通风机房高压断路器及高压电机手镯式无线测温电机定子绝缘局部放电在线监测.docx
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通风机房高压断路器及高压电机手镯式无线测温电机定子绝缘局部放电在线监测.docx
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通风机房高压断路器及高压电机手镯式无线测温电机定子绝缘局部放电在线监测
项目立项建议书
项目名称:
通风机房高压断路器及高压电机手镯式、无线测温、电机定子绝缘局部放电在线监测
申报单位:
平朔公司井工三矿
申报日期:
2014年8月29日
联系人:
联系电话:
电子信箱:
一、项目的意义和必要性
(项目研究的重要性和紧迫性、国内外同类研究进展情况、本项目对对促进企业技术进步的作用和意义)
通风机房高压断路器及高压电机手镯式、无线测温、电机定子绝缘局部放电在线监测是矿井通风关键的设备,是保证井下工人的生命安全,现有的主通风机房监测有:
前后轴温、三相电流值指示、电动机微机保护、风速、风压、流量指示,而没有定子绝缘监测和局部放电、触头测温监测。
通风运行为一用一备,运行中高压电机出现定子绝缘故障、触头高温及接线端头温度过热会造成绝缘下降造成弧光短路和局部放电增大,导致绝缘损坏发生接地或短路故障,现有的手段监测不到存在运行中的安全隐患,一旦定子绕组烧毁或某相接地,造成通风中断,不能保证一用一备的要求,严重危及井下人身安全。
电机发展来看检修方法也不断改变,从随坏随修(昂贵的维修费用和部件更换费用)、预防维修(定期停机、定期测试、定期维修、定期更换、某些停机、测试、和维修是不必要的,昂贵的)到现在的预知维修(按需停机、坏那就修那。
根据故障先兆计划何时停机和停机时间、需要可靠的在线检测仪器、诊断故障可能发生的先兆。
)迫切要求对大、中型电力设备的绝缘状态进行再线监测及诊断。
从而及时捕捉事故的先兆信息,排除故障,以保证其安全保质运行。
由“计划维修”过渡到“状态维修”成为改革的重要目标。
而状态监测,及时、准确的测到有关状态的特征参数,是“状态维修”的基础.因此,在线监测诊断预知预测,将为安全可靠地运行提供重要的保障。
二、主要研究内容与进度安排(项目内容和需解决的关键技术问题、研究周期、年度计划及年度目标等)
现有的高压风机监测有:
前后轴温、三相电流值显示、电动机微机保护、风速、风压、流量指示,而没有定子绝缘监测和局部放电、触头测温监测。
本系统的主要特点是抗干扰效果显著,功能强大灵活,运行可靠方便。
●抗干扰技术的创新。
在线监测PD最关键的技术是抗干扰,特别困难的是抑制随机性脉冲型的干扰,它类似放电脉冲,很难分离,对此,我们提出了双传感器定向耦合软件时延鉴别技术,效果很好(已申请专利)。
其要点是:
1.测试系统要有合适的响应能力;2.要有合适的传感器及安装在合适的位置;3.要用软件来识别。
此外,再综合采用数字滤波去除窄带干扰;用开窗剔除固定相位或周期性的干扰;用动态阈值消除背景噪声。
这样就可以基本上克服干扰的影响,使测得的数据可靠。
●新一代的PD测试装置。
虚拟仪器(VI)是标志着新一代的测试仪器。
本系统采用VI系统的构成方式,即PC-DAQ系统。
在硬件平台(仪器模块+计算机)确立后,可以由软件(而不是仪器面板操作)来实现各种功能。
由此,可以方便地实现PD各基本参数和各统计参数的测量计算,以及各类数据的分析处理,而且还便于扩展其他功能和巡回测量多台设备。
●运行可靠方便。
系统设计中要特别注意安全稳定运行,选用优质模块,采用各种保护措施,留有很大的安全裕度。
系统自动化程度很高,正常运行时不需要人工操作,有远程数据传送时,可以在上位机或网上察看测试结果,管理方便。
三、现有工作基础和条件
1)化学检测法。
在GIS内部电弧放电的作用下,部分SF6气体会发生分解,SOF2和SO2F2为两个重要的中间分解物,在线分析SOF2和SO2F2浓度,可以判断GIS内部放电的严重程度。
