CN207730875U - 一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置，可用于对风力发电机绕组绝缘故障的检测，其包括脉冲电源模块、信号检测模块、信号调理模块、USB型数据采集卡和笔记本电脑；脉冲电源模块与被测风力发电机绕组相连，信号检测模块输入端与被测风力发电机绕组相连，输出端与信号调理模块输入端相连，信号调理模块输出端与USB型数据采集卡模拟信号输入通道相连，数据采集卡通过USB数据传输线接笔记本电脑；本实用新型可实现对被测风力发电机绕组在脉冲电压下响应电压与电流波形的检测，检测被测风力发电机绕组的绝缘故障，具有便携性好、可人机交互、数据存储方便的优点。

Description

一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置

技术领域

本实用新型涉及绝缘检测技术领域，特别涉及一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置。

背景技术

风力发电机是风力发电的核心部分，现我国大部分风电场位于偏远宽阔地区，如近海、高原、草原、戈壁滩等，且分布面积广，数量多，远离监控中心。风力发电机很容易发生故障，尤其是其定转子绝缘部分出现故障。因此，在风力发电机制造和运行过程中，尽早发现其定转子绝缘***中的隐患和缺陷，及时进行更换和维修是保证风力发电机运行安全和可靠的最有效手段。

对于风力发电机定转子绕组，可以对其施加单脉冲电压，测量被测风力发电机绕组在该电压下产生的响应波形，并与其它正常绕组在同一脉冲电压下的响应波形相比较，判断该绕组绝缘存在的缺陷与故障，包括匝间短路、相间绝缘故障、对地绝缘故障，有些缺陷是一般绝缘试验无法发现，因此，脉冲波形比较法在电机绝缘状态诊断中有较大的优势，同时脉冲高压具有测试电压高，测试时间短的特点，因此具有无损测量的优点。现有仪器(匝间耐压仪)一般只测量被测风力发电机绕组在脉冲电压下的电压响应波形，如果想测量电流响应波形，就需要自己外加电流测量仪器，现希望有一装置能同时检测风力发电机在脉冲电压下的电压与电流响应波形，综合比较电压与电流响应波形发生的变化，希望能提高脉冲波形比较法检测绕组故障的准确性。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置，该装置可以产生脉冲试验电压，检测被测风力发电机绕组在该脉冲高压下的电压与电流响应波形，对绕组绝缘故障检测与判断。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置包括脉冲电源模块、信号检测模块、信号调理模块、USB型数据采集卡和笔记本电脑；脉冲电源模块与被测风力发电机绕组相连，信号检测模块输入端与被测风力发电机绕组相连，输出端与信号调理模块输入端相连，信号调理模块输出端与USB型数据采集卡模拟信号输入通道相连，数据采集卡通过USB数据传输线接笔记本电脑。

其中所述脉冲电源模块包括安全保护电路、变压电路、电压显示电路和脉冲高压电路；所述安全保护电路由相连接的熔断器、空气开关、过电流继电器组成；所述变压电路包括相连接的电子调压器、升压变压器与全波整流桥；所述电压显示电路由相连接的高压分压器、检测电路与数显表头组成；所述脉冲高压电路包括充电电阻、储能电容、可控硅模块，波头电阻和调谐电容；安全保护电路输入端为电网220V工频交流电，输出端接变压电路输入端，变压电路输出端接电压显示电路，同时与脉冲高压电路输入端相连。

