一种集成的永磁风力发电机定子绕组绝缘检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及到一种集成在风力发电变流器内部的永磁风力发电机定子绕组绝缘检测装置，适用于永磁风力发电机绝缘性能的在线检测。


背景技术：

2.随着全球各地环境污染的日益严峻和能源危机的不断加剧，风能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，其影响力在逐年攀升；根据国家统计局公开的数据显示，在2020年末全国发电装机容量中，并网风电装机容量约占总体的12.8％，同时并网风电装机增长率排名第一，由此可见，在2020年度中，风电行业发展最为迅猛；同时，随着“十四五”规划的出台，碳达峰和碳中和相继提出，将会给新能源领域带来巨大的前景空间。
3.在整个风力发电系统中，发电机作为输出电能的重要设备，其重要性不言而喻；但是，由于风电机组应用环境的复杂性和多样性，给发电机绝缘系统带来了严峻的挑战，尤其是潮湿环境的影响，使得发电机绕组容易受潮，且风电机组频繁启停和昼夜温差产生的温度交变也将进一步带来周期性的应力影响；如果在发电机绝缘电阻值较低的情况下进行启动，将有可能造成严重的绝缘击穿等重大事故，鉴于此，为了有效地提高运行的安全度，对风力发电机的绕组绝缘进行不定期检测是十分有必要的。
4.通过对现有技术的检索发现，对风力发电机的绝缘性能检测主要是通过在塔筒内加装检测设备来实现：例如中国专利cn201921887165.x，其公开了一种风力发电机绝缘电阻在线监控仪，以及中国专利cn201710270394.6，其公开了一种永磁风力发电机的发电机绝缘检测装备及检测方法，这两篇专利文献均公布了一种风力发电机绝缘检测装置，而且这两者有一个共性，均是在风机塔筒内额外安装检测设备；该方法虽然可以实现对发电机绝缘性能的检测，然而，在狭小的塔筒内增加额外的设备，塔内的可维护空间进一步的被压缩，同时也将会增加运维人员的额外负担，此外，由于风场环境的严酷性，对加装检测设备的ip防护性能也将是一个很大的考验。
5.由此可见，在不增加风机塔筒内额外设备和不增加运维人员额外负担的前提下，在已有设备上进行集成发电机绝缘检测功能有着显著的现实意义。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于，提供一种能在已有设备上集成发电机绝缘检测功能的永磁风力发电机定子绕组绝缘检测装置；本实用新型所需解决的技术问题是解决现有技术中的发电机绝缘检测装置不能在已有设备上集成发电机绝缘检测功能的问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供一种集成的永磁风力发电机定子绕组绝缘检测装置，其特征在于：所述检测装置包括接触器ks1、接触器ks3、绝缘检测系统，其中，当所述发电机为单绕组时，所述接触器ks1连接直流输出正极端hv+和永磁发电机的定子绕组一，所述接触器ks3连接直流输出负极端hv-和永磁发电机的接地端；绝缘检测系统包括can通信电路、arm处理芯片、do驱动电路、dcdc高压输出电路、采样电路、接触器驱动电路，can
通信电路通过can总线和变流器控制系统连接，can通信电路和变流器之间进行信息交互，arm处理芯片用于绝缘检测程序的运行，do驱动电路用于驱动单板上的继电器，继而继电器驱动三个接触器ks1和ks3，dcdc高压输出电路用于输出直流高压信号，采样电路用于电压和电流的采样，进而计算绝缘电阻值，接触器驱动电路驱动三个接触器ks1和ks3。
8.优选，当所述发电机为双绕组时，所述检测装置还包括接触器ks2、所述接触器ks2连接直流输出正极端hv+和永磁发电机的定子绕组二，继电器驱动三个接触器ks1、ks2和ks3，接触器驱动电路驱动三个接触器ks1、ks2和ks3。
9.优选，do驱动电路和接触器驱动电路相互配合，当测试永磁发电机的定子绕组一时，接触器ks1和接触器ks3闭合，当测试永磁发电机的定子绕组二时，接触器ks2和接触器ks3闭合。
10.优选，所述arm处理芯片为stm32f103rct6。
11.优选，dcdc直流电压输出模块为ho1-p1251v-0.5d。
12.优选，采样电路中，电压采样电路的采样电阻为2个0.1w的10k电阻，电流采样电路的采样电阻为2个0.25w的1k电阻。
13.优选，变流器系统和风电场主控系统之前的通信方式为下述四种方式中的其中任何一种：profibus-dp协议、canopen协议、interbus协议、modbus协议。
14.本实用新型中的绝缘检测装置通过集成在塔筒内的风力发电变流器内部，并将绝缘检测系统和变流器控制系统之间建立通信联系，随即可通过风电场主控系统，远程直接下命令进行绝缘检测以及绝缘数据的采集，以便运维人员快速高效的进行诊断，降低运维压力。
