一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统

技术领域

本发明涉及水轮发电机智能监测领域，尤其涉及一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统。

背景技术

水力发电厂的生产设备主要包括水轮发电机组、变压器组等，水轮发电机组的状态监测是非常重要的。根据国标GB/T28570-2012《水轮发电机组状态在线监测技术导则》要求，水轮发电机组状态监测参量包括：振动、摆度、轴向位移、压力脉动、空气间隙、磁通密度以及局部放电等。虽然水轮发电机技术发展迅速，但是水轮发电机组的意外事故依然频繁，跟据电力行业协会统计，水轮发电机组故障有40％来自发电机结构中定子绕组的电气绝缘故障(简称发电机局部放电)，水轮发电机局部放电监测是公认的技术难点，主要原因在于水轮发电机定子绕组绝缘故障产生机理的多样化，因此水轮发电机局部放电监测已经成为一个不可逆的趋势。

现有的水轮发电机绝缘监测技术主要为脉冲电流监测法(即为局部放电法)，基于脉冲电流监测的水轮发电机局部放电监系统存在以下不足：

1.选用非纯云母材料的耦合器进行局部放电数据采集，该类耦合器采用陶瓷材料制成，电容值会随着温度的升高而增加，同时电容值的增加也较快了温度升高，因此耦合器的寿命短，故障率高；现有的解决方法是将耦合器安装于水轮发电机的中心点(此处温度较低，但是局部放电发生率最低)，在远离局部放电发生源的位置采集局部放电信息，将会导致监测结果不精确。

2.耦合器在进行局部放电信息采集时会监测到发电机组运行以外的高频脉冲信息(即噪声)，由于现有技术无法有效分离噪音，因此无法提高采集的检局部放电信息的信噪比，局部放电信息质量不能得到优化。

3.局部放电检测系统无法自动判读局部放电信息，需要借助设备生产商或者经验丰富的工程师人工判读，在极大程度上滞后了局放监测系统对生产维护的即时指导意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统，解决现有局部放电检测系统安全性低、寿命短；无法有效分离噪音，局部放电检测准确性低；无法自动判断局部放电信息，严重滞后对生产维护的即时指导意义的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统，所述系统包括多台在线监测装置、与多台在线监测装置通信连接的局部放电监测工作站，所述在线监测装置包括依次连接的耦合器、终端接线箱以及局部放电监测仪，所述局部放电监测工作站包括依次连接的数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器。

本发明通过耦合器进行发电机组的局部放电信息采集，通过局部放电监测仪自动连续获取局部放电信息，并将局部放电信息通过数据采集交换机传输到数据服务器进行数据分析，并通过正向隔离器传输给WEB服务器，WEB服务器根据数据分析监测到发电机的局部放电量和放电次数等，并提供趋势分析图，实现对发电机的直观展示，便于运行维护人员对发电机组的绝缘状况进行及时了解和掌握，同时，针对每台发电机的绝缘状况和运行工况设置报警值，有效实现发电机组绝缘隐患的早期预警提示。

进一步的，所述耦合器、终端接线箱、局部放电监测仪以及光纤转换器通过同轴电缆依次连接。

进一步的，所述数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器通过同轴电缆依次连接。

进一步的，所述数据服务器上安装有用于发电机局部放电信息采集的数据采集软件和用于局部放电信息分析的数据分析软件。

进一步的，所述WEB服务器上安装有用于发电机局部放故障预警的局部放电智能监测预警系统。

进一步的，所述局部放电监测仪和数据采集交换机之间对应设置有两个光纤转换器，将局部放电监测仪和数据采集交换机光纤通信连接，通过光纤转换器实现在线监测装置和局部放电监测工作站的通信连接。

进一步的，所述数据服务器和WEB服务器之间设置有正向隔离装置，通过设置正向隔离装置，将数据服务器分析处理的局部放电数据传输到WEB服务器。

进一步的，所述WEB服务器的一端设置有光纤转换器，通过设置光纤转换器，便于用户终端查询获取局部放电数据。

进一步的，所述耦合器分别安装在水轮发电机定子绕组的每个支路的高压线输出端上。

进一步的，所述耦合器为80pf的纯云母耦合器。

通过将纯云母耦合器永久性的安装在水轮发电机组的定子绕组的高压线端上，可以更加精确的采集发电机的局部放电信息，并且纯云母耦合器的耗散系数不会随温度变化而改变，也不会随着温度的上升而发生故障，可靠性较高。

如上所述，本发明的一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统，具有以下有益效果：

1、本发明通过耦合器进行发电机的局部放电信息采集，通过局部放电监测仪自动连续获取局部放电信息，并将局部放电信息通过数据采集交换机传输到数据服务器进行数据分析，并通过正向隔离器传输给WEB服务器，WEB服务器根据数据分析监测到发电机的局部放电量和放电次数，并提供趋势分析图，实现对发电机的直观展示，便于运行维护人员对发电机组的绝缘状况进行及时了解和掌握，同时，针对每台发电机的绝缘状况和运行工况设置报警值，有效实现发电机组绝缘隐患的早期预警提示。

2、本发明通过将纯云母耦合器永久性的安装在水轮发电机的定子绕组的高压线端上，可以更加精确的采集发电机的局部放电信息，并且纯云母耦合器的耗散系数不会随温度变化而改变，也不会随着温度的上升而发生故障，可靠性高。

