一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质与流程

本发明涉及风力发电机绝缘检测，具体涉及一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质。

背景技术：

1、近年来，风电的快速发展，其智能运维愈加重要。风电通常位于偏远地区或近海区域，运行环境恶劣，交通不便，运维成本高。尤其是海上风电，长期工作于潮湿和盐雾环境，停机后机端电缆及发电机绕组绝缘容易受潮劣化，形成电机绝缘故障，损坏设备，威胁系统安全。为此，规程规定风电停机重启前应进行电机绝缘电阻测试，停机时间达三天，也应开展绝缘测试。但风机地处偏远，分布分散，测试人员攀爬进机舱，拆开发电机外接电缆以实现检测，劳动强度大劳动效率低，难以按规程实施，风电机组绝缘故障时有发生。随着风电机组运行年限的增加，受潮、过电压作用等各种因素使绝缘老化劣化，机组绝缘故障会逐渐增多，有必要开展风机机组绝缘监测和智能化管理，及时掌握电机绝缘健康状态，对确保风电安全稳定运行具有重要意义。无论哪种类型的风电机组，其绝缘故障主要表现在整体绝缘受潮、绕组对地绝缘下降、机端电缆绝缘劣化、以及绕组匝间绝缘故障等。当风机绝缘受潮，绕组对地绝缘下降到0.5mω以下，风机重启就有绝缘击穿危险；绕组发生轻微的匝间短路时，发电机可以继续运行，但短路匝间因电磁感应产生大电流，局部发热使绕组绝缘迅速劣化，进一步发展可能引发更大范围的短路故障，因而及时开展绝缘测试，发现绝缘缺陷，是预防风机突发性故障的重要措施。

2、目前针对风力发电机的绝缘故障检测，有离线和在线两种检测诊断方式。

3、对绝缘整体受潮和绕组对地绝缘劣化，一般采用停机离线测试绕组对地绝缘电阻的方法来判断，如果绝缘电阻低于0.5mω，就认为绝缘性能下降，预警绝缘故障，进行检修。该方法对绕组对地绝缘灵敏，是离线预防性试验项目之一；同时也有利用风电停机时自动测试绕组对地绝缘电阻的远程测试系统用于工程实际，取得一定的效果。而对于风机定子转子绕阻的匝间绝缘故障，目前尚没有很好的测试方法和装置用于工程。现有测绕组直流电阻方法对于早期的几匝短路故障不灵敏。转子绕组交流阻抗检测法可灵敏发现转子匝间短路故障，而定子工频交流阻抗对匝间短路故障不敏感，均因现场条件限制风机都未开展这方面测试。定子绕组的匝间耐压试验法，对三相定子绕组施加高压脉冲电压，比较分析各相衰减电压波形来判断是否存在匝间短路；由于施加电压高，测试过程中有可能损害电机绝缘，降低电机的使用寿命；且测试要求高，现场实施困难。

4、在线检测则通常是利用双馈电机的匝间短路时三相电流不平衡特性、超温特征、振动信号的异常变化特征以及电气信号频域变化特征等实现匝间短路故障诊断，如对于双馈发电机转子绕组，由发生匝间短路故障时，转子基频振动与二倍频振动会增大的特性检测出是否发生匝间短路故障；对于双馈发电机定子绕组匝间短路，以负序电流等作为故障特征量进行故障诊断。在线监测方法实现较复杂，通常需要使用快速傅里叶变换、小波变换、模糊神经网络等分析技术，计算量大且不易及时地诊断出故障；另外，由于双馈发电机的定子绕组直接连接电网，在风场应用中存在电网电压三相不平衡、谐波含量过大或电压波动或跌落等问题，这都会严重影响在线诊断的准确性。风电绕组绝缘故障在线监测未能达到实用化要求。目前市面上有风机停机时远程测试绕组对地绝缘电阻的装置。在检定风机停电状态下，通过测控闭锁装置，将500v直流电压加载到绕组上，测量绕组对地绝缘电阻，可有效发现电机整体受潮及贯通性绝缘缺陷；但该方法不能检测出绕组匝间绝缘缺陷，如匝间短路故障，且不能实时反映风电机组绝缘状态。