其中所述储能电容与调谐电容均采用聚丙烯薄膜高压脉冲电容。

其中所述可控硅模块由10个可控硅TYN1665串联组成。

其中所述信号检测模块分为电压检测单元与电流检测单元。

其中所述电压检测单元为阻容分压器，阻容分压器与脉冲电源模块输出端相并联，阻容分压器额定工作电压为10kV，分压比为1000:1，比例精度±0.5％。

其中所述电流检测单元为电流互感器，电流互感器串联在脉冲电源模块高压端，电流互感器采用Pearson 101高频电流互感器。

其中所述信号调理模块分为电压信号调理单元与电流信号调理单元，二者在电路结构是一致的。

其中所述USB型数据采集卡的采样率应大于其所采集脉冲电压电流信号带宽的两倍以上；所述USB型数据采集卡采用凌华USB-1210。

本实用新型的有益效果在于：

相对于常规匝间耐压测试仪只检测被测风力发电机绕组在脉冲电压下的电压响应波形，本实用新型可以同时检测风力发电机绕组在脉冲电压下的电压与电流响应波形，将电压波形与电流波形的比较结果相对比，可以提高对风力发电机绕组绝缘故障检测的准确性；同时可以利用电压电流波形数据，分析被测风力发电机绕组在脉冲电压下的阻抗特性，有利于进一步的分析风力发电机绕组的电气性质和绝缘故障。

本实用新型采用USB型数据采集卡与笔记本电脑实现数据采集与分析功能，相对于传统示波器、台式电脑主机或者工业工控机，具有体积小、重量轻的优点，可以极大提高本实用新型装置便携性，便于野外现场试验。

附图说明

图1为本实用新型检测结构框图。

图2为本实用新型脉冲电源结构框图。

图3为本实用新型信号调理电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

本实用新型一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置结构如图1所示，包括脉冲电源模块、信号检测模块、信号调理模块、USB型数据采集卡和笔记本电脑。脉冲电源模块与被测风力发电机绕组相连，信号检测模块输入端与被测风力发电机绕组相连，输出端与信号调理模块输入端相连，信号调理模块输出端与USB型数据采集卡输入通道相连，USB型数据采集卡通过USB数据传输线接笔记本电脑。

所述脉冲电源模块结构如图2所示，包括安全保护电路、变压电路、电压显示电路和脉冲高压电路。所述安全保护电路由相连接的熔断器、空气开关和过电流继电器组成，主要实现过流保护；所述变压电路包括相连接的电子调压器、升压变压器与全波整流桥，实现将220V工频低电压转换为5kV高压直流，电子调压器调节输出脉冲电压幅值；所述电压显示电路由相连接的高压分压器、检测电路与数显表头组成；所述脉冲高压电路包括充电电阻、储能电容、可控硅模块、波头电阻和调谐电容。安全保护电路输入端接电网220V工频交流电，输出端接变压电路输入端，变压电路输出端接电压显示电路，同时与脉冲高压电路输入端相连。

所述脉冲高压电路中充电电阻一端串联在全波整流桥高压输出端，另一端与储能电容相连，储能电容另一端接地，储能电容的高压输出端与可控硅模块，波头电阻依次串联，波头电阻另一端与调谐电容相连；其中充电电阻与波头电阻为耐高压、大功率绕线电阻；储能电容为高压聚丙烯薄膜脉冲电容，具有高频，大功率，大电流的特点，额定容量为1uF，额定电压为10kV；调谐电容也为高压聚丙烯薄膜脉冲电容，额定容量为1nF，额定电压为10kV。

所述可控硅模块由10个可控硅TYN1665串联组成，每个可控硅由一个高频触发变压器提供触发信号，而所有触发信号来自同一控制信号，即10个可控硅同时被触发。

所述信号检测模块分为电压检测单元与电流检测单元，信号检测模块输出端与信号调理模块输入端相连。

电压检测单元通过阻容分压器来实现高电压到低电压之间的转换，通过检测分压器低压臂上电压值可反应被测风力发电机绕组上电压。阻容分压器分压比为1000:1，比例精度为±0.5％，额定工作电压为10kV。阻容分压器将被测风力发电机绕组上在脉冲高压下的响应电压按照分压比转换为可供数据采集卡采集的低电压信号，由于脉冲电源最大峰值为5kV，因此分压器最大输出电压为5V，在数据采集卡模拟信号输入范围内。

电流检测单元通过电流互感器实现对脉冲电压下被测风力发电机绕组上响应电流信号提取，电流检测单元为高频电流互感器Pearson 101，灵敏度为0.01V/A，最大电流峰值为50000A，电流互感器将电流信号转换为电压信号，由于脉冲电流峰值不超过500A，因此电流互感器输出电压不超过5V，满足数据采集卡模拟信号输入信号范围。

