一种在线式发电机轴电流测量装置的制作方法

本实用新型属于发电机轴电流测量技术领域，具体涉及一种在线式发电机轴电流测量装置。

背景技术：

发电机大轴的轴电流与发电机的安全运行紧密相关。根据统计，约20％的发电机故障是由于轴承损坏而造成的，而轴电流又是轴承损坏的重要原因，约占轴承损坏的30％。在正常情况下，发电机中的轴瓦是与大地绝缘的。如果轴承绝缘损坏，由于电机大轴内阻很小，即使轴电压很低，轴电流也可达很大数值。轴电流通过轴瓦摩擦面，将会在瓦面产生电弧，使轴瓦间的油膜破坏，导致烧瓦。另外，轴电流是通过大轴汽侧接地碳刷来形成回路的，碳刷接触程度的好坏，可能导致轴电流的变化，同时又对发电机转子接地保护有影响。如果大轴接地性能不好，将会导致发电机转子接地保护误动作，这也是当前转子接地保护应用中关注的热点问题。虽然发电机设计时为了防止轴电流引起的烧瓦，在轴承上装设了绝缘，但是机组在运行中，尤其是起、停过程中，可能损坏轴承绝缘；或者灰尘、金属微粒将轴承绝缘短路，从而使轴电流击穿油膜损坏轴瓦。已有现场经验证明，监测发电机轴电流，可以在一定程度上发现大轴接地异常情况，也能对轴电压异常进行预警，能够防范事故的发生，对机组运行安全发挥了良好的作用。因此，有必要进行发电机组轴电流的在线式测量装置的研究。目前还尚未有专门针对发电机轴电流监测的装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种在线式发电机轴电流测量装置，能够分析轴电流变化趋势，并进行异常告警，通知运行、检修人员提前进行处理，防范事故发生。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种在线式发电机轴电流测量装置，包括轴电流采集模块、处理模块和wifi蓝牙一体化模块，所述轴电流采集模块的电流输入端一端与发电机轴接地碳刷相连，另一端与地相连，所述轴电流采集模块用于采集发电机轴交流电流，并将交流电流转换为交流电压再转换为直流电压输入至处理模块的模拟量采集端口，所述处理模块的数字量端口与wifi蓝牙一体化模块的通信端口相连，所述处理模块以spi通信方式与wifi蓝牙一体化模块进行数据交换，处理模块用于得到输入直流电压的数值，并计算发电机实际轴电流有效值，所述wifi蓝牙一体化模块用于实时将测量的发电机实际轴电流发送至手机终端或电脑终端，并由手机终端或电脑终端进行电机实际轴电流波形显示及记录。

优选的，所述开关电源的交流电压输入端与单相220v交流电相连，输出直流正、负5v电压和地电压信号，开关电源的正、负5v电压输出端口和地端口与轴电流采集模块的正、负5v电压输入端口和地端口相连，开关电源的正5v电压输出端口和地端口与处理模块和wifi蓝牙一体化模块的正5v电压输入端口和地端口相连。

进一步的，所述开关电源采用集成型开关电源，正、负5v输出电压精度为±1％。

优选的，所述轴电流采集模块包括轴电流输入接口、采样电阻、片选电阻、滤波电容和ad采样芯片，采样电阻并联在轴电流输入接口的正极性端和地端口，电流输入接口的正极性端与ad采样芯片的交流电压输入端口相连，片选电阻一端与开关电源的正5v电压输出端口相连，另一端与ad采样芯片的片选信号端口相连，滤波电容一端与ad采样芯片的直流电压输出端相连，另一端与地相连。

进一步的，所述采样电阻用于将发电机轴交流电流转换为交流电压信号，ad采样芯片采用ad637有效值直流转换芯片，精度为0.02％。

优选的，所述处理模块包括电源接口、微处理器和spi通信接口，微处理器的模拟量采集端口与ad采样芯片的直流电压输出端相连，微处理器的数字量端口与spi通信接口的通信端口相连，spi通信接口用于和wifi蓝牙一体化模块相连接，电源接口与微处理器和spi通信接口相连。

进一步的，所述微处理器采用stc15f1k20ad单片机，模拟量采集精度为10位，具有20个引脚。

进一步的，所述微处理器采集的直流电压乘以电流电压转换系数k得到发电机轴电流实际交流电流有效值，电流电压转换系数k为采样电阻阻值的倒数。

一种在线式发电机轴电流测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将在线式发电机轴电流测量装置安装在发电机本体附近，进入步骤2)；

