基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置制造方法
【專利摘要】基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，包括：用于檢測O3濃度的第一氣體傳感器、用于檢測NO濃度的第二氣體傳感器、用于檢測NO2濃度的第三氣體傳感器，所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器位于發(fā)電機風(fēng)洞中；所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器分別連接信號采集/處理模塊，信號采集/處理模塊連接現(xiàn)地處理模塊，現(xiàn)地處理模塊連接上位機、報警裝置和液晶顯示屏。本實用新型可以方便實現(xiàn)發(fā)電機定子絕緣的在線檢測。氣體傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的測量精度高，穩(wěn)定性好，抗干擾的能力很強，體積小，成本極低，且安裝維護極為方便，容易推廣普及。
【專利說明】基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型一種基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，用于判斷發(fā)電機定子線棒的絕緣狀態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機被稱為電力系統(tǒng)的“心臟”，其能否安全、可靠運行，不僅影響供電質(zhì)量，還關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而發(fā)電機的運行可靠性與定子線棒絕緣性能密切相關(guān)，由于受到電場、熱場、機械應(yīng)力、環(huán)境因素等作用下，發(fā)電機定子線棒絕緣逐漸老化，絕緣性能逐漸下降，容易引發(fā)絕緣擊穿造成設(shè)備故障，因此，對發(fā)電機定子線棒的絕緣進行狀態(tài)檢測，可對絕緣的可靠性和絕緣的剩余壽命做出預(yù)測，從而盡早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，合理組織設(shè)備維修或更換，避免一些潛在的故障發(fā)生。
[0003]目前，電力運行部分對電力設(shè)備主要是進行預(yù)防性維修，即定期試驗和維修，這對減少和防止事故起到了較好作用，然后預(yù)防性維修是離線進行的，需停電進行試驗，容易造成過度維修或維修不足。正是由于定期檢查和維修存在諸多不足，目前正在大力發(fā)展以在線檢測、或狀態(tài)檢測為基礎(chǔ)的狀態(tài)維修。通常絕緣在老化的過程中，會伴隨著諸多電氣量與非電氣量的改變，這些狀態(tài)量的改變成了絕緣檢測中的重要依據(jù)。目前國內(nèi)外對定子線棒絕緣檢測大部分都是圍繞檢測放電脈沖信號的，這些方法最為直接，靈敏度較高。但是容易受到各種脈沖干擾，裝置復(fù)雜，造價較高，且安裝、維護也較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置。基于氣體檢測的原理，通過對水輪發(fā)電機組運行過程的空氣中的:o3，no和勵2氣體濃度進行檢測，判斷發(fā)電機定子線棒的絕緣狀態(tài)。
[0005]本實用新型采取的技術(shù)方案為:基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，包括:用于檢測O3濃度的第一氣體傳感器、用于檢測NO濃度的第二氣體傳感器、用于檢測NO2濃度的第三氣體傳感器，所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器位于發(fā)電機風(fēng)洞中；所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器分別連接信號采集/處理模塊，信號采集/處理模塊連接現(xiàn)地處理模塊，現(xiàn)地處理模塊連接上位機、報警裝置和液晶顯示屏。
[0006]所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器均為:臭氧傳感器MQ131。
[0007]所述信號采集/處理模塊由:信號處理模塊與A/D采集模塊連接構(gòu)成。所述信號采集/處理模塊連接溫度傳感器、濕度傳感器。
[0008]所述現(xiàn)地處理模塊通過RS-232串口總線連接上位機。所述現(xiàn)地處理模塊為單片機處理模塊。
[0009]本實用新型一種基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，可以方便實現(xiàn)發(fā)電機定子絕緣的在線檢測。氣體傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的測量精度高，穩(wěn)定性好，抗干擾的能力很強，體積小，成本極低，且安裝維護極為方便，容易推廣普及。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:
