专利名称：发电机主绝缘故障实时在线预警装置及预警方法
技术领域：
本发明涉及ー种故障实时在线预警装置及预警方法，特别涉及一种发电机主绝缘故障实时在线预警装置及预警方法。
背景技术：
大型发电机作为系统内的主电源，是电カ系统的关键设备，随着电カエ业的发展和技术进步，发电机正朝着大容量、高 电压的方向发展，单机容量的提高对发电机的安全、可靠运行提出了更高的要求。大容量的发电机一旦发生故障，将会造成停电事故，甚至危及电カ系统的稳定运行，同时事故的涉及面大，维修的周期长、费用高，经济损失巨大。对于大型发电机而言，故障发生的ー个主要原因是定子绝缘故障，绝缘系统的状况直接决定了发电机运行的可靠性。但由于理论的缺乏和技术的限制，目前的发电机绝缘故障研究集中在故障后的保护以及绝缘老化监测方面，暂时没有故障预警方法和相应的装置。当这些保护装置动作时或绝缘老化监测装置发现绝缘老化较为严重时，很有可能已经造成无法挽回的损失，甚至是重大安全事故。但绝大多数的绝缘故障都是有ー个发展的过程，如果能实时准确的捕捉到发电机主绝缘正常到故障之间的发展过程，就有可能实现发电机主绝缘实时故障预警。发电机主绝缘实时故障预警，是防止重大事故发生的最有效的手段之一，是提高供电可靠性和电カ系统的经济效益的需要，也是继电保护的进一歩发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种发电机主绝缘故障实时在线预警装置及预警方法，能够及时的捕捉到发电机主绝缘正常到故障的发展过程，及时提供发电机主绝缘故障预警信息，防止进ー步发展为重大事故。为了实现上述目的，技术方案如下文所述发电机主绝缘故障实时在线预警装置，主要包括高压保险、绝缘故障传感器、信号调理器、同轴电缆、控制信号线、A/D采集卡、CAN通讯卡、エ控机，A/D采集卡、CAN通讯卡分别安装在エ控机内；绝缘故障传感器的输入端通过高压保险与发电机中性点相连，绝缘故障传感器的接地端接地，绝缘故障传感器的输出端通过同轴电缆与信号调理器输入端相连，信号调理器输出端与エ控机的A/D采集卡相连，信号调理器的放大控制端与エ控机的DO ロ相连，エ控机的CAN通讯卡与CAN网络相连。本发明将检测频带为50kHz-20MHz的绝缘故障传感器通过高压保险连接到发电机中性点，当检测到传感器回路出现大的电流时，保险自动跳闸，切断传感器回路与发电机系统的电气连接，主要有两方面的作用①防止中性点电位升高而导致局部放电传感器本体受损、烧毁或者击穿避免传感器回路对发电机的故障造成影响。绝缘故障传感器输出的信号经过信号调理器放大后，接入エ控机，由A/D采集卡对其进行采集。一种发电机主绝缘故障实时在线预警方法，包括以下步骤
(I)、エ控机对绝缘故障信号进行连续采集和分析与计算エ控机完成五个エ频周期的数据采集后，采用多线程并发处理技术同步进行绝缘故障信号的分析与计算和原始采样数据显示与存储，接着又开始五个エ频周期的数据采集，周而复始；(2)、エ控机通过CAN通讯卡接收发电机组的エ况信息，所述エ况信息为停机等待、开机过程、并网过程、负载过程、加负荷过程、减负荷过程、解列过程和停机过程；(3)、エ控机通过CAN通讯卡把主绝缘故障信号的分析与计算结果向其他设备发送;(4)、エ控机结合主绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的エ况信息，实时提供发电机主绝缘故障预警信息；(5)、エ控机结合主绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的エ况信息，采用多种数据存储机制对原始采样数据存储。多线程并发处理技术为现有技术，描述如下所述的エ控机装载有发电机主绝缘实时在线预警软件，在软件初始化时预先分别创建原始采样数据的显示、原始采样数据的存储、绝缘故障信号的分析与计算三个挂起的线程，当绝缘故障信号采集完成时三个线程被激活，当完成原始采样数据的显示、原始采样数据的存储、绝缘故障信号的分析与计算之后，三个线程被挂起，同时启动对绝缘故障信号的采集，周而复始。