一种水轮发电机综合状态在线监测装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及水轮发电机状态在线监测领域，特别是涉及一种水轮发电机综合状态在线监测装置及系统。


背景技术：

2.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，水轮发电机的三大部件是定子铁芯、定子绕组、转子线圈，对水轮发电机组来说，有效监控这三大部件的绝缘状况，是机组维护的重中之重。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，根据电力行业协会统计，水轮发电机组故障有40％来自水轮发电机结构中定子绕组的电气绝缘故障(简称局部放电)，15％来自转子绕组的层间电气绝缘故障(简称匝间短路)，因为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。
3.目前，电力行业普遍实施的是机组预防性维护管理模式(简称预防检修)，是根据机组发生的规律或经验，事先确定检修类别、检修周期、检修工作内容的检修方式，比传统的(随坏随修)故障检修方式有一定的先进性，可以在一定程度上主动预防故障发生，但是，水轮发电机组在投产初期和寿命末期的故障几率较大，中间要经过一个较可靠的稳定期，并且在各个阶段的故障特点也不尽相同，但是，现行的检修管理体制下确定的预防性检修项目和周期相对固定，对机组运行状态的掌握存在较为主观并固化的判断标准，而非依据机组的状态进行管理，具有一定的盲目性。
4.机组预防性维护管理模式，在故障率偏高的初、末阶段会降低机组的可靠性和利用率，然而在机组稳定运行阶段会造成了检修人、物、财力上的浪费。综合而言，受计划准确的影响，机组预防性维护管理模式必然会在一定程度上造成维修过度或者维修不足，经济性比较差。
5.目前已经有部分企业，意识到状态检修的重要性，逐步开展了发电机组状态在线监控系统的研发和实施，具体情况如下：
6.(1)局部放电监测
7.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，并且局部放电监测无法自动判读局部放电信息，需要经验丰富的工程师人工判读，在极大程度上滞后了局部放电监测对生产维护的即时指导意义。
8.(2)匝间短路监测
9.由于转子绕组的绝缘状况很难在水轮发电机的小修或大修期间进行评估，如果不取出水轮发电机的挡圈和绕组楔块，很难检查到转子绕组的绝缘状况，并且由于许多故障
是与转速有关的间歇性故障，因此采用脱机转子匝间短路检测和接地故障定位检测进行匝间短路数据采集，很难获取准确的检测数据。
10.另外一种传统的检测方式必须在水轮发电机处于不同的负载下对磁通探头信号，通过数字记录每一磁通波形，利用经验丰富的工程师分析磁通波形，可以主观确定槽内是否有匝间短路的现象。此方式需要经验丰富的工程师人工判读，在极大程度上滞后了匝间短路监测对生产维护的即时指导意义，
11.(3)端部振动监测
12.在水轮发电机组中，由于端部绕组过大的振动，会导致端部绝缘开裂及铜导体疲劳，最终导致故障，运行实践和检修经验表明，水轮发电机定子绕组端部的振动状态不会是一成不变的，在交变电磁力和热应力的长期作用下，可能因为绝缘的微缩作用及磨损或紧固件的局部松动，使得固有频率和振型发生变化，投运时完全合格的发电机，经长期运行使固有频率和振型落入与电磁力谐振范围内，造成振动状态逐步或突然恶化，而一般的电气监测和外部部件振动监测反映不出这种危险的振动变化，就难以完全避免突然事故的发生。
13.现有的端部状态监控的手段一般是：
14.1.定期的目视检测，看是否有摩擦粉尘，油脂化，以及侵蚀。
15.2.定期做一下端部振动模态分析，检查结构的固有频率和模态是否在有害的区域和形状，比如固有频率是否在60/120hz或是50/100hz的敏感区域以及阻尼系数的变化。
16.3.需要停机并且移除端盖和内护板，并且无法实时在线监测，对状态检修完全没有指导意义。


