一种水力发电机转子接地定位方法及其实现的装置

技术领域

本发明涉及一种在线监测接地定位方法，尤其涉及一种水力发电机转子接地定位方法；本发明还涉及一种实现该方法的装置。

背景技术

发电机转子是发电机的重要部件，由大轴及设置在大轴上并与之绝缘的磁极构成；磁极与大轴之间必须有良好的绝缘状态，因此转子的绝缘状态是发电机安全运行的重要参数指标，转子绝缘故障点的快速诊断及定位更是直接关系到发电机的发电效率及经济效益。

目前，在发电机转子接地监测保护中，主要都是采用乒乓切换原理来检测其转子绝缘电阻值及计算相对定位值α，得到的相对定位值α值，都是相对于负极或正极为参考点、以0≤α≤1或0％≤α≤100％来表示，不作为接地部位判断，不能自动诊断出接地故障点发生的具体物理位置，如接地点在某个磁极或接地点在某相邻两个磁极的连接处，因此，接地故障发生后，维护人员必须花费大量时间去排查处理，直接影响电厂经济效益。

由于现有技术存在的技术缺陷，已不能满足发电机安全运行的需求，因此，迫切需要研究一种发电机转子接地定位方法，利用该方法能够对发电机转子发生接地故障的具体物理位置作出快速、准确的诊断，从而达到缩短停机检修时间、提高发电机发电效率及经济效益的目的。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种水力发电机转子接地定位方法及其实现的装置，根据乒乓切换原理计算出的相对定位值α，人工设置输入的实际具体转子磁极数N，求出相对定位值α对应的接地点标号值，可诊断转子接地故障具体物理位置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种水力发电机转子接地定位方法，包括以下步骤：

S1：求相对定位值α对应的接地点标号值Y

根据乒乓切换原理计算出相对定位值α，结合人工输入的实际具体转子磁极数N，计算接地点标号值Y

Y

其中，γ为误差修正；

S2：通过计算、分析、比较对发生接地故障的具体磁极号物理位置作出判断并输出：

其中，磁极号物理位置作出判断并输出的方法如下：

S2-1：计算Y

S2-2：计算Y

S2-3：根据上述计算出的Y

(1)以负极为参考：

①若Y

②若Y

(2)以正极为参考：

①若Y

②若Y

(3)若Y

①若k＝0，则接地点在第j磁极上，输出磁极号物理位置W

②若k＝1，则接地点在第j磁极与第j+k磁极连接处上，输出磁极号物理位置W

为了实现上述方法，本发明提供的装置采用以下技术方案：

它包含信号取样单元、信号处理单元和主控CPU单元，所述的信号取样单元的一端与转子磁极正负极相连接，另一端与主控CPU单元相连接；所述的信号处理单元分别连接信号取样单元和主控CPU单元，主控CPU单元连接有无励磁启动电路，无励磁启动电路的另一端分别与转子磁极的负极和大轴相连接，主控CPU单元分别连接有显示单元、告警单元及通讯单元。

优选地，所述信号取样单元包含有分压滤波电路、电压测量电路、隔离电路及切换信号电路，所述分压滤波电路一端连接转子磁极正负极，另一端连接电压测量电路；所述电压测量电路通过隔离电路与切换信号电路连接，切换信号电路的另一端与主控CPU单元连接。

优选地，所述信号处理单元包含有信号隔离变换电路、A/D变换电路及协从CPU电路，所述信号隔离变换电路的一端与电压测量电路相连接，另一端通过A/D变换电路与协从CPU电路相连接，协从CPU电路的另一端与主控CPU单元连接。

上述技术方案中，所述的分压滤波电路由电阻和电容构成带二阶滤波的分压电路，用来对转子电压进行分压及滤除干扰信号；所述的电压测量电路由电阻网络组成，用来测量转子电压及切换电压；所述的隔离电路及切换信号电路由光电开关和电阻构成；所述的信号隔离变换电路由信号隔离器和变换电路组成，用来对分压后的转子电压进行信号的隔离和变换；所述的A/D变换电路由24位的高速模/数转换器构成；所述的无励磁启动电路由电压模块及启动电路组成；所述的主控CPU单元和协从CPU电路由16位单片机芯片构成；所述的显示单元由7寸触摸屏构成，用来显示转子电压、转子绝缘电阻值、相对定位值、接地点物理位置、磁极数、绝缘变化趋势曲线及转子接地时间并用来完成参数的设置操作；所述的告警单元由告警开出继电器及指示灯构成，当绝缘电阻值低于设置的告警值时由告警开出继电器开出告警信号、指示灯点亮发出告警信息；所述的通讯单元由RS485通讯模块构成，用来将转子电压、转子绝缘电阻值、相对定位值、接地点物理位置、磁极数、绝缘变化趋势曲线及转子接地时间转送到远程监控系统。

本发明的有益效果之一在于：本发明专利提供了一种水力发电机转子接地故障定位方法，为这一领域提供了一项新颖的可行的技术方案。

本发明的有益效果之二在于：采用上述技术方案能够对发电机转子发生接地故障的具体物理位置作出快速、准确的诊断，从而达到缩短停机检修时间、提高发电机发电效率及经济效益的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为发电机转子磁极展开结构及接地点标号值示意图；