エ控机对绝缘故障信号的分析与计算，包括以下几个步骤(I)、采用切比雪夫I高通滤波器来抑制周期性窄带干扰，其中的通带边界频率为200KHz，阶数为6阶；(2)、对绝缘故障信号中的脉冲进行提�。龀逄崛〉幕救挝袷侨范龀宓钠鹗际奔鋞(s)和終止时间t(e);即根据绝缘故障信号中脉冲上升沿和下降沿的位置，来确定脉冲的起点和終点；分别记录下每个脉冲的起点和终点在绝缘故障信号采样序列lx(i)}中的位置，作为脉冲提取的結果，i为自然数；(3)、对提取后的脉冲进行脉冲宽度、脉冲幅值和脉冲上升沿的陡峭程度特征计算，并与エ控机内知识库中的各类脉冲相比较，来识别各类脉冲，各类脉冲为可控硅动作感应脉冲、雷电感应脉冲、雷电冲击脉冲、刀闸操作感应脉冲、刀闸操作冲击脉冲和局部放电脉冲，再统计出各类脉冲幅值的最大值、平均值，各类脉冲的个数，作为绝缘故障信号的分析与计算的結果。对绝缘故障信号中的脉冲进行提取采用现有方法。由于绝缘故障信号通常与发电机组エ况有密切的关系，发电机主绝缘故障预警得结合发电机组的エ况信息来进行。发电机主绝缘预警信息包括预警等级、预警机制、预警内容。将发电机主绝缘故障预警信息等级分为异常提示、异常报警，级别依次升高。故障预警机制分为分エ况预 警、突发性异常预警。分エ况报警指，根据当前发电机组エ况和主绝缘故障信号的分析与计算结果，提供发电机主绝缘故障预警信息，以开机エ况为例预警信息可能为异常提示、分エ况预警、发电机组解列过程中发电机局部放电脉冲幅值较大。突发性异常预警指直接根据绝缘故障信号的分析与计算結果，对突发性的绝缘故障信号异常直接发出预警信息，以雷电冲击为例预警信息可能为异常报警、突发性异常预警、雷电冲击后发电机局部放电脉冲幅值明显増大。
エ控机结合绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的エ况信息，实时提供发电机主绝缘故障预警信息，包括两项内容判断在当前エ况下，发电机主绝缘故障信号的分析与计算结果是否超标，若超标则发出主绝缘故障预警；不考虑当前エ况，直接根据发电机主绝缘故障信号的分析与计算结果简要分析，判断是否发出主绝缘故障预警。原始采样数据存储的技术方案如下文所述由于发电机组运行状况复杂，在特定的运行状况下，绝缘故障信号往往不相同。为了给主绝缘故障预警保留证据并且在減少冗余的前提下尽量全面地保存主绝缘故障信号的原始采样数据，对原始采样数据存储采用了多种数据存储机制。各存储机制的触发条件分别如下预警事件存储机制当发出主绝缘故障预警信息时，触发数据存储，为主绝缘故障预警保留证据。变エ况存储机制当发电机组エ况出现变化时，触发数据存储，比如当出现并网过程、解列过程、发电机组增负荷、发电机组增负荷等过程时保存数据。变エ况存储机制主要·用来记录发电机组运行特征变化下的主绝缘故障信号的原始采样数据。变负荷存储机制将发电机组的整个负荷区间划分若干个子区间，当发电机组在任意负荷子区间运行的时间超过某阈值时，触发数据存储。为防止冗余，每天每个负荷子区间上保存的文件不超过10个。特征信息过阈值存储机制绝缘故障信号的分析与计算结果超过某阈值时，触发数据存储。特征信息突变存储机制当主绝缘故障信号的分析与计算结果呈现突然増大或突然减小的趋势吋，触发数据存储。定时存储机制根据时间定时触发存储，实现了主绝缘预警装置的常规信息记录。本发明通过快速高效的实时信号处理的技术以及多线程并发处理的技术，使得エ控机完成五个エ频周期的主绝缘故障信号采集以及原始采样数据的显示、原始采样数据的存储、绝缘故障信号的分析与计算等这样ー个采集-分析任务的时间花费小于ls，若发现发电机主绝缘故障信号出现异常立即发出预警信息，使得发电机主绝缘故障潜伏时间小于Is0