所述信号调理模块分为电压信号调理电路与电流信号调理电路，二者在电路结构是一致的，电路原理如图3所示，信号调理模块在信号采集模块输出端并联一个±5V的双向瞬态抑制二极管(TVS)，型号为SMBJ5.0CA，避免后面的电路受到过电压冲击；TVS后接一高精度运放芯片AD8056，AD8056由两个运放构成，其中AD8056A构成差分放大电路，放大倍数为1，提高信号调理电路抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力，AD8056B构成电压跟随电路，提高信号调理部分的输出驱动能力；AD8056后与两个2CL72二极管与一个SMBJ5.0CA并联，实现对所采集电压信号的幅值限制功能，保护信号调理输出电压值不超过数据采集卡输入范围，其中2CL72的反向重复峰值电压为10kV，可以保证在其前级电路被击穿时，信号调理电路输出电压也不会超过±5V，以此来保护数据采集卡。信号调理模块输出分为电压输出端与电流输出端，分别接相对应的数据采集卡模拟信号输入通道。

所述USB型数据采集卡用于将所采集的电压电流模拟信号转换为数字信号进行采集。USB型数据采集卡的采样率应大于其所采集脉冲电压电流信号带宽的两倍以上。USB型数据采集卡采用凌华USB-1210，USB型传输方式，采样分辨率为16位，它可以提供4个模拟差分输入通道，每个通道提供最高达2MS/s的同步采样率，可以满足脉冲波形数据采集的要求。

本实用新型的工作流程如下：

首先由脉冲电源模块产生单脉冲高压并施加于被测风力发电机(处于停机状态)绕组上，再由信号检测模块提取被测风力发电机绕组在该脉冲电压下响应的电压与电流信号，提取到的信号送入信号调理模块实现信号的调理与对数据采集卡的输入保护，再由USB型数据采集卡将所采集信号进行A/D转换并将转换后的数据送入笔记本电脑，从而实现对被测风力发电机绕组在脉冲电压下的响应电压电流波形的检测，判断被测风力发电机绕组的绝缘故障。

以上仅说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，具均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种风力发电机绕组绝缘故障检测装置，其特征在于：包括脉冲电源模块、信号检测模块、信号调理模块、USB型数据采集卡和笔记本电脑；脉冲电源模块与被测风力发电机绕组相连，信号检测模块输入端与被测风力发电机绕组相连，输出端与信号调理模块输入端相连，信号调理模块输出端与USB型数据采集卡模拟信号输入通道相连，数据采集卡通过USB数据传输线接笔记本电脑。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述脉冲电源模块包括安全保护电路、变压电路、电压显示电路和脉冲高压电路；所述安全保护电路由相连接的熔断器、空气开关和过电流继电器组成；所述变压电路包括相连接的电子调压器、升压变压器与整流桥；所述电压显示电路由相连接的高压分压器、检测电路与数显表头组成；所述脉冲高压电路包括充电电阻、储能电容、可控硅模块、波头电阻和调谐电容；安全保护电路输入端为电网220V工频交流电，输出端接变压电路输入端，变压电路输出端接电压显示电路，同时与脉冲高压电路输入端相连。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述储能电容与调谐电容均采用聚丙烯薄膜高压脉冲电容。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述可控硅模块由10个可控硅TYN1665串联组成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述信号检测模块分为电压检测单元与电流检测单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述电压检测单元为阻容分压器，阻容分压器与脉冲电源模块输出端相并联，阻容分压器额定工作电压为10kV，分压比为1000:1，比例精度为±0.5％。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述电流检测单元为电流互感器，电流互感器串联在脉冲电源模块高压端，电流互感器采用Pearson 101高频电流互感器。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述信号调理模块分为电压信号调理单元与电流信号调理单元，二者在电路结构是一致的。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述USB型数据采集卡的采样率应大于其所采集脉冲电压电流信号带宽的两倍以上；所述USB型数据采集卡采用凌华USB-1210。