附图说明
15.图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
16.参见图1，本实用新型中的集成的永磁风力发电机定子绕组绝缘检测装置，所述检测装置包括接触器ks1、接触器ks2、接触器ks3、绝缘检测系统。其中，接触器ks1连接的是直流输出正极端hv+和永磁发电机的定子绕组1，接触器ks2连接的是直流输出正极端hv+和永磁发电机的定子绕组2(如发电机为单绕组则仅适用接触器ks1，如发电机为双绕组则使用接触器ks1和接触器ks2)，接触器ks3连接的是直流输出负极端hv-和永磁发电机的接地端；绝缘检测系统包括can通信电路、arm处理芯片、do驱动电路、dcdc高压输出电路、采样电路、接触器驱动电路，can通信电路通过can总线和变流器控制系统连接，可以和变流器之间进行信息交互，arm处理芯片进行绝缘检测程序的实现，do驱动电路用于驱动单板上的继电器，继而继电器在驱动三个接触器ks1、ks2和ks3，dcdc高压输出电路用于输出直流高压信号，采样电路用于电压和电流的采样，进而计算绝缘电阻值，接触器驱动电路驱动三个接触器ks1、ks2和ks3；do驱动电路和接触器驱动电路相互配合，当测试永磁发电机的定子绕组1时，接触器ks1和接触器ks3闭合，当测试永磁发电机的定子绕组2时，接触器ks2和接触器ks3闭合；所选用的arm处理芯片为stm32f103rct6，并通过该芯片实现变流器系统和绝缘检测系统之间的can通信；dcdc直流电压输出模块为ho1-p1251v-0.5d，标称输出电压为
1250vdc，该检测直流电压的具体数值不应成为本实用新型的限制范围；采样电路中，电压采样电路的采样电阻为2个0.1w的10k电阻，电流采样电路的采样电阻为2个0.25w的1k电阻；变流器系统和风电场主控系统之前的通信方式，可为下述四种方式中的其中任何一种：profibus-dp协议、canopen协议、interbus协议、modbus协议。
17.当永磁风力发电机在停机状态时，通过风电场主控系统给变流器发送绝缘检测命令，变流器在接收到绝缘检测命令后，开始执行发电机定子绕组的绝缘性能检测，通过绝缘检测系统产生最高1250vdc电压加到发电机定子绕组和接地端上，通过检测回路中的泄露电流，计算出绝缘电阻阻值，核算绝缘阻值是否正常范围内，并将该数据反馈给风电场主控系统。
18.测试发电机定子绕组一时：当变流器控制系统接收到主控的命令时，通过can通信将绝缘检测指令传达给绝缘检测系统上的arm芯片，arm芯片判断此时是否具备绝缘检测的条件，即是否在停机状态下，当满足条件时，arm芯片首先给do驱动电路发信号，pb12引脚输出高电平，驱动do电路，同时再驱动接触器ks1和接触器ks3，使得定子绕组一的检测回路具备测试条件；随即，arm芯片给dcdc高压输出模块启动指令，dcdc高压输出模块对定子绕组一进行施压测试，同时采样电路将根据采样得到的电压和电流值，计算得出此时定子绕组一的绝缘阻值，并记录15秒和60秒这两个时刻的绝缘值，最后，arm芯片将所采集到的数据通过can通信传递给变流器控制系统，变流器控制系统再将该数据反馈给风电场主控系统。
19.测试发电机定子绕组二时：当变流器控制系统接收到主控的命令时，通过can通信将绝缘检测指令传达给绝缘检测系统上的arm芯片，arm芯片判断此时是否具备绝缘检测的条件，即是否在停机状态下，当满足条件时，arm芯片首先给do驱动电路发信号，pc10引脚输出高电平，驱动do电路，同时再驱动接触器ks2和接触器ks3，使得定子绕组二的检测回路具备测试条件；随即，arm芯片给dcdc高压输出模块启动指令，dcdc高压输出模块对定子绕组二进行施压测试，同时采样电路将根据采样得到的电压和电流值，计算得出此时定子绕组二的绝缘阻值，并记录15秒和60秒这两个时刻的绝缘值，最后，arm芯片将所采集到的数据通过can通信传递给变流器控制系统，变流器控制系统再将该数据反馈给风电场主控系统。
20.当永磁风力发电机在运行状态时，即使风电场主控系统由于误操作给出了绝缘检测命令，绝缘检测系统中的arm芯片会进行判断，即是否在停机状态下，如在运行状态下，则不响应主控的绝缘检测命令。
21.与现有技术相比，本实用新型结合实际并将绝缘检测装置通过集成在塔筒内的风力发电变流器内部，同时，将绝缘检测系统和变流器控制系统之间建立通信联系，随即可通过风电场主控系统，远程直接下命令进行绝缘检测以及绝缘数据的采集，以便运维人员快速高效的进行诊断，降低运维压力。
22.综上所述仅体现了本实用新型的优选技术方案，本领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，都应为本实用新型的技术范畴。