图I为本发明结构连接示意图。图2为本发明的系统软件结构图。图3为本发明的主绝缘故障预警方法流程图。其中1_发电机中性点，2-高压保险，3-绝缘故障传感器，4-信号调理器，5-同轴电缆，6-控制信号线，7-CAN网络。
具体实施例方式如图I所示，本发明包括高压保险2、绝缘故障传感器3、信号调理器4、同轴电缆5、控制信号线6、A/D采集卡、CAN通讯卡、エ控机，A/D采集卡、CAN通讯卡分别安装在エ控机内，绝缘故障传感器3的输入端通过高压保险2与发电机中性点I相连，绝缘故障传感器3的接地端接地，绝缘故障传感器3的输出端通过同轴电缆5与信号调理器4输入端相连，信号调理器4输出端与エ控机的A/D米集卡相连,信号调理器4的放大控制端与エ控机的DO ロ相连，エ控机的CAN通讯卡与CAN网络相连。绝缘故障传感器采用的是武汉海泰电カ科技有限公司生产的TONC20型传感器，信号调理器采用的是武汉海泰电カ科技有限公司生产的KMCO型信号调理器，A/D采集卡采用的是采样率为30MS/s的高速采集卡，エ控机采用的是的无风扇、无转动部件，抗干扰能力强、可靠性高、免维护、可扩展性强的エ控机；CAN通讯卡采用的是北京华控技术有限责任公司生产的HK-CAN30B。如图2、图3所示，一种发电机主绝缘故障实时在线预警方法，包括以下步骤(I)、エ控机对绝缘故障信号进行连续采集和分析与计算エ控机完成五个エ频周期的数据采集后，采用多线程并发处理技术同步进行绝缘故障信号的分析与计算和原始采样数据显示与存储，接着又开始五个エ频周期的数据采集，周而复始；(2)、エ控机通过CAN通讯卡接收发电机组的エ况信息，所述エ况信息为停机等 待、开机过程、并网过程、负载过程、加负荷过程、减负荷过程、解列过程和停机过程；(3)、エ控机通过CAN通讯卡把绝缘故障信号的分析与计算结果向其他设备发送；(4)、エ控机结合绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的エ况信息，实时提供发电机主绝缘故障预警信息；(5)、エ控机结合绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的エ况信息，采用多种数据存储机制对原始采样数据存储。多线程并发处理技术为现有技术，描述如下所述的エ控机装载有发电机主绝缘实时在线预警软件，在软件初始化时预先分别创建原始采样数据的显示、原始采样数据的存储、绝缘故障信号的分析与计算三个挂起的线程，当绝缘故障信号采集完成时三个线程被激活，当完成原始采样数据的显示、原始采样数据的存储、绝缘故障信号的分析与计算之后，三个线程被挂起，同时启动对绝缘故障信号的采集，周而复始。エ控机对绝缘故障信号的分析与计算，包括以下几个步骤(I)、采用切比雪夫I高通滤波器来抑制周期性窄带干扰，其中的通带边界频率为200KHz，阶数为6阶；(2)、对绝缘故障信号中的脉冲进行提�。龀逄崛〉幕救挝袷侨范龀宓钠鹗际奔鋞(s)和終止时间t(e);即根据绝缘故障信号中脉冲上升沿和下降沿的位置，来确定脉冲的起点和終点；分别记录下每个脉冲的起点和终点在绝缘故障信号采样序列lx(i)}中的位置，作为脉冲提取的結果，i为自然数；(3)、对提取后的脉冲进行脉冲宽度、脉冲幅值和脉冲上升沿的陡峭程度特征计算，并与エ控机内知识库中的各类脉冲相比较，来识别各类脉冲，各类脉冲为可控硅动作感应脉冲、雷电感应脉冲、雷电冲击脉冲、刀闸操作感应脉冲、刀闸操作冲击脉冲和局部放电脉冲，再统计出各类脉冲幅值的最大值、平均值，各类脉冲的个数，作为绝缘故障信号的分析与计算的結果。对绝缘故障信号中的脉冲进行提取采用现有方法。由于绝缘故障信号通常与发电机组エ况有密切的关系，发电机主绝缘故障预警得结合发电机组的エ况信息来进行。发电机主绝缘预警信息包括预警等级、预警机制、预警内容。将发电机主绝缘故障预警信息等级分为异常提示、异常报警，级别依次升高。