其优点是检测结果不受外界电磁干扰的影响,但存在的问题也是较多的。
试验统计分析表明,对自由微粒引起的局放测量效果
差;GIS中的吸附剂和干燥剂可能会严重影响化学方法测量的准确性;短脉冲放电不一定能够产生足够的分解物;一次试验需要做多种分解物的气相色谱试验和红外谱图分析;断路器动作时产生的电弧亦会影响测量。
(2)超声波法。
GIS局部放电会产生声波,包括纵波、横波和表面波。
在腔体外壁中传播的声波除纵波外还有横波,因此采用超声波传感器接收局放产生的振动信号,也能达到检测GIS内部局部放电的目的。
该方法的优点是传感器与GIS设备的电气回路无任何联系,不受电气方面的干扰。
缺点是在现场中除了局部放电以外,还存在不少可能引起外壳振动的因素,而且有的干扰还很强烈。
3)外复电极法。
其结构是在GIS外壳上敷设绝缘薄膜和金属电极,局放信号通过外壳与金属电极形成的小电容耦合到检测阻抗上,经放大后被检测出来。
小电容和检测阻抗对低频信号还起到隔离作用。
这种方法结构简单、较为实用。
4)内部电极法。
在GIS法兰内部加装金属电极与外壳形成电容,以此电容传感器提取局部放电的脉冲信号,这种方法结构简单、较为实用,其缺点是易受外界干扰,加装不便。
5)脉冲电流法。
当GIS内部产生局部放电时,接地线上有高频电流通过,因此可利用带有铁钛氧等磁芯材料的罗可夫斯基线圈作为传感器测量此高频信号。
该方法可以在很宽的频率范围内保持很好的传输特性,灵敏度高,放电量可以标定,但地线需穿过线圈,给现场使用带来了不便。
6)特高频(UHF)法。
该方法通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波,实现局部放电的检测。
该技术的特点在于:
检测频段高,可以有效地避开常规局部放电检测中的电晕、开关操作等多种电气干扰;检测频带宽,所以检测灵敏度高;而且可以识别故障类型和进行定位。
但对于GIS等封闭式设备,
将高压开关断路器触头和高压电机接线端头以无线测温形式射频传输,将监测到的温度信息实时传到无线接收监测装置。
插接触头的无线测温传感器分别安装在被测电气触头导流杆上三相和下三相上,高压电机接线端头部位无线测温传感器安装在接线端头的A、B、C三相上,可以最近距离和最直接的采集温度,采集时间为2.0秒-300秒,能够较早的发现过热,对测温点的位置,监控界面能及时发现准确定位、预警报警,提示运行人员及时处理。
四、预期目标
在电动机的三相高压出线处,每相各安装1对耦合电容器,耦合从电机内部传来的高频局部放电信号,同时隔离工频高压。
电容器低压端通过采样电阻接地,电阻两端的脉冲电压即局部放电的脉冲信号,将其输入FPGA采集模块单元,进行信号采集。
耦合电容器与检测阻抗组成传感器,要求有足够灵敏度和适当的频率响应。
1辅助电路
辅助电路用于提取放电相位信息,测量系统自检及电源控制。
对于局部放电信息,除了幅度大小之外,放电发生时刻对应的工频电压的相位也是重要信息。
这信息是从PT(互感器)上提取工频电压,经隔离、分压,变换为过零脉冲,输送到FPGA采集模块,作为采集放电信号的触发信号。
自检电路是为了检查测量系统是否能正常工作。
将机内产生的尖脉冲信号接入监测系统的输入端,用来代替局部放电信号。
若系统反映正常,就可以投入正式测量。
2电源管理单元
供电电源的稳定对于保证整个系统正常工作是非常重要的。
电源管理单元由数字I/O卡控制电源的开断。
3数据采集
采用自主研发基于以太网的数据采集卡,最高采样率可达100Mbps。
工作过程和原理:
传感器耦合的到放电信号,经过信号调理选择放大电路。
然后进入数据处理单元的AD转换。
转换成数字信号后,进行存储,处理和转发。
然后再由网络收发模块转发给光纤收发器。
经过光纤通路传输到上位机,从而完成一次数据采集。
技术指标:
1)、隔离放大及滤波模块:
a.隔离线性度:
<1%。
b.滤波频带:
40kHz~3MHz;
c.放大倍数:
直通、10倍、100倍。
2)、高速数据采集模块:
a.输入通道:
双路同步,单端接地方式;
