一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置及方法，该试验装置包括：显示模块，其用于接收产生不同电压参数的指令，并实时显示电压参数；主控模块，其连接于显示模块和高压模块，并根据不同电压参数的指令输出相应的高频高压脉冲信号，高压模块根据得到的高频高压脉冲信号对待测试样施加高频高压脉冲；测量模块，其连接于显示模块，用于测量待测试样被施加高频高压脉冲后的周围气体浓度，显示模块显示所述气体浓度的测量值。本发明克服传统测试故障放电操作麻烦、不够灵敏、效率低下、不能实现在线测量的缺点，实时监测风力发电机转子绝缘是否故障放电等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及试验装置及方法，特别涉及一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置及方法。

背景技术

随着国际社会对能源安全、生态环境、异常气候等问题的日益重视，减少化石能源燃烧，加快开发和利用可再生能源已成为世界各国的普遍共识和一致行动。目前，全球能源转型的基本趋势是实现化石能源体系向低碳能源体系的转变，最终目标是进入以可再生能源为主的可持续能源时代。2015年，全球可再生能源发电新增装机容量首次超过常规能源发电的新增装机容量，标志全球电力系统的建设正在发生结构性转变。风力发电作为技术成熟、环境友好的可再生能源，已在全球范围内实现大规模的开发应用。

风力发电技术快速发展的同时，风力发电机的绝缘问题也逐渐凸显出来。较之传统发电机，风力发电机的绕组由于受到频率高、上升时间段的脉冲电压的冲击，其绕组绝缘承受更加严酷的电、热应力环境。当过电压超过电机绝缘的承受能力时，电机绝缘内部会发生局部放电，极大缩短电机绝缘劣化时间，最终导致发电机绝缘失效。近年来出现了大量风力发电机绝缘早期失效现象，在一定程度上制约了风力发电技术的发展。另外，随着变流器在陆上及海上风力发电中的大量使用，风力发电机及并网装备在复杂环境下的电气绝缘问题及运行可靠性逐渐引起人们的重视。

为了防止风力发电机因局部放电导致绝缘老化引起的故障，生产部门通常的做法是加强运行维护人员的巡视力度，通过观察风力发电机电机外部情况是否正常、听局部放电的声音、闻臭氧气味等方式来判断变频电机局部放电是否异常，或者将风力发电机停止运行。然而依靠运行维护人员的日常巡视,容易造成漏判、误判。尤其是对于间歇性放电，运行维护人员在巡视过程中不易发现，极易对变频电机的运行状态进行误判，埋下安全隐患，而且运行维护人员进行日常巡视工作浪费了大量的人力和物力，这种方式不经济，且效率极低。

发明内容

本发明目的是提供了一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置及方法，通过对故障放电产生臭氧，对其浓度进行测量，通过对主控模块进行整体控制，显示模块对测试过程及结果进行实时显示，测量模块与记录模块对试验进程与结果进行测量与记录，结合保护模块保证装置运行安全，报警模块通知安全员维修维护，进而克服传统测试故障放电操作麻烦、不够灵敏、效率低下、不能实现在线测量的缺点，实时监测风力发电机转子绝缘是否故障放电等问题。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置，其特点是，包括：

显示模块，其用于接收产生不同电压参数的指令，并实时显示电压参数；

主控模块，其连接于显示模块和高压模块，并根据不同电压参数的指令输出相应的高频高压脉冲信号，所述的高压模块根据得到的高频高压脉冲信号对待测试样施加高频高压脉冲；

测量模块，其连接于显示模块，用于测量待测试样被施加高频高压脉冲后的周围气体浓度，所述显示模块显示所述气体浓度的测量值。

优选地，所述的主控模块还用于判断周围气体浓度低于第一预设值时，则控制高压模块，升高所述高压模块的输出电压。

优选地，还包括一报警模块，其连接于所述显示模块，所述的主控模块判断周围气体浓度高于第二预设值时，则控制所述报警模块报警。

优选地，还包括一记录模块，其连接于所述显示模块，用于记录试验过程中试验数据。

优选地，还包括一短路保护装置，其连接于所述主控模块及所述显示模块，用于该试验装置运行过程中出现短路时，停止该试验装置。

优选地，所述的测量模块为臭氧浓度传感器，所述的臭氧浓度传感器测量试样周围的臭氧气体浓度。

优选地，所述的待测试样为风力发电机绕组线棒。

一种利用上述的风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置的试验方法，其特点是，该试验方法包括：

