一种发电机出口PT匝间绝缘故障在线诊断系统的制作方法

一种发电机出口pt匝间绝缘故障在线诊断系统
技术领域
1.本实用新型涉及发电机设备检测技术领域，具体为一种发电机出口pt匝间绝缘故障在线诊断系统。


背景技术：

2.大型300mw及以上发电机出口侧pt作为发电厂的主要设备，肩负着出口电压测量、发电量计量、继电保护及励磁系统电压采集等重要作用，一旦发生故障，将严重影响发电机组的安全稳定运行，甚至导致发电机组非计划停运。
3.发电机出口侧pt常见的故障有一次绕组匝间短路、一次熔断器熔断及单相接地等。近些年来，国内外发电企业曾多次发生因出口pt绕组匝间短路而导致的非停事件。以某发电公司为例，从2016年第四季度至2017年底，共发生5起因出口pt故障引发的机组非停事件，其中有4次是一次绕组匝间短路故障。出口pt的匝间短路问题，已成为严重影响机组安全运行的一个薄弱环节和亟待解决的突出问题。2021年5月7日包头第二热电厂#3发电机出口 pt(型号：jdzj-20)a相绝缘烧损、外表面出现裂纹，引起发电机跳闸。2012 年7月2日华能桥湾第三风电场35kv母线pt(jdzx9-35)a相炸裂，引起机组跳闸。
4.针对pt绕组匝间轻微短路问题，现有运行中的继电保护装置的保护闭锁逻辑并不完善，在故障初期无法有效发现设备故障，往往只有当故障发展到严重的匝间短路阶段才能发挥作用。而针对pt匝间短路的常规停电检测方法有直流电阻测试、变比测试及空载电流测试等，但停电检测仅能作为预试或者事故发生后的检测手段，事故发生并造成非停后再进行故障的确认，此时往往已造成严重的设备损坏和经济损失。故相比于停电检测，如何通过技术手段实现运行中发电机出口pt匝间短路故障的早期诊断和快速预警，显得尤为重要。
5.与传统的定期检修相比，状态检修能够根据设备状态确定检修时间和检修策略，是未来电力设备检修发展的必然趋势。在线监测是实现状态检修的基础和根据，在电力系统中已广泛运用，对提高电力系统安全稳定运行有着重要的意义。本项目主要是通过理论仿真、试验研究等方法来寻找pt匝间绝缘缺陷的早期诊断方法，为实现互感器绝缘缺陷监测提供理论依据。
6.目前发电机出口pt匝间或层间绝缘检测的手段主要还是离线式检测，所有的技术手段都是发电机停电状态下进行的pt检测。(其中有：直流电阻测量、空载电流测量、雷电冲击耐压、交流耐压和局部放电测量等)。
7.目前，直流电阻试验和空载电流试验更适合故障后诊断，对于早期绝缘缺陷的检出不够灵敏；雷电冲击耐压属于破坏性试验，目前仅出厂前才能开展，受一次绕组匝间和层间分布电容以及对地电容影响，该方法对于靠近铁心的内层线圈缺陷检出效果不明显；交流耐压分为工频耐压试验和倍频耐压感应试验二种，工频耐压试验的试验电压为设备额定电压的2-3倍。要在pt 上施加如此高的试验电压，铁芯将严重饱和，所以实际上做工频感应耐压试验是行不通的，若采用倍频耐压感应试验，既不会使铁芯饱和，又能提高试验电压，
是可以用来做耐压试验。但发电机在运行时是无法实现的，频率不一致。对匝间绝缘早期隐患也难发现(2021年11月份华能阳逻电厂#2机组发电机采用该倍频耐压感应试验和直流电阻的方法都未检测pt潜在隐患，只有在局放试验中才发现局放量竟然超标了一倍)；局部放电测量是pt缺陷检测的有效手段，但对电磁环境要求严格，仅限实验室或机组停电状态才能有效开展，且该方法对处于低电位的线圈存在一定程度漏检，如：存在局放缺陷的全绝缘pt，a端与n端分别接地测得局放量大小也存在明显差异性。