2)将轴电流采集模块中轴电流输入接口串入发电机接地碳刷与地的连接回路，即将轴电流输入接口的地与发电机地相连，轴电流输入接口正极性端与碳刷相连，进入步骤3)；

3)打开开关电源开关，装置供电正常，检查装置与手机终端或电脑终端通信正常，进入步骤4)；

4)处理模块中微处理器采集的直流电压乘以电流电压转换系数k得到发电机轴实际交流电流有效值，并通过spt通信方式传输至wifi蓝牙一体化模块，进入步骤5)；

5)wifi蓝牙一体化模块再将发电机轴实际交流电流有效值实时传输至手机终端或电脑终端进行数据记录、显示，进入步骤6)；

6)工作人员通过手机终端或电脑终端分析发电机轴电流变化趋势，在手机终端或电脑终端设置报警值，当轴电流超过报警值时，提醒运行、检修人员尽快处理。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过轴电流采集模块采集发电机大轴接地碳刷的电流，进一步转换为交流电压，再由ad转换芯片转换为与交流电压有效值对应的直流电压，提供给处理模块模拟量输入端口，处理模块分析得到该直流电压的大小，再乘以电流电压转换系数得到发电机轴电流有效值，通过spi通信方式传输给wifi蓝牙一体化模块，由wifi蓝牙一体化模块将轴电流数据转接至手机终端或电脑终端进行显示及记录，积累了轴电流的运行数据，助于查找事故原因，发现轴电流与机组安全性的内在规律，提高机组安全运行水平。

进一步的，本实用新型开关电源采用成熟的集成电源，能够输出高精度的电压，防止因电源导致整个装置无法正常工作，稳定性和可靠性较好。

进一步的，本实用新型选择高精度ad采样芯片，将交流电流转化的电压有效值精确转换为直流电压输出，安装在发电机接地碳刷处，实现对发电机组轴电流的精确测量。

进一步的，本实用新型通过wifi蓝牙一体化模块可实现分别与手机终端和电脑终端的连接，避免了通信电缆的铺设，节省了测量成本。

进一步的，本实用新型在手机终端和电脑终端进行轴电流数据显示、记录和分析，可实现轴电流变化趋势的判断识别大轴存在隐患。

进一步的，处理模块模拟量采集分辨率为10位，满足了直流电压ad采样需求，从处理器模块减小了测量误差。

进一步的，本实用新型填补了发电机轴电流监测的技术空白，便于现场推广使用。

进一步的，本实用新型可对轴电压进行预警，及时发现大轴存在的两点接地现象。

附图说明

图1为本实用新型测量装置组成图。

图2为本实用新型轴电流采集模块电路图。

图3为本实用新型处理模块电路图。

图中：1—开关电源；2—轴电流采集模块；3—处理模块；4—wifi蓝牙一体化模块。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型能够解决发电机轴电流无在线式监测设备问题，能够防范事故的发生，对机组运行安全发挥了良好的作用。

本实用新型一种在线式发电机轴电流测量装置，如图1所示，包括轴电流采集模块2、处理模块3和wifi蓝牙一体化模块4，所述轴电流采集模块2的电流输入端一端与发电机轴接地碳刷相连，另一端与地相连，所述轴电流采集模块2用于采集发电机轴交流电流，并将交流电流转换为交流电压再转换为直流电压输入至处理模块3的模拟量采集端口，所述处理模块3的数字量端口与wifi蓝牙一体化模块4的通信端口相连，所述处理模块3以spi通信方式与wifi蓝牙一体化模块4进行数据交换，处理模块3用于得到输入直流电压的数值，并计算发电机实际轴电流有效值，所述wifi蓝牙一体化模块4用于实时将测量的发电机实际轴电流发送至手机终端或电脑终端，并由手机终端或电脑终端进行电机实际轴电流波形显示及记录。

本实施例中，还包括开关电源1，所述开关电源1的交流电压输入端与单相220v交流电相连，输出直流正、负5v电压和地电压信号，开关电源1正、负5v电压输出端口和地端口与轴电流采集模块2的正、负5v电压输入端口和地端口相连，开关电源1的正5v电压输出端口和地端口分别与处理模块3和wifi蓝牙一体化模块4的正5v电压输入端口和地端口相连。