显示模块接收产生不同电压参数的指令；

主控模块根据不同电压参数的指令输出相应的高频高压脉冲信号，高压模块根据得到的高频高压脉冲信号对待测试样施加高频高压脉冲；

测量模块测量待测试样被施加高频高压脉冲后的周围气体浓度；

显示模块实时显示电压参数和气体浓度的测量值。

优选地，该方法还包括：

当周围气体浓度低于第一预设值时，升高高压模块的输出电压。

优选地，该方法还包括：

周围气体浓度高于第二预设值时，控制报警模块报警。

优选地，该方法还包括：

记录试验过程中试验数据，并于显示模块显示试验数据。

优选地，该方法还包括：

记录试验过程中试验数据，并于显示模块上显示试验数据。

优选地，该方法还包括：

当试验装置运行过程中出现短路时，通过短路保护装置控制停止该试验进程。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

a.通过主控模块实现在线测试，结果准确且效率高；

b.显示模块不仅能够接收外部控制信号并送至主控模块，还能对试验进程和结果进行实时显示和记录，便于实验分析；

c.通过多模块实时反馈与联动，实现高压脉冲电源状态改变，保证测量稳定高效。

附图说明

图1为本发明一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置的结构示意图；

图2为本发明一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验方法的流程图；

图3为本发明气体浓度测量的原理图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种风力发电机绕组绝缘故障放电试验装置包括：报警模块2、记录模块3、主控模块4、与主控模块4相连的高压模块7、低压供电电源1、显示模块6及短路保护装置5，其中该低压供电电源1用于给报警模块2、记录模块3、短路保护装置5、显示模块6和测量模块9供电，测量模块9连接于显示模块6。

显示模块6接收外部产生不同电压参数指令，并将其传输至主控模块4，主控模块4根据不同电压参数的指令输出相应的高频高压脉冲信号，高压模块7根据得到的高频高压脉冲信号对待测试样施加高频高压脉冲，另一方面，主控模块4发出指令启动测量模块9和记录模块3，测量模块9测量待测试样8被施加高频高压脉冲后的周围气体浓度，记录模块3记录试验过程中试验数据。

需要说明的是，上述的待测试样8为风力发电机绕组线棒棒，测量模块9为臭氧浓度传感器，所述的臭氧浓度传感器测量试样周围的臭氧气体浓度，高压模块7为高频高压脉冲电源。

本实施例，利用风力发电机转子绝缘故障放电时，绝缘结构故障放电会导致绝缘层高分子断裂产生臭氧的原理，通过实时检测臭氧的浓度，就能了解是否发生故障放电以及放电的严重程度。

所用到的臭氧传感器检测臭氧的浓度是通过采用紫外线接收法的原理，用紫外灯光源发射紫外线光，经过光波过滤器时只允许波长为的紫外线通过，该紫外线分别经过标准化的臭氧样品光电传感器、以及经过臭氧接收池抵达采样光电传感器。对经过臭氧光电传感器和采样光电传感器后转换输出的电压信号经由数学模型的比较核算，得出臭氧浓度。

进一步地，随着试验进行，当显示模块6中臭氧浓度的测试量低于第一预设值时，主控模块4可以自动调节电压上升，并保持一段时间。当显示模块6中臭氧浓度的测量值超过第二预设值时，报警模块2里红色指示灯亮，蜂鸣器发出声响。主控模块4输出停止信号，电源停止供电，记录模块3可以记录此次实验的电压参数，运行状态，试验已进行时间，显示模块仍继续工作直至手动关闭。在整套装置运行过程中，一旦发生漏电流超过设定阈值或因操作问题造成的短路现象，短路保护装置立即启动使整套装置停止工作并报警，可以保证试验的安全。

以上结合图1描述了本发明实施例的试验装置。参见图2，进一步地，本发明还公开了一种试验方法，包括如下步骤：

S201，显示模块6接收产生不同电压参数的指令并传送给主控模块4；

S202，主控模块4根据不同电压参数的指令输出相应的高频高压脉冲信号，高压模块7并根据得到的高频高压脉冲信号对待测试样施加高频高压脉冲；

S203，测量模块9测量待测试样8被施加高频高压脉冲后的周围气体浓度，同时记录模块3记录试验进行中试验数据；

S204，显示模块6实时显示电压参数和气体浓度的测量值。

进一步地，该试验方法还包括如下步骤：

S205，当试验装置运行过程中出现短路时，通过短路保护装置5控制停止该试验进程。

图3示出了气体浓度测量的原理图，如图3所示，包括：

S301，将转子周围的气体作为样本气体；

S302，对所述样本气体的臭氧浓度进行检测，得到臭氧含量的检测值；

S303，判断臭氧含量的检测值是否超过预设值，若是则执行步骤S304，若否，则继续升高高频脉冲电源电压；

S304，确定风电发电机转子绝缘结构发生故障放电；

S305，主控模块4控制报警模块报警。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等关系术语(如果存在)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。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。