技术实现要素：

8.(一)解决的技术问题
9.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种发电机出口pt匝间绝缘故障在线诊断系统，具备对轻微匝间短路的检测，甚至可监测一匝短路的变化， pt/ct介损测量结果准确，采用穿心互感器，不会对设备造成影响，不影响设备的安全运行，对早期故障的综合监测特别灵敏的优点，解决了发电机运行时不便于预知发电机出口pt是否存在轻微的匝间短路的问题。
10.(二)技术方案
11.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种发电机出口pt匝间绝缘故障在线诊断系统，包括与三相交流电相连的pt，所述pt上连接有 ct1、ct2、ct3、ct4和ct5，所述ct1与电源相连，所述ct2、ct3和ct4均连接有负载，所述ct5和pt二次回路接地端相连，所述ct1、ct2、ct3、ct4 和ct5均连至同一录波器，所述录波器与监控主机通过数字信号连接。
12.优选的，所述pt共设有九组。
13.优选的，所述ct1、所述ct2、所述ct3、所述ct4和所述ct5均为穿心 ct。
14.(三)有益效果
15.与现有技术相比，本实用新型提供了一种发电机出口pt匝间绝缘故障在线诊断系统，具备以下有益效果：
16.监测装置实现pt运行电压下状态特征量实时测量，具体参数如下：母线电压、频率、激磁电流、激磁电流与二次电压相位、二次侧绕组电流等特征参量，当出现预警信息(匝间短路)时，结合状态评判信息，系统给出初步的诊断意见和建议关注点，指导检修人员有针对性地进行故障检测与检修。
附图说明
17.图1为激磁电流测量法示意图；
18.图2为泄漏电流在线测量示意图；
19.图3为介损在线测量示意图；
20.图4为高频局放在线测量示意图；
21.图5为基于振动的在线测量示意图；
22.图6为本实用新型中模拟试验的电路图；
23.图7为原边加5kv电压时的激磁电流随短路匝数变化图；
24.图8为原边加5kv电压时的相角差随短路匝数变化图；
25.图9为本实用新型方法的电路图；
26.图10为本实用新型中系统的设备组装图；
27.图11为本实用新型中系统的设备示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
29.实施例
30.本次实用新型拟定300mw发电机出口pt为研究对象，通过研究pt在工频运行条件下，二次侧测量线圈二端的电压u2和一次侧线圈激磁电流ⅰ0相位夹角的变化量来反应是否电压互感器pt，存在早期的1～2匝的短路现象。避免类似包头二电厂、桥湾第三风场发生的pt匝间绝缘故障，引起的发电机跳闸事故。
31.激磁电流幅值和相位：可按公式求得：
[0032][0033]
其中：n1：pt一次线圈绕组的匝数；i1是该一次回路ct1测得的电流。
[0034]
n2：pt二次某一绕组的匝数；i2是该二次回路ct2测得的电流。
[0035]
n3：pt二次某一绕组的匝数；i3是该二次回路ct3测得的电流。
[0036]
n4：pt二次某一绕组的匝数；i4是该二次回路ct4测得的电流。
[0037]
目前国内关于20kvpt绝缘、匝间检测方法如下：
[0038]
但最近几年，随着计算机技术的发展，出现了一些新技术：
[0039]
(1)利用一、二次绕组电压和电流变化量来监测是否发生故障。由于匝间短路故障时原、副边电压和电流变化值非常小，而pt在实际运行中，负荷是动态的，导致电流也在不停变化，且其变化幅度远远超过匝间短路故障变化的幅度，因此很难剔除这种变化对匝间短路故障的影响；
[0040]
(2)利用pt发生短路时漏磁场的变化来监测是否发生故障。当pt发生匝间短路故障时，漏磁场变化比较明显，利用探测器来探测漏磁通变化即可监测匝间短路故障，但这种方法需要将探测线圈放入pt内部，通过测量探测线圈中感应电压的变化，来监测绕组的匝间短路故障，这对设备性能会产生影响；
[0041]
(3)利用测量功率损耗来监测匝间短路。当绕组类设备发生匝间短路时，其内部功率损耗会明显增大，利用pt各侧的电压、电流量，计算出pt的功率，进而得出损耗的变化。用于测量电流、电压的电流互感器和pt引入的误差同样会对影响对测量结果的评价。
[0042]
参阅图1-5，目前国内开展pt匝间隐患在线检测手段优缺点对比如下：
[0043]
1)激磁电流测量法，通过监测pt高压侧电流大小的方法，其优点为简单，但是高压侧电流大小随电压、负载变化；
[0044]
2)泄漏电流在线测量，通过监测pt/ct泄漏电流大小的方法，其优点为容易实现，
但是受温度、湿度、污秽的影响较大；
[0045]
3)介损在线测量，通过监测pt/ct介质损耗的大小的方法，其优点为容易实现，但是受温度、湿度的影响较大，测量误差大；
[0046]
4)高频局放在线测量，通过监测pt/ct局放量大小的方法，其优点为实现简单，但是受环境干扰影响较大，投资高；
[0047]
5)基于振动的在线测量，通过监测pt/ct振动特征的方法，其优点为实现简单，但是受环境干扰影响较大，识别困难。
[0048]
参阅图6-8，首先，构建发电机出口侧pt匝间短路模型，再研究少量pt 匝间非稳定击穿缺陷下的激磁电流变化规律，进行模拟试验，得出模拟试验数据(参阅下表)
[0049]
[0050]
[0051][0052]
参阅图7可以看出随着短路匝数的增加，高压侧绕组检测到的激磁电流是呈现增加趋势，但是采用该方法来反应pt匝间短路还是存在局限性，随着电压升高、激磁电流也会同步增长，无法准确定性。
[0053]
参阅图8可以看出随着短路匝数的增加，二次电压u2的相位角与一次线圈的激磁电流ⅰ0相位角差呈现明显断崖式下降，利用这一特点就可以判断出 pt是否存在匝间短路。
[0054]
参阅图9～11，一种发电机出口pt匝间绝缘故障在线诊断系统，包括与三相交流电相连的pt，pt上连接有ct1、ct2、ct3、ct4和ct5，ct1与pt一次侧电源n极相连，ct2、ct3和ct4均连接有负载，ct5接地，ct1、ct2、 ct3、ct4和ct5均连接至同一录波器，录波器与监控主机通过数字信号连接。
[0055]
本实施例中，pt共设有九组。
[0056]
本实施例中，ct1、ct2、ct3、ct4和ct5均为穿心ct。
[0057]
本实施例中，采集到的9组pt的通过cti、ct2、ct3、ct4的电流信号ⅰ1、ⅰ2、ⅰ3、ⅰ4和二次ct2回路上的小pt(100/3.53)采集到的电压信号都送入录波器传画出数字信号。传送给监控主机进行数据分析和比较。监测发电机的出口pt是否存在匝间短路隐患。
[0058]
本实施例中，该装置的ct1、ct2、ct3、ct4、ct5；可采用下列参数的 ct：
[0059]
型号：xjs-500；
[0060]
规格：500ma/500ua；
[0061]
该装置二次侧的小pt；可采用下列参数的pt：
[0062]
型号：lxya；
[0063]
规格：100v/3.53v；
[0064]
远传通讯：
[0065]
以太网100mbps单模光纤tcp/ip modbus；
[0066]
rs485双绞电缆modbus；
[0067]
监控主机可采用电脑。
[0068]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。