[0011]圖1是本實用新型在線檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本實用新型在線檢測裝置主電路圖。
[0013]圖3是本實用新型在線檢測裝置外圍電路圖。
[0014]圖4是本實用新型臭氧傳感器MQ131檢測電路圖。
【具體實施方式】
[0015]工作原理:
[0016]發(fā)電機定子線棒的主絕緣采用環(huán)氧粉云母為基礎(chǔ)、環(huán)氧樹脂為膠粘劑、玻璃纖維補強的熱固性復(fù)合絕緣材料，這種復(fù)合絕緣材料在熱老化的過程的中發(fā)生熱降解和熱(氧化)脆化，同時聚合物會發(fā)生熱膨脹，導(dǎo)致主絕緣與導(dǎo)線之間脫殼，分層，產(chǎn)生空隙。這些間隙在電場作用會發(fā)生局部放電，氣體發(fā)生游離產(chǎn)生03，O3又易于N2發(fā)生反應(yīng)化合反應(yīng)產(chǎn)生NO, N02。因此本實用新型的核心就是在水輪發(fā)電機組的運行過程中，對發(fā)電機風(fēng)洞空氣中三種氣體:03，NO和NO2這三種氣體的濃度進行在線檢測，根據(jù)氣體濃度推斷絕緣缺陷。
[0017]基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，包括:混合氣體的檢測技術(shù)，采用氣體傳感器對03、NO和NO2的氣體濃度進行檢測，設(shè)置三種氣體的氣體濃度值閾值、濃度的變化趨勢閾值及濃度的比例閾值，通過檢測實際值判斷發(fā)電機定子線棒絕緣的破壞程度。用于檢測O3濃度的第一氣體傳感器、用于檢測NO濃度的第二氣體傳感器、用于檢測NO2濃度的第三氣體傳感器，所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器位于發(fā)電機風(fēng)洞中。
[0018]所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器分別連接信號采集/處理模塊，信號采集/處理模塊連接現(xiàn)地處理模塊，現(xiàn)地處理模塊連接上位機、報警裝置和液晶顯示屏。液晶顯示屏可以顯示測量值以及濃度閾值；所述現(xiàn)地處理模塊通過RS-232串口總線連接上位機。上位機用來保存數(shù)據(jù)以及輸送命令到現(xiàn)地處理模塊對系統(tǒng)的濃度閾值進行修改。
[0019]所述信號采集/處理模塊由:信號處理模塊與A/D采集模塊連接構(gòu)成。所述現(xiàn)地處理模塊為單片機處理模塊。
[0020]所述氣體傳感器感應(yīng)氣體變化，經(jīng)過信號處理模塊轉(zhuǎn)換成可供A/D采集模塊識別的電壓信號或單片機處理模塊直接識別的信號，單片機處理模塊控制A/D采集模塊對幾路信號進行A/D采集，單片機處理模塊對多路數(shù)據(jù)處理后計算出相應(yīng)的氣體濃度，并將測量值送液晶顯示屏進行實時顯示。達到濃度門檻值就給出報警裝置發(fā)出報警信號。指導(dǎo)運行人員對設(shè)備進行深入檢查，維修。同時單片機處理模塊通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。上位機對歷史數(shù)據(jù)進行存儲，以便日后查詢分析；上位機也可以輸送數(shù)據(jù)到現(xiàn)地處理模塊進行濃度閾值的修改。
[0021]電源采用220V交流電源，通過變壓器以及穩(wěn)壓濾波電路，輸出直流5V，對裝置供電。
[0022]所述第一氣體傳感器采用臭氧傳感器MQ131。單片機采用AVR的ATmegal6。
[0023]所述溫度傳感器采用DS18b20，所述濕度傳感器采用HSl 101。
[0024]所述液晶顯示屏采用lm240128r。
[0025]臭氧傳感器MQ131對臭氧具有較高的靈敏性，該傳感器工作時需要加熱電壓Vh和測試電壓V。，其測試電路如圖2、圖3所示。其中Vh是為了給傳感器提供合適的工作溫度，Vc是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻RL上的電壓V&。為了簡化整個裝置的供電電壓，將加熱電壓Vh和測試電壓VC都選用DC5V，則負載電阻RL上的電壓Vkl可直接用作A/D采集，負載電阻RL上的電壓V&的變化則反映了臭氧濃度的變化。由于溫度和濕度對臭氧傳感器MQ131有較大影響，為了準(zhǔn)確測出臭氧濃度，整個裝置還加入了溫度傳感器DS18b20，濕度傳感器HS1101，測出實時的環(huán)境溫度與濕度，再根據(jù)臭氧傳感器MQ131的典型溫、濕度曲線，對測量結(jié)果進行修正，使得測量精度更高。
[0026]溫度傳感器DS18b20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，其硬件電路極其簡單，只需要占用單片機的一個IO 口。DS18b20超小的體積，超低的硬件成本，所有的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全部集成于一個芯片，單片機對DS18b20進行精準(zhǔn)時序的處理，即
可讀出溫度的數(shù)字量。