技术实现要素：

17.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种水轮发电机综合状态在线监测装置及系统，实现水轮发电机综合状态在线监测。
18.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种水轮发电机综合状态在线监测装置，包括局放在线监测模块、匝间短路在线监测模块以及端部振动在线监测模块；所述局放在线监测模块包括耦合器，与耦合器同轴电缆连接的终端接线盒，与终端接线盒同轴电缆连接的综合监测主机；所述端部振动在线监测模块包括光纤振动传感器，与光纤振动传感器连接的光电转换器，所述光电转换器通过同轴电缆连接到综合监测主机。
19.于本实用新型的一实施例中，所述环氧云母耦合器采用80mm厚的纯云母材料及环氧树脂模铸而制成其主绝缘，其电容值为80pf，所述耦合器固定安装在水轮发电机三相不同支路的汇流环上。
20.于本实用新型的一实施例中，所述全磁通探头固定安装在水轮发电机定子铁芯铁齿上。
21.于本实用新型的一实施例中，所述光纤振动传感器固定安装在水轮发电机端部上。
22.于本实用新型的一实施例中，所述光纤振动传感器通过光纤延长线连接到光电转换器。
23.本实用新型提供一种水轮发电机综合状态在线监测系统，包括水轮发电机综合状
态在线监测装置，与若干水轮发电机综合状态在线监测装置通信连接的综合监测平台，所述水轮发电机综合状态在线监测装置的综合监测主机通过远程i/o 模块与综合监测平台通信连接。
24.于本实用新型的一实施例中，所述综合监测平台包括交换机和web服务器，所述交换机与web服务器通过同轴电缆连接。
25.如上所述，本实用新型的一种水轮发电机综合状态在线监测装置及系统，具有以下有益效果：
26.1、通过局放在线监测模块、匝间短路在线监测模块以及端部振动在线监测模块在线监测水轮发电机局部放电、匝间短路以及端部振动情况，实现水轮发电机组的综合状态在线监测。
27.2、通过局放在线监测模块、匝间短路在线监测模块模块化设计，使得系统集成化程度更高，便于系统现场安装及维护。
28.3、水轮发电机工作期间无需调整负载，现场监测难度大幅降低，无任何风险与破坏，安全性更高。
附图说明
29.图1显示为本实用新型实施例中公开的水轮发电机综合状态在线监测系统的结构框图。
具体实施方式
30.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型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。
31.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实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型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。
32.请参阅图1，本实用新型提供一种水轮发电机综合状态在线监测装置，所述水轮发电机综合状态在线监测装置包括局放在线监测模块、匝间短路在线监测模块以及端部振动在线监测模块；
33.(1)局放在线监测模块包括耦合器，与耦合器同轴电缆连接的终端接线盒，与终端接线盒同轴电缆连接的综合监测主机；
34.其中，所述环氧云母耦合器采用80mm厚的纯云母材料及环氧树脂模铸而制成其主绝缘，其电容值为80pf，共计12颗，分别安装在水轮发电机三相不同支路的汇流环上，测量局部放电数据，并且将测量到的局部放电数据通过同轴电缆引出到终端接线盒，由终端接线盒引入综合监测主机，通过综合监测主机进行报警。
35.(2)匝间短路在线监测模块包括全磁通探头，所述全磁通探头通过同轴电缆连接
到综合监测主机；
36.其中，所述全磁通探头共计12颗，分别安装在水轮发电机定子铁芯铁齿上，所述全磁通探头同时测量主磁通数据和漏磁通数据，将测量到的主磁通数据和漏磁通数据通过同轴电缆引入综合监测主机，通过综合监测主机进行报警。
37.(3)端部振动在线监测模块包括径向和切向的光纤振动传感器，与光纤振动传感器连接的光电转换器，所述光电转换器通过同轴电缆连接到综合监测主机，所述光纤振动传感器通过光纤延长线连接到光电转换器。
38.其中，所述光纤振动传感器采用共计12颗，分别安装在水轮发电机线棒端部上，能够探测到20hz～400hz的广谱加速度数据，光纤振动传感器频响为：5～ 500hz(
±
0.5db),5～1000hz(
±
1db)；在水轮发电机停机时，临时安装一个传统的加速度传感器在定子线棒出槽端部，然后敲击距离加速度传感器附近的线棒，振幅较大的部位(连接处及汇流环)再次进行局部的击锤试验，找出50/60及 100/120hz共振频率有最大振动幅值的部位安装端部光纤振动传感器，光纤振动传感器通过光纤延长线连接到光电传感器，将光信号转化为电信号，最终再通过同轴电缆引入综合监测主机，通过综合监测主机进行报警。
39.本实用新型通过局放在线监测模块进行局部放电数据监测，通过转子匝间短路在线监测模块进行磁通数据监测，通过端部振动在线监测模块进行加速度数据监测，并且将三种数据传输到综合监测主机(综合监测主机iris guard ii)，通过综合监测主机预先安装的分析软件(水轮发电机综合分析软件v1.0)对局部放电数据、磁通数据以及加速度数据分别进行报警，实现水轮发电机综合状态在线监测。
40.本实用新型提供一种水轮发电机综合状态在线监测系统，包括水轮发电机综合状态在线监测装置，与若干水轮发电机综合状态在线监测装置通信连接的综合监测平台，所述水轮发电机综合状态在线监测装置的综合监测主机通过远程i/o 模块与综合监测平台通信连接。
41.其中，所述综合监测平台包括交换机和web服务器，所述交换机与web 服务器通过同轴电缆连接，所述远程i/o模块可以为远程i/o模块c2000 m232-m。
42.本实用新型通过远程i/o模块将报警数据传输到综合监测平台，通过综合监测平台的交换机进行报警数据接收，并且将报警数据传输到服务器进行模型分析，识别出水轮发电机组绝缘故障的早期特征，故障部位等，便于后期针对报警数据指定维护计划。
43.综上所述，本实用新型通过局放在线监测模块、匝间短路在线监测模块以及端部振动在线监测模块在线监测水轮发电机局部放电、匝间短路以及端部振动情况，实现水轮发电机组的综合状态在线监测。所以，本实用新型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。
44.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。