5、总而言之，风机运行环境恶劣，随着运行年限增加，绝缘老化及劣化故障逐渐增多。目前风力发电机组缺少绝缘监测和智能化管理手段，风力发电机存在突发性绝缘故障风险。现有的风电运维仅在大修后或开机启动前测试绝缘电阻，存在测试安全风险和绝缘缺陷漏检风险，其局限性如下：(1)仅能测量绕组对地绝缘电阻，不能发现绕组匝间短路等绝缘缺陷；(2)需要定期就地进行绝缘测试，存在安全风险，且劳动强度大，测试效率低；(3)无远程测试功能和智能数据管理，不能进行趋势分析；(4)无在线监测，不能实时掌握风机绝缘状态，难以预防预警风机绝缘故障。此外，现有测试方法对测试电压和测试设备要求高，测试有可能损伤绝缘，且测试设备笨重、操作复杂，现场难以实施。现有测试方法不能实时监测风机绝缘，且离线测试方法难以检测绕组匝间短路故障。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种风力发电机绝缘检测方法、系统及介质，本发明旨在实现风力发电机的全面、准确的绝缘检测，预防预警风机绝缘故障，确保风机安全经济运行；延长电机寿命，降低能源消耗成本；可远程测控，无需现场测试，保障测试人员安全，提高测试效率；提高了风电运维水平，减少风机运维开支；可远程数据通信在线监测电机绝缘状态变化，实时掌握绝缘健康状态。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种风力发电机绝缘检测方法，包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，若泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试得到的绝缘状态均为绝缘正常，则判定风力发电机整体绝缘正常；否则，判定风力发电机整体绝缘异常。

4、可选地，对风力发电机进行泄漏电流测试包括：

5、s101，采集风力发电机的接地线上的泄漏电流，若泄漏电流超过设定值，或者泄漏电流的变化量超过设定值，则判定风力发电机整体绝缘异常；生成实测泄漏电流-时间曲线；

6、s102，根据实测泄漏电流-时间曲线确定对应的典型泄漏电流-时间曲线；

7、s103，根据确定的典型泄漏电流-时间曲线及其对应的绝缘状态，确定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常还是绝缘异常。

8、可选地，所述典型泄漏电流-时间曲线包括：曲线1：线性增大且最大值小于预设的注意值i1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线2：增大至接近预警值i2后下降到接近注意值i1，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线3：线性增大后稳定在接近注意值i1，对应的绝缘状态为绝缘正常；曲线4：先急剧增大，再稳定一段时间，最后缓慢增大至接近预警值i2，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线5：先急剧增大超过预警值i2后稳定在预警值以上，对应的绝缘状态为绝缘异常；曲线6：先持续增大超过预警值i2后进一步急剧增大，对应的绝缘状态为绝缘异常。

9、可选地，步骤s102中将泄漏电流-时间曲线和预设的多种典型泄漏电流-时间曲线进行对比以找到匹配的典型泄漏电流-时间曲线包括：将实测泄漏电流-时间曲线按照时间划分为前期a、中期b、近期c三个阶段并分段拟合曲线，分别获取三个阶段的拟合曲线的泄漏电流幅值ia、ib和ic，以及斜率xa、xb和xc；若满足：ia<i1,xa≈0；ib<i1,xb≈0；ic<i1,xc≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线1；若满足：ia<i1,xa>0；ib>i2,xb>0；ic<i2,xc<0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线2；若满足：ia<i1,xa>0；i1<ib<i2,xb≈0；i1<ib<i2,xc≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线3；若满足：ia<i1,xa>0；i1<ib<i2,xb≈0；ic>i2,xc>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线4；若满足：ia<i1,xa>0；ib>i2,xb>>0；ic>>i2,xc≈0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线5；若满足：ia<i1,xa>0；ib>>i2,xb>>0；ic>>i2,xc>>0，则判定实测泄漏电流-时间曲线对应的典型泄漏电流-时间曲线为曲线6；其中i1为注意值，i2为预警值。