[0027]濕度傳感器采用電容式的傳感器HSl 101，在電路中等效一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大，通過與NE555構(gòu)成振蕩電路，將電容量轉(zhuǎn)變成頻率信號，被單片機采集。將HSllOl和NE555同時接入電路中，如圖2所示。NE555電路功能的簡單概括為:當(dāng)6端和2端同時輸入為“I”時，3端輸出為“O”;當(dāng)6端和2端同時輸入為“O”時，3端輸出為“I”。在此電路中，555定時器正是根據(jù)這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號的。當(dāng)電源接通時，由于6和2端的輸入為“0”，則定時器3腳輸出為“I”;又由于Cl兩端電壓為0，故V。。通過R2和R3對Cl充電，當(dāng)Cl兩端電壓達到2/3V。。時，定時電路翻轉(zhuǎn)，輸出變?yōu)椤癘”。此時555定時器內(nèi)部的放電BJT的基極電壓為“I”，放電BJT導(dǎo)通，從而使電容Cl通過R3和內(nèi)部放電BJT進行放電，當(dāng)Cl兩端電壓降低到1/3V。。時，定時器又翻轉(zhuǎn)，使輸出變?yōu)椤?”，內(nèi)部放電BJT截止，Vrc又開始通過R2和R3對Cl充電，如此周而復(fù)始，形成振蕩。其工作循環(huán)中的充電時間為Tl=0.7(R2+R3)C1 ;放電時間為T2= 0.7R3*C1 ；輸出脈沖占空比為q = (R2+R3)/(R2+2R3)，為了使輸出脈沖占空比接近50%，R2應(yīng)遠遠小于R3。當(dāng)外界濕度變化時，HSllOl兩端電容值發(fā)生改變，從而改變定時電路的輸出頻率。因此只要測出555的輸出頻率，并根據(jù)濕度與輸出頻率的關(guān)系，即可求得環(huán)境的濕度。
[0028]對于NO與NO2的檢測，也可以采用相應(yīng)的氣體傳感器來檢測，但是由于NO與N02氣體傳感器大多是進口的，價格昂貴，而臭氧傳感器MQ131對NO，NO2也有一定的敏感度(僅次于臭氧和氯氣)，故本在線檢測裝置只用MQ131做檢測，由于03，NO，NO2這三種氣體都能反映出絕緣缺陷，選用MQ131檢測這三種氣體是合理的。為了提高環(huán)境因素的影響采用四點檢測，將4個MQ131均勻分布在檢測環(huán)境中。
[0029]實施步驟:
[0030]所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器對發(fā)電機風(fēng)洞中的空氣進行檢測，實時采集03，NO和NO2這三種氣體的濃度，經(jīng)過信號采集/處理模塊轉(zhuǎn)換成可供A/D采集模塊識別的電壓信號傳遞至現(xiàn)地處理模塊，現(xiàn)地處理模塊對數(shù)據(jù)進行處理后輸送至液晶顯示屏和上位機，液晶顯示屏對測量值進行實時顯示，上位機對數(shù)據(jù)進行存儲?，F(xiàn)地處理模塊可使用單片機，現(xiàn)地處理模塊對03，N0和NO2這三種氣體的濃度、濃度的變化趨勢、氣體濃度與定子絕緣的相關(guān)度進行分析，當(dāng)計算值達到門檻值后通過報警裝置發(fā)出報警信號，報警裝置可以采用:發(fā)光二極管LED、蜂鳴器等。提示運行人員對設(shè)備進行深入檢查，維修。
【權(quán)利要求】
1.基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，包括:用于檢測O3濃度的第一氣體傳感器、用于檢測NO濃度的第二氣體傳感器、用于檢測NO2濃度的第三氣體傳感器，其特征在于，所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器位于發(fā)電機風(fēng)洞中；所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器分別連接信號采集/處理模塊，信號采集/處理模塊連接現(xiàn)地處理模塊，現(xiàn)地處理模塊連接上位機、報警裝置和液晶顯示屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，其特征在于，所述第一氣體傳感器、第二氣體傳感器、第三氣體傳感器均為:臭氧傳感器MQ131。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，其特征在于，所述信號采集/處理模塊由:信號處理模塊與A/D采集模塊連接構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，其特征在于，所述信號采集/處理模塊連接溫度傳感器、濕度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，其特征在于，所述現(xiàn)地處理模塊通過RS-232串口總線連接上位機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述基于氣體檢測的發(fā)電機定子線棒絕緣在線檢測裝置，其特征在于，所述現(xiàn)地處理模塊為單片機處理模塊。
【文檔編號】G01R31/12GK203759183SQ201320716618
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】陳鐵, 吳喜春, 甘輝霞 申請人:三峽大學(xué)