3、本发明采用定时噪声分离技术有效剔除来自系统外的高频噪音信号，提高系统监测信号的信噪比，达到信号质量优化的效果。

附图说明

图1显示为本发明实施例中公开的局部放电智能监测预警系统结构框图；

图2显示为本发明实施例中公开的耦合器的接线图；

图3显示为本发明实施例中公开的局部放电智能监测预警系统的工作流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统，所述系统包括多台在线监测装置、与多台在线监测装置通信连接的局部放电监测工作站，所述在线监测装置包括耦合器、终端接线箱以及局部放电监测仪，所述耦合器、终端接线箱、局部放电监测仪以及光纤转换器通过同轴电缆依次连接；所述局部放电监测工作站包括数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器，所述数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器通过同轴电缆依次连接；所述局部放电监测仪和数据采集交换机之间对应设置有两个光纤转换器，将局部放电监测仪和数据采集交换机光纤通信连接，所述WEB服务器的一端还设置有光纤转换器。

为了有效监测水轮发电机的各个支路的局部放电信息，在水轮发电机的定子绕组(发电机的绕组数对应发电机的相位数)每个支路的高压输出线端上安装耦合器，该耦合器用于采集发电机各支路的局部放电信息，并通过终端接线箱提供给局部放电监测仪。

为了使得耦合器有较高的可靠性，所述耦合器采用80pf的纯云母耦合器，所述纯云母耦合器采用纯云母制成，耗散系数不会随温度变化而改变，也不会随着温度的上升而发生故障，寿命较长，可靠性较高。

实施例二

如图1所示，本发明提供一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统，所述系统包括多台在线监测装置、与多台在线监测装置通信连接的局部放电监测工作站，所述在线监测装置包括耦合器、终端接线箱以及局部放电监测仪，所述耦合器、终端接线箱、局部放电监测仪以及光纤转换器通过同轴电缆依次连接；所述局部放电监测工作站包括数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器，所述数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器通过同轴电缆依次连接；所述局部放电监测仪和数据采集交换机之间对应设置有两个光纤转换器，将局部放电监测仪和数据采集交换机光纤通信连接，所述WEB服务器的一端还设置有光纤转换器。

为了有效分离发动机运行以外的高频脉冲信息(即噪声)，如图2所示，采用定时噪声分离技术分离噪声，所述定时噪声分离技术是通过调整两两配对的一组耦合器输出端的同轴电缆长度，即使得L1+R1＝L2+R2，L1和L2分别为接在耦合器输出端的同轴电缆的电感值，R1和R2分别为支路高压输出端的高压输出线的电阻值。

将安装在发电机定子绕组的每个支路的高压线输出端上同相但是不同支路的耦合器进行两两配对，定义同时到达两两配对的耦合器的高频脉冲信号为噪声，从而有效剔除来自系统外的高频脉冲信息，提高系统局部放电信息信号的信噪比，达到信号质量优化的效果。

具体的，以发电机组为3相8支路的出线结构对耦合器的安装进行说明，为了兼顾局部放电监测的有效性和系统的经济性，在每8支路中选择均匀间隔的4个支路安装耦合器，该耦合器采集相邻两个支路的局部放电信息，并提供给局部放电监测仪进行传输；发电机组需要安装12个(即3*4)耦合器，安装耦合器的位置选择以最近出线端的支路开始，均匀选择间隔支路。

实施例三

如图1所示，本发明提供一种水轮发电机定子绕组局部放电智能监测预警系统，所述系统包括多台在线监测装置、与多台在线监测装置通信连接的局部放电监测工作站，所述在线监测装置包括耦合器、终端接线箱以及局部放电监测仪，所述耦合器、终端接线箱、局部放电监测仪以及光纤转换器通过同轴电缆依次连接；所述局部放电监测工作站包括数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器，所述数据采集交换机、数据服务器以及WEB服务器通过同轴电缆依次连接；所述局部放电监测仪和数据采集交换机之间对应设置有两个光纤转换器，将局部放电监测仪和数据采集交换机光纤通信连接，所述WEB服务器的一端还设置有光纤转换器。

具体的，局部放电监测仪能够支持TCP/IP网络通讯协议，局部放电监测仪通过光纤通信将局部放电信号同时传输到数据服务器，数据服务器上安装有数据采集软件和数据分析软件，对局部放电信息进行采集和专业分析；并将局部放电信息通过正向隔离装置传输到WEB服务器，WEB服务器上安装有局部放电智能监测预警系统，能够有效监测到发电机各支路的局部放电量和放电次数，根据局部放电量和放电次数对水轮发电机组整体的局部放电水平进行实时监测、显示以及趋势分析等，针对每台发电机的绝缘状况和运行工况设置报警值，有效实现发电机组绝缘隐患的早期预警提示；

其中，数据服务器上安装的数据分析软件对局部放电信息进行分析，确认局部放电信号的极性效应、负载效应、温度效应、相位、幅度、所属的相数、所属的支路等信息；

如图3所示，所述局部放电智能监测预警系统的智能判断流程如下：

WEB服务器接收数据服务器发送的局部放电信息；

将局部放电信息输入预警模型(即为神经网络模型)分析是是否达到预警阀值，若否，则结束；

若是，则预警提示，并对局部放电信息进行趋势分析，根据极性效应、负载效应、温度效应、相位等信息判断故障机理并输出结果，如表一所示，为故障机理的判断依据。

表一

同时，局部放电监测工作站还设置有用于局部放电信息备份的数据库，能够进行长时间的数据存储，便于局部放电历史数据的趋势判断。

通过WEB服务器端设置的光纤转换器，实现局部放电监测工作站与发电厂一体化监控平台的数据交互，通过一体化管控平台实时在线查看发电机局部放电数据、报警情况以及历史曲线等。

综上所述，本发明解决了现有局部放电检测系统安全性低、寿命短；无法有效分离噪音，局部放电检测准确性低；无法自动判断局部放电信息，严重滞后对生产维护的即时指导意义的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。