故障预警机制分为分エ况预警、突发性异常预警。分エ况报警指，根据当前的发电机组エ况和主绝缘故障信号的分析与计算结果来提供发电机主绝缘故障预警信息，以开机エ况为例预警信息可能为异常提示、分エ况预警、发电机组开机并网过程中发电机局部放电脉冲幅值较大。突发性异常预警指直接根据主绝缘故障信号的分析与计算結果，对突发性的主绝缘故障信号异常直接发出预警信息，以雷电冲击为例预警信息可能为异常报警、突发性异常预警、雷电冲击后发电机局部放电脉冲幅值明显増大。エ控机结合绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的エ况信息，实时提供发电机主绝缘故障预警信息，包括两项内容判断在当前エ况下，发电机主绝缘故障信号的分析与计算结果是否超标，若超标则发出主绝缘故障预警；不考虑当前エ况，直接根据发电机主绝缘故障信号的分析与计算结果简要分析，判断是否发出主绝缘故障预警。 原始采样数据存储的技术方案如下文所述由于发电机组运行状况复杂，在特定的运行状况下，主绝缘故障信号往往不相同。为了给主绝缘故障预警保留证据并且在減少冗余的前提下尽量全面地保存主绝缘故障信号的原始采样数据，对原始采样数据存储采用了多种数据存储机制。各存储机制的触发条件分别如下预警事件存储机制当发出主绝缘故障预警信息时，触发数据存储，为主绝缘故障预警保留证据。变エ况存储机制当发电机组エ况出现变化时，触发数据存储，比如当出现并网过程、解列过程、发电机组增负荷、发电机组减负荷等过程时保存数据。变エ况存储机制主要用来记录发电机组运行特征变化下的主绝缘故障信号的原始采样数据。变负荷存储机制将发电机组的整个负荷区间划分若干个子区间，当发电机组在任意负荷子区间运行的时间超过一定阈值时，触发数据存储。为防止冗余，每天每个负荷子区间上保存的文件不超过10个。特征信息过阈值存储机制绝缘故障信号的分析与计算结果超过某阈值时，触发数据存储。特征信息突变存储机制当主绝缘故障信号的分析与计算结果呈现突然増大或突然减小的趋势吋，触发数据存储。定时存储机制根据时间定时触发存储，实现了主绝缘预警装置的常规信息记录。以上所述，仅是用以说明本发明的具体实施案例而已，并非用以限定本发明的可实施范围，举凡本领域熟练技术人员在未脱离本发明所指示的精神与原理下所完成的一切等效改变或修饰，仍应由本发明权利要求的范围所覆盖。
权利要求
1.一种发电机主绝缘故障实时在线预警装置，主要包括高压保险、绝缘故障传感器、信号调理器、同轴电缆、控制信号线、A/D采集卡、CAN通讯卡、工控机，A/D采集卡、CAN通讯卡分别安装在工控机内，其特征在于绝缘故障传感器的输入端通过高压保险与发电机中性点相连，绝缘故障传感器的接地端接地，绝缘故障传感器的输出端通过同轴电缆与信号调理器输入端相连，信号调理器输出端与工控机的A/D采集卡相连，信号调理器的放大控制端与工控机的DO 口相连，工控机的CAN通讯卡与CAN网络相连。
2.根据权利要求I所述发电机主绝缘故障实时在线预警方法，其特征在于包括以下步骤 (1)、工控机对绝缘故障信号进行连续采集和分析与计算工控机完成五个工频周期的数据采集后，采用多线程并发处理技术同步进行绝缘故障信号的分析与计算和原始采样数据显示与存储，接着又开始五个工频周期的数据采集，周而复始； (2)、工控机通过CAN通讯卡接收发电机组的工况信息，所述工况信息为停机等待、开机过程、并网过程、负载过程、加负荷过程、减负荷过程、解列过程和停机过程； (3)、工控机通过CAN通讯卡把绝缘故障信号的分析与计算结果向其他设备发送； (4)、工控机结合绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的工况信息，实时提供发电机主绝缘故障预警信息； (5)、工控机结合绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的工况信息，采用多种数据存储机制对原始采样数据存储。
