水轮发电机组励磁电压采样以及整流回路故障诊断方法与流程

1.本发明涉及水力发电生产技术领域，具体涉及水轮发电机组励磁电压采样以及整流回路故障诊断方法。


背景技术：

2.水轮发电机组是指由水轮机、水轮发电机及其附属设备（调速、励磁系统）组成的水力发电设备，其中励磁系统起着维持发电机机端电压，合理调节无功以及提高电力系统的稳定性的作用。所以，励磁系统的稳定关乎着整个发电站的安全生产运行。
3.整流回路作为励磁系统中最重要的电气回路，其运行工况直接影响发电机设备的正常运行。一旦整流回路出现故障，一般的现场处理为：1、通过示波器检查励磁输出信号是否正常；2、检查励磁控制器输出的pwm脉冲是否正常；3、检查整流桥各桥臂上电压是否平衡；4、停机检查整流器件。这些流程相对繁琐，且对现场运行维护人员的专业技术素养有一定的要求。
4.现有的小型水电站中使用的励磁系统，仅对励磁电流进行采样，对励磁系统中整流回路的工作状态的反应的精准性相对较低，不够真实；且传统励磁系统维护或者调试中，通过示波器测量励磁电压波形时，仅能通过电压波形的缺失明确整流桥存在故障，但仍需要经过其他测试手段来确定整流桥的故障点来源。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供水轮发电机组励磁电压采样以及整流回路故障诊断方法，以解决现有技术中的上述不足之处。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：水轮发电机组励磁电压采样以及整流回路故障诊断方法，包括水轮发电机组励磁电压采样以及整流回路故障诊断方法，包括以下步骤：s1、提供隔离采样电路，并通过隔离采样电路采集整流桥输出励磁电压信号；s2、将采样得到的励磁电压波形通过脉冲校准算法进行脉冲信号同步处理；s3、将脉冲信号同步处理后的励磁电压波形送入电压波形信号分析中进行波形分析故障判别；s4、将得到的数据进行整体分析，确定整流过程中的励磁电压输出是否稳定，如出现故障，根据故障的波形进行判别，输出故障报警信号，用于现场问题诊断。
7.进一步的，所述隔离采样电路图包括励磁电压输入电路，所述励磁电压输入电路包括r1、r2，用于分压；反向保护过滤电路，所述反向保护过滤电路包括d1、c1；隔离单元，所述隔离单元用于对输入的励磁电压信号进行隔离；分压滤波电路、cpu，所述分压滤波电路用于将处理后的模拟信号送入cpu进行数据采样。
8.进一步的，所述r1、r2均为精密电阻，r1、r2串联，且串联后的两端分别与励磁电压的正负极连接。
9.进一步的，所述d1为反向保护二极管，所述c1为滤波电容，d1、c1并联，并与r2并联。
10.进一步的，所述脉冲校准算法包括脉冲信号同步处理电路和脉冲信号同步处理软件，所述脉冲信号同步处理电路用于判断脉冲回路是否正常工作，所述脉冲信号同步处理软件用于确定励磁电压的脉冲同步位置。
11.进一步的，所述脉冲信号同步处理电路包括控制芯片，所述控制芯片与cpu的pwm连接，用于控制pwm输出经过tip122达林顿管进行隔离驱动高频变压器输出；反接保护电路，所述反接保护电路用于在接线反接时阻断电流；输出反馈电路，所述输出反馈电路通过反接保护电路与控制芯片连接，用于判断脉冲回路是否正常工作。
12.进一步的，所述脉冲信号同步处理软件的判断逻辑包括：p1、读取当前整流控制角开度；p2、判断控制设备的pwm脉冲信号是否正常输出，否则进行p3，是则进行p4；p3、输出异常，则控制设备的脉冲板存在故障，根据反馈的序号，直接报警；p4、输出正常，则开始根据当前整流控制角开度判断励磁电压波形是否完备，是则返回p1，否则进行p5；p5、励磁电压波形异常，根据电压波形判断故障类型，是否丢失两路脉冲信号，是则进行p6，否则进行p7；p6、单个可控硅故障，根据同步信号得出具体故障的可控硅位置；p7、丢失3~4路脉冲，两路可控硅故障，根据同步信号得出具体故障的可控硅位置。
13.1、与现有技术相比，本发明提供的水轮发电机组励磁电压采样以及整流回路故障诊断方法，通过设置隔离采样电路，使得可对励磁电压进行采样，励磁电压能够更为真实地反映出励磁系统中整流回路的工作状态。