本实施例中，所述开关电源1采用集成型开关电源，正、负5v输出电压精度为±1％。

本实施例中，所述轴电流采集模块2包括轴电流输入接口、采样电阻、片选电阻、滤波电容和ad采样芯片，采样电阻并联在轴电流输入接口的正极性端和地端口，电流输入接口的正极性端与ad采样芯片的交流电压输入端口相连，片选电阻一端与开关电源1的正5v电压输出端口相连，另一端与ad采样芯片片的选信号端口相连，滤波电容一端与ad采样芯片的直流电压输出端相连，另一端与地相连；如2所示，轴电流采集模块2包括轴电流输入接口ac1、采样电阻r1、片选电阻r2、滤波电容c1和ad采样芯片cy1，采样电阻r1并联在轴电流输入接口ac1第1引脚和第2引脚，轴电流输入接口ac1第1引脚与ad采样芯片cy1第13引脚相连，轴电流输入接口ac1第2引脚与地相连，电容c1并联在ad采样芯片cy1第9引脚和第8引脚，ad采样芯片cy1第9引脚与第6引脚相连，片选电阻r2一端与开关电源1正5v电压输出端口相连，另一端与ad采样芯片cy1第5引脚相连，ad采样芯片cy1第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚均与地相连，ad采样芯片cy1第10引脚与开关电源1负5v电压输出端口相连，ad采样芯片cy1第11引脚与开关电源1正5v电压输出端口相连；轴电流输入接口ac1第1引脚与发电机轴接地碳刷相连，采样电阻r1将交流电流信号转换为交流电压信号，ad采样芯片cy1第13引脚为交流电压输入端口，ad采样芯片cy1第9引脚为直流电压输出端口，ad采样芯片cy1第5引脚为片选信号端口。

本实施例中，所述采样电阻用于将发电机轴交流电流转换为交流电压信号，ad采样芯片采用ad637有效值直流转换芯片，精度为0.02％。

本实施例中，所述处理模块3包括电源接口、微处理器和spi通信接口，微处理器的模拟量采集端口与ad采样芯片的直流电压输出端相连，微处理器的数字量端口与spi通信接口的通信端口相连，spi通信接口用于和wifi蓝牙一体化模块4相连接，电源接口与微处理器和spi通信接口相连；如图3所示，所述处理模块3包括电源接口dy1、微处理器wc1和spi通信接口spi1，电源接口dy1第1引脚与开关电源1正5v电压输出端口相连，电源接口dy1第2引脚与开关电源1输出地相连，电源接口dy1第3引脚与开关电源1负5v电压输出端口相连，电源接口dy1第1引脚、第2引脚分别与微处理器wc1第8引脚、第10引脚相连，电源接口dy1第1引脚、第2引脚分别与spi通信接口地1引脚、第6引脚相连，微处理器wc1第14引脚、第15引脚、第16引脚分别与spi通信接口spi1第4引脚、第3引脚、第2引脚相连，微处理器wc1第14引脚、第15引脚、第16引脚为数字量接口，可以spi通信协议与wifi蓝牙一体化模块4通信，微处理器wc1第20引脚与ad采样芯片cy1第9引脚相连，微处理器wc1第20引脚为模拟量采集端口，spi通信接口spi1用于和wifi蓝牙一体化模块4相连接。

本实施例中，所述微处理器采用stc15f1k20ad单片机，模拟量采集精度为10位，具有20个引脚。

本实施例中，所述微处理器采集的直流电压乘以电流电压转换系数k得到发电机轴电流实际交流电流有效值，电流电压转换系数k为采样电阻阻值的倒数。

一种在线式发电机轴电流测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将在线式发电机轴电流测量装置安装在发电机本体附近，进入步骤2)；

2)将轴电流采集模块2中轴电流输入接口串入发电机接地碳刷与地的连接回路，即将轴电流输入接口的地与发电机地相连，轴电流输入接口正极性端与碳刷相连，进入步骤3)；

3)打开开关电源1开关，装置供电正常，检查装置与手机终端或电脑终端通信正常，进入步骤4)；

4)处理模块3中微处理器采集的直流电压乘以电流电压转换系数k得到发电机轴实际交流电流有效值，并通过spt通信方式传输至wifi蓝牙一体化模块4，进入步骤5)；

5)wifi蓝牙一体化模块4再将发电机轴实际交流电流有效值实时传输至手机终端或电脑终端进行数据记录、显示，进入步骤6)；

6)工作人员通过手机终端或电脑终端分析发电机轴电流变化趋势，在手机终端或电脑终端设置报警值，当轴电流超过报警值时，提醒运行、检修人员尽快处理。

以上所述，仅是本实用新型专利的较佳实施例，并非对本实用新型专利作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。