b.A/D转换精度:
12位;
c.采样速率:
100MS/s单次采样;
d.存储深度:
每通道16MB;
e.输入范围:
±5V;
f.触发方式:
内触发、外触发可选;
g.通信协议:
TCP/IP网络协议;
h.供电电源:
DC5V/10W;
i.外部接口:
RJ45接口,50-3同轴线接口;
4工控机
2.0GP4CPU/16OG硬盘/1G内存/液晶显示器
5系统软件
系统软件实现服务器/客户机之间对局部放电信号的在线数据采集,局放数据的处理及存储,对局部放电的谱图显示,对历史局放状况的查询等功能。
本软件力图实现局部放电测量过程自动化监测,简化工作人员操作,但用户也可以通过手动操作,实现查询、分析等更多功能。
6采集软件
本局部放电在线监测控制软件是采用LabVIEW图形编辑软件编制而成。
该软件在编写控制面板方面具有强大的功能。
本系统有两个控制面板,一块安装在下位机上,直接负责采集控制,另一块安装在上位机上,用来发送采集命令和接受下位机上来的数据,并进行相关控制和数据采集。
该模块主要用来完成硬件接口控制的程序。
可以进行网络采集控制,网络数据传输,抗干扰等功能。
主要有:
◇对多路局部放电信号传感器单元的循环数据采集;
◇对原有的信号进行滤波(FIR或IIR),时延鉴别,相位开窗,设置阈值等抗干扰功能;
◇参数设置:
如采集速率、采集通道的选择及程控放大倍数的选取等。
◇采集程序分自动和手动,可由用户设置。
6数据库软件
由MicrosoftSQLServer构建的局放数据数据库,可以方便实现数据服务器/客户结构,及升级为数据网络传输。
该模块将局放采集信号,诊断及查询的模块联结在一起,对一般用户隐藏,只有拥有高级管理权限的用户可以对其进行数据操作。
数据库中存储三部分数据:
◇存贮实时局放数据及预处理数据,此数据可生成各种局放的谱图;
◇存贮历史局放数据信息及典型局放模式数据信息,根据此数据可以生成局放趋势图,并且实现对历史局放相关参数的查询;
◇存贮局放数据,实现对局放警戒值或者出现事故的相关历史数据追踪显示,查询。
7分析软件
分析软件模块也是在Labview的开发平台下完成的,具有友好的界面。
其主要功能如下所示:
◇测量系统可以检测放电幅值(Qm),相位,次数,极性,放电总量(NQN)等参数;
◇显示二维(q-φ,N-φ,logN-q)、三维(N-q-φ)放电谱图、工频周期放电图
◇由局部放电引起的故障预警,报警;
◇选定区间放电趋势图及查询历史局部放电数据;
触头测温由绝缘材料注塑而成,中间为圆孔,设计简单、合理,构思巧妙,因将电气触头无线测温无线监测装置以手镯的形式套在被测电气触头上紧密接触,可以最近距离和最直接的采集触头温度的信号,能够温度进行实时监测,能够较早的发现问题,对触头工作异常情况准确定位,为故障预知和综合判断处理提供可靠测量依据。
五、经费预算
序号
预算名称
内容
预算金额
硬件费用预算
工作状态监测装置
(矿用合格证)
76.5万
防爆无线数据采集仪
20万
特高频传感器
55万
485/232光交换机
9万
……
系统软件费用
操作系统
4万
数据库
3万
防病毒软件
0.5万
……
应用软件费用
应用环境软件
26万
开发环境软件
15万
应用软件产品
15万
实施培训费用
咨询设计
免费
项目实施
6万
应用培训
1万
……
运营维护费用
运营费用
免费
系统/设备维护升级
免费
6
其他费用
6万
7
合计
大写:
壹佰贰拾万元整
240万
四、
项目建设方式(可单独成页)
自主开发招标采购其它方式(需说明)
项目建设和说明采用“其它方式”,请在此说明:
五、项目主要管理和参与人员
项目负责人:
序号
姓名
性别
部门(公司)
职务
项目参与人员:
序号
姓名
性别
部门(公司)
职务
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- 关 键 词:
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