3.根据权利要求2所述的发电机主绝缘故障实时在线预警方法，其特征在于所述工控机对绝缘故障信号的分析与计算，包括以下几个步骤 (1)、采用切比雪夫I高通滤波器来抑制周期性窄带干扰，其中的通带边界频率为200KHz，阶数为6阶； (2)、对绝缘故障信号中的脉冲进行提�。龀逄崛〉幕救挝袷侨范龀宓钠鹗际奔鋞(s)和终止时间t(e);即根据绝缘故障信号中脉冲上升沿和下降沿的位置，来确定脉冲的起点和终点；分别记录下每个脉冲的起点和终点在绝缘故障信号采样序列lx(i)}中的位置，作为脉冲提取的结果，i为自然数； (3)、对提取后的脉冲进行脉冲宽度、脉冲幅值和脉冲上升沿的陡峭程度特征计算，并与工控机内知识库中的各类脉冲相比较，来识别各类脉冲，各类脉冲为可控硅动作感应脉冲、雷电感应脉冲、雷电冲击脉冲、刀闸操作感应脉冲、刀闸操作冲击脉冲和局部放电脉冲，再统计出各类脉冲幅值的最大值、平均值，各类脉冲的个数，作为绝缘故障信号的分析与计算的结果。
4.根据权利要求2所述的发电机主绝缘故障实时在线预警方法，其特征在于发电机主绝缘预警信息包括预警等级、预警机制、预警内容。
5.根据权利要求2所述的发电机主绝缘故障实时在线预警方法，其特征在于发电机主绝缘故障预警信息等级分为异常提示和异常报警。
6.根据权利要求2所述的发电机主绝缘故障实时在线预警方法，其特征在于工控机结合绝缘故障信号分析与计算结果和发电机组的工况信息，实时提供发电机主绝缘故障预警信息，包括两项内容 判断在当前工况下，发电机主绝缘故障信号的分析与计算结果是否超标，若超标则发出主绝缘故障预警； 不考虑当前工况，直接根据发电机主绝缘故障信号的分析与计算结果简要分析，判断是否发出主绝缘故障预警。
7.根据权利要求2所述的发电机主绝缘故障实时在线预警方法，其特征在于所述的多种数据存储机制的触发条件分别如下 预警事件存储机制当发出主绝缘故障预警信息时，触发数据存储，为主绝缘故障预警保留证据； 变工况存储机制当发电机组工况出现变化时，触发数据存储，当出现并网过程、解列过程、发电机组增负荷、发电机组减负荷等过程时保存数据，变工况存储机制主要用来记录发电机组运行特征变化下的主绝缘故障信号的原始采样数据； 变负荷存储机制将发电机组的整个负荷区间划分若干个子区间，当发电机组在任意负荷子区间运行的时间超过某阈值时，触发数据存储；为防止冗余，每天每个负荷子区间上保存的文件不超过10个； 特征信息过阈值存储机制绝缘故障信号的分析与计算结果超过某阈值时，触发数据存储； 特征信息突变存储机制当主绝缘故障信号的分析与计算结果呈现突然增大或突然减小的趋势时，触发数据存储； 定时存储机制根据时间定时触发存储，实现了主绝缘预警装置的常规信息记录。
全文摘要
本发明涉及发电机主绝缘故障实时在线预警装置及预警方法，装置为绝缘故障传感器输入端通过高压保险与发电机中性点相连，绝缘故障传感器接地端接地，绝缘故障传感器输出端通过同轴电缆与信号调理器输入端相连，信号调理器输出端与工控机的A/D采集卡相连，信号调理器放大控制端与工控机DO口相连，工控机的CAN通讯卡与CAN网络相连。其预警方法为连续对发电机主绝缘故障信号进行采集，采用快速高效的实时信号处理以及多任务并发处理技术，能实时在线完成绝缘故障信号的分析与计算，同时结合CAN通讯卡接收到的发电机组的工况信息及时地提供发电机主绝缘故障预警信息，故障潜伏时间小于1秒。
文档编号G01R31/34GK102680893SQ20121015970
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者孙文星, 李朝晖 申请人:李朝晖
专业数控铣床产品供应商
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