14.2、与现有技术相比，本发明提供的水轮发电机组励磁电压采样以及整流回路故障诊断方法，通过设置脉冲同步处理电路和脉冲信号同步处理软件相互配合，能够直接定位故障点位置，减少现场故障检测的工作量，提高故障处理效率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例提供的工作流程图；图2为本发明实施例提供的励磁电压隔离采样电路图；图3为本发明实施例提供的脉冲信号同步处理电路图；图4为本发明实施例提供的脉冲信号同步处理软件工作流程图；图5为本发明实施例提供的脉冲信号同步处理软件波形分析及故障判别判断图；图6为本发明实施例提供的试验的电路和可控硅示意图；图7为本发明实施例提供的图6试验的励磁电压的波形图；图8为本发明实施例提供的将标号1的可控硅从可控硅回路切除后励磁电压采样波形图。
17.附图标记说明：101、励磁电压输入电路；102、反向保护过滤电路；103、隔离单元；104、分压滤波电路；201、控制芯片；202、保护电路；203、输出反馈电路。
具体实施方式
18.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
19.请参阅图1，通过隔离采样电路采集整流桥输出励磁电压信号，将采样得到的励磁电压波形通过脉冲校准算法进行脉冲信号同步处理，之后送入电压波形信号分析中进行波形分析故障判别，将得到的数据进行整体分析，确定整流过程中的励磁电压输出是否稳定，如出现故障，根据故障的波形进行判别，输出故障报警信号，方便现场问题诊断。
20.请参阅图2，励磁电压的隔离采样电路中，经过励磁电压输入电路101中的两个精密电阻r1、r2进行分压，而后输出降压后电压至反向保护过滤电路102中，反向保护过滤电路102中d1为反向保护二极管，c1为滤波电容，其组合效果为反向保护和噪声滤除。隔离单元103，用于对输入的励磁电压信号进行隔离。分压滤波电路104，用于将处理后的模拟信号送入cpu进行数据采样。其中，r1、r2串联，且串联的两端分别与励磁电压的正负极连接，d1、c1并联，并与r2两端并联。
21.请参阅图3，脉冲信号同步处理电路图中，控制芯片201与cpu的pwm连接，控制pwm输出经过tip122达林顿管进行隔离驱动高频变压器输出。接保护电路202，用于防止接线反接造成的器件损坏。输出反馈电路203，判断脉冲回路是否正常工作。
22.请参阅图4，脉冲信号同步处理软件工作流程图中，软件部分通过给到的脉冲反馈信号，结合软件部分的控制逻辑，软件内确定励磁电压的同步位置。
23.具体请参阅图5-图8，脉冲信号同步处理软件处理流程：p1、读取当前整流控制角开度；p2、判断控制设备的pwm脉冲信号是否正常输出，否则进行p3，是则进行p4；p3、判断输出异常，则控制设备的脉冲板存在故障，根据反馈的序号，直接报警；p4、判断输出正常，则开始根据当前整流控制角开度判断励磁电压波形是否完备，是则返回p1，否则进行p5；p5、判断励磁电压波形异常，根据电压波形判断故障类型，是否丢失两路脉冲信号，是则进行p6，否则进行p7；p6、单个可控硅故障，根据同步信号得出具体故障的可控硅位置；p7、丢失3~4路脉冲，两路可控硅故障，根据同步信号得出具体故障的可控硅位置。
24.以图6所示的电路和可控硅标号为例，其中可控硅是由四层半导体材料组成的，有三个pn结，对外有三个电极：第一层p型半导体引出的电极叫阳极a，第三层p型半导体引出的电极叫控制极g，第四层n型半导体引出的电极叫阴极k，即标号1的可控硅用v1表示，其阳极a、控制极g、阴极k分别用a1、g1、k1表示，标号2、3、4、5、6的可控硅同理，在发电机空载状态下，如图7所励磁电压的波形示（示例按整流控制角度60
°
为例），图中波形可看出，由于机组运行中存在阻抗等影响，实际的励磁电压波形同理论波形有些许出入，但三相整流的电压波形特性仍是一致。通过对整流电压波形的特性提取，脉冲信号的同步处理，可得知整流
波形中，每一个脉冲对应的当前进行整流输出的可控硅编号。如六脉冲完全存在，且特性相近，则判断整流回路完好。如果出现六脉冲中个别脉冲丢失，也可通过判断具体丢失的脉冲，来锁定具体故障的可控硅编号。
25.以图5为例，可控硅的触发方式为1，2，3，4，5，6的循环方式，将标号1的可控硅从可控硅回路切除，对励磁电压采样，可得图8的电压波形，从波形中可得出，由于标号1的可控硅的退出，使得标号2和标号6的可控硅工作时，无法通过标号1的可控硅控制的回路进行整流，导致第一路波头和第六路波头出现丢失，且由于发电机所需的励磁电源是固定的，所以在丢失两路电压波头的情况下，余下四路波头的幅值出现上升的情况，因此，可以判断是标号1的可控硅无法正常工作引起的现象。同理，在判断励磁电压出现3~4路电压波头丢失的情况下，也能够第一时间判别。根据同步状态下的电压波头丢失情况，确认其故障可控硅的标号。
26.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。