，環(huán)境溫度和發(fā)電機自身的狀態(tài)不一樣。測試的絕緣電阻也要進行折算。利用溫度折算關系式將發(fā)電機絕緣電阻進行歸一化處理。

如圖2所示，一種永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置，內(nèi)部原理是將恒壓源、熔斷器、電流表1和接觸器km2串聯(lián)后與電壓表的一次側相并聯(lián)，電壓表兩端與過壓保護裝置并聯(lián)，接觸器km3、電流表2和放電電阻三者串聯(lián)后并聯(lián)到恒壓源支路，恒壓源支路一端通過接觸器km1與發(fā)電機定子接線端子相連接，另一端與接地接線端子相連接。

一種永磁風力發(fā)電機的發(fā)電機絕緣檢測裝置的檢測方法包括以下步驟：

(1)通過所述plc、通訊裝置和風電機組控制系統(tǒng)獲取風機的工作狀態(tài)，當風電機組處于正常停機狀態(tài)、再次啟動狀態(tài)時間大于所述發(fā)電機絕緣檢測裝置的檢測時間并且所述plc內(nèi)部定時器到達檢測周期時，啟動所述發(fā)電機絕緣檢測裝置；

(2)所述發(fā)電機絕緣檢測裝置的啟動時間滿足要求時，閉合接觸器km1并保持接觸器km2和接觸器km3處于打開狀態(tài)，通過所述電壓表測量發(fā)電機定子電壓，當定子電壓小于600v時，閉合接觸器km3，利用所述放電電阻對發(fā)電機定子殘余電荷進行放電，放電時間大于等于20秒，當所述第一電流表測量通過所述放電電阻的電流值小于0.1a時，延遲5秒鐘斷開接觸器km3；

(3)放電過程結束后，根據(jù)工作情況選擇吸收比測量模式，接通接觸器km2在發(fā)電機定子上施加所述恒壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在15秒鐘和60秒鐘時的數(shù)據(jù)，分別計算出15秒鐘和60秒鐘時的絕緣電阻值，并計算定子繞組的吸收比，根據(jù)現(xiàn)場實際溫度和濕度進行歸一化處理，利用歸一化電阻值和吸收比判斷發(fā)電機組定子絕緣狀態(tài)，設置閾值，絕緣電阻值小0.5兆歐。對檢測值進行報警。對于吸收比小于1.2時，進行報警處理；

(4)放電過程結束后，根據(jù)工作情況選擇極化指數(shù)測量模式，接通接觸器km2在發(fā)電機定子上施加所述恒壓源，加壓過程中分別記錄所述電壓表和電流表在1分鐘和10分鐘時的數(shù)據(jù)，分別計算出1分鐘和10分鐘時的絕緣電阻值，并計算定子繞組的極化指數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實際溫度和濕度進行歸一化處理，利用歸一化絕緣電阻值和極化指數(shù)判斷發(fā)電機組定子絕緣狀態(tài)，設置閾值，對于極化指數(shù)小于1.3時，進行報警處理；

(5)通過連續(xù)的檢測計算，記錄發(fā)電機定子繞組的吸收比，繪制發(fā)電機定子絕緣吸收比曲線；通過連續(xù)的檢測計算，記錄發(fā)電機定子繞組的極化指數(shù)，繪制發(fā)電機定子絕緣極化指數(shù)曲線，并記錄在所述plc的存儲單元內(nèi)，所述指示plc單次測量完畢；

(6)單次測量完畢后，首先斷開接觸器km2，之后接通接觸器km3，進行發(fā)電機繞組殘余電量釋放，當所述電壓表測量電壓小于50v時，斷開接觸器km3和接觸器km1，系統(tǒng)進入下一次檢測自動計時程序，所述plc發(fā)送信號給風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)檢測完畢。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。