10、可选地，步骤s102包括分别计算实测泄漏电流-时间曲线和预设的典型泄漏电流-时间曲线之间的面积关联度r，找到面积关联度r最大的典型泄漏电流-时间曲线作为确定的对应的典型泄漏电流-时间曲线；或者步骤s102包括分别将实测泄漏电流-时间曲线的图像和预设的典型泄漏电流-时间曲线的图像进行图像匹配，从而确定对应的典型泄漏电流-时间曲线。

11、可选地，对风力发电机进行绝缘电阻测试包括：

12、s201，在风力发电机处于停机状态的前提下，对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压u并检测回路电流i，通过电阻r＝u/i分别计算第15秒的绝缘电阻r15sec、第60秒的绝缘电阻r60sec以及第10分钟的绝缘电阻r10min；

13、s202，根据k＝r60/r15计算出吸收比k，根据p＝r10min/r60sec计算极化指数p；

14、s203，若第15秒的绝缘电阻r15sec、第60秒的绝缘电阻r60sec以及第10分钟的绝缘电阻r10min中任意一者大于绝缘电阻的预警值、吸收比k大于吸收比的预警值或者极化指数p大于极化指数的预警值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。

15、可选地，步骤s201中通过电阻r＝u/i分别计算第15秒的绝缘电阻r15、第60秒的绝缘电阻r60以及第10分钟的绝缘电阻r10min时，还包括首先根据下式将计算得到的绝缘电阻计算基准温度40℃下的绝缘电阻：

16、rmc＝ktrt；kt＝0.5(40-t)/10

17、上式中，rmc为基准温度40℃下的绝缘电阻，rt为计算得到的绝缘电阻，kt为修正系数，t为对风力发电机定子、转子绕组分别施加直流试验电压u时的环境温度；然后将基准温度40℃下的绝缘电阻和基准电阻进行比较，若基准温度40℃下的绝缘电阻小于基准电阻，则将基准电阻作为最终得到的绝缘电阻，否则将基准温度40℃下的绝缘电阻作为最终得到的绝缘电阻，其中基准电阻的计算函数表达式为：

18、

19、上式中，r为基准电阻，un为风力发电机的额定电压；pn为风力发电机的功率。

20、可选地，对风力发电机进行交流阻抗测试包括：

21、s301，在风力发电机处于停机状态的前提下，分别在风力发电机的定子、转子绕组的机端子间施加交流电压，并测出ab相之间的交流阻抗zab、bc相之间的交流阻抗zbc以及ca相之间的交流阻抗zca；

22、s302，对交流阻抗zab、zbc、zca进行横向比较：在交流阻抗zab、zbc、zca中找出最大交流阻抗zmax、最小交流阻抗zmin并求平均值得到平均交流阻抗zav，并根据下式计算交流阻抗的不平衡度p：p＝(zmax-zmin)/zav×100％，若不平衡度p超过设定值，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常；对交流阻抗zab、zbc、zca进行纵向比较：首先针对交流阻抗zab、zbc、zca分别计算其与历史值的变化量，得到ab相之间的变化量δzab、bc相之间的变化量δzbc和ca相之间的变化量δzca，并将变化量除以对应的交流阻抗得到相对减小量，若相对减小量大于设定值，则判定对应两相之间的交流阻抗异常，若任意两相之间的交流阻抗异常，则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘异常，否则判定风力发电机的绝缘状态是绝缘正常。

23、此外，本发明还提供一种风力发电机绝缘检测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述风力发电机绝缘检测方法。

24、此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述风力发电机绝缘检测方法。

25、和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：本发明风力发电机绝缘检测方法包括分别对风力发电机进行泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试，若泄漏电流测试、绝缘电阻测试以及交流阻抗测试得到的绝缘状态均为绝缘正常，则判定风力发电机整体绝缘正常；否则，判定风力发电机整体绝缘异常，本发明能够实现风力发电机的全面、准确的绝缘检测，预防预警风机绝缘故障，确保风机安全经济运行；延长电机寿命，降低能源消耗成本；可远程测控，无需现场测试，保障测试人员安全，提高测试效率；提高了风电运维水平，减少风机运维开支；可远程数据通信在线监测电机绝缘状态变化，实时掌握绝缘健康状态。