图2为本发明装置的结构原理图；

图3为本发明所述信号取样单元及信号处理单元的结构原理图。

附图标记说明：

1-信号取样单元，2-主控CPU单元，3-信号处理单元，4-无励磁启动电路，5-显示单元，6-告警单元，7-通讯单元，8-转子磁极，9-大轴，11-分压滤波电路，12-电压测量电路，13-隔离电路，14-切换信号电路，31-信号隔离变换电路，32-A/D变换电路，33-协从CPU电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据发电机转子结构，其发生接地故障的位置或在某个磁极上或在相邻某两个磁极连接处，对于发电机转子来说，其发生接地故障的位置的数量(接地点数)是可以由转子磁极数而确定的，也就是说只要知道发电机转子的磁极数，就可以知道发生接地故障的接地点数。那么，从负极起，对每一个接地点进行标号，以负极为参考，负极标号值为1，1号磁极标号值为2，1号磁极与2号磁极连接处标号值为3，依次类推，正极标号值为转子磁极数的2倍加1。若以正极为参考，则正极标号值为1，依次类推，负极标号值为转子磁极数的2倍加1。

如某台发电机转子磁极数为N，则该台发电机转子发生接地故障的位置的数量M就可以确定，即M＝2*N+1，也就是说该台发电机有2*N+1个接地点，那么，以负极为参考对该台发电机转子接地点进行标号，负极标号值为1，1号磁极标号值为2，1号磁极与2号磁极连接处标号值为3，依次类推，正极标号值为2N+1。若以正极为参考，则正极标号值为1，依次类推，负极标号值为2N+1。

参考图1，一种水力发电机转子接地定位方法，包括以下步骤：

S1：求相对定位值α对应的接地点标号值Y

根据乒乓切换原理计算出相对定位值α，结合人工输入的实际具体转子磁极数N，计算接地点标号值Y

Y

其中，γ为误差修正；

S2：通过计算、分析、比较对发生接地故障的具体磁极号物理位置作出判断并输出：

其中，磁极号物理位置作出判断并输出的方法如下：

S2-1：计算Y

S2-2：计算Y

S2-3：根据上述计算出的Y

(1)以负极为参考：

①若Y

②若Y

(2)以正极为参考：

①若Y

②若Y

(3)若Y

①若k＝0，则接地点在第j磁极上，输出磁极号物理位置W

②若k＝1，则接地点在第j磁极与第j+k磁极连接处上，输出磁极号物理位置W

参考图2、图3，本发明所提供的装置其特征在于：包含信号取样单元1、信号处理单元3、主控CPU单元2，信号取样单元1的一端与转子磁极8正负极相连接，另一端与主控CPU单元2相连接；信号处理单元3分别连接信号取样单元1和主控CPU单元2；为了在无励磁电压状态下能检测转子绝缘电阻值，主控CPU单元2连接有无励磁启动电路4，无励磁启动电路4的另一端分别与转子磁极8的负极和大轴9相连接；为了提高装置的自动化水平，主控CPU单元2分别连接有显示单元5、告警单元6及通讯单元7。

进一步的，信号取样单元1包含有分压滤波电路11、电压测量电路12、隔离电路13及切换信号电路14，分压滤波电路11一端连接转子磁极8正负极，另一端连接电压测量电路12；电压测量电路12通过隔离电路13与切换信号电路14连接，切换信号电路14的另一端与主控CPU单元2连接。

进一步的，信号处理单元3包含有信号隔离变换电路31、A/D变换电路32及协从CPU电路33，所述信号隔离变换电路31的一端与电压测量电路12相连接，另一端通过A/D变换电路32与协从CPU电路33相连接，协从CPU电路33的另一端与主控CPU单元2连接。

上述技术方案中，分压滤波电路11由电阻和电容构成带二阶滤波的分压电路，用来对转子电压进行分压及滤除干扰信号；电压测量电路12由电阻网络组成，用来测量转子电压及切换电压；隔离电路13及切换信号电路14由光电开关和电阻构成；信号隔离变换电路31由信号隔离器和变换电路组成，用来对分压后的转子电压进行信号的隔离和变换；A/D变换电路32由24位的高速模/数转换器构成；无励磁启动电路4由电压模块及启动电路组成；主控CPU单元2和协从CPU电路33由16位单片机芯片构成；显示单元5由7寸触摸屏构成，用来显示转子电压、转子绝缘电阻值、相对定位值、接地点物理位置、磁极数、绝缘变化趋势曲线及转子接地时间并用来完成参数的设置操作；告警单元6由告警开出继电器及指示灯构成，当绝缘电阻值低于设置的告警值时由告警开出继电器开出告警信号、指示灯点亮发出告警信息；通讯单元7由RS485通讯模块构成，用来将转子电压、转子绝缘电阻值、相对定位值、接地点物理位置、磁极数、绝缘变化趋势曲线及转子接地时间转送到远程监控系统。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。