[发明专利]用于实时监控风力发电机绕组的绝缘状态的方法和系统

说明书

本发明提供用于实时监控风力发电机绕组的绝缘状态的方法和系统，包括以下步骤：a)在预定时间段(在发电机与电气网络同步但不与之耦合的情况下，以及在发电机发电的情况下)实时捕获发电机的一个或多个电气变量和振动变量的值；b)实时获取振动和电气变量的逆向分量在一个或多个预定频率处的时间演变；c)当至少一个电气变量的逆向分量和/或一个振动在预定频率处超过绝对阈值或预设的时间增加阈值时，则识别出发电机中可能存在绝缘故障。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，具体涉及监控它们的发电机绕组的绝缘状态的方法和系统。

背景技术

为了最大化产生能量并且避免发电的大型发电厂的非计划停车，存在评估它们的发电机的绝缘状态的不同技术和系统。这些技术和/或系统利用特定设备，使得当面对发电机电绝缘中的初发故障时，可以进行合适的正确的维修。

如在其他工业领域，建议在风能工业中监控发电机的绝缘状态，以避免由于故障造成的负面后果。在风力涡轮机中，如果发生发电机绝缘故障，则由于很难进行现场维修，因此需要替换发电机。此外，在风力发电的情况下，风力涡轮机通常安装在远离工业环境的地方，因此，替换发电机涉及很长的维修时间并且会损失产生的相当多的能量。

然而，用于评估其他工业领域(诸如，例如，传统热电厂或水力发电厂的发电机)中发电机绝缘状态的技术不适用于风力涡轮机。原因是传统发电厂装配有高功率(例如，50MVA及以上)发电机，然而相同功率的风力发电场可由带有功率小于10MVA的发电机的几个风力涡轮机形成。因此，为了探测风力发电场中发电机的绝缘故障，需要在每个发电机中安装故障探测系统，从而极大增加了系统的成本。

换言之，需要利用特定设备以计划的方式监控整个生命周期中每个发电机状态的这些方法在风能工业中是不利的。

因此，风能工业中需要专门设计探测风力涡轮机发电机的绝缘故障的方法和系统，而无需将用于该目的附加元件作为整体并入现存的风力涡轮机中，因此不会增加成本。

本发明关注以上需求。

发明内容

在一方面，本发明提供用于探测通过转换器耦合至电气网络的风力涡轮机的发电机的绝缘故障的方法，并且提供了测量发电机的电气变量(转子和定子的电压和电流)以及耦合侧和另一相对侧的径向水平振动和径向垂直振动的装置。

该方法包括以下步骤：a)在预定时间段(在发电机与电气网络同步但不与之耦合的情况下，以及在发电机发电的情况下)实时捕获发电机的一个或多个电气变量的值和/或在发电机的两个耦合侧的至少一侧的径向水平振动和径向垂直振动的值；b)实时获取：在一个或多个预定频率处的所述电气变量的逆向分量的时间演变，和/或在一个或多个预定频率下所述振动的值的时间演变；c)当至少一个电气变量的逆向分量和/或一个振动在预定频率处超过绝对阈值或预设的时间增加阈值时，则识别出发电机中可能存在绝缘故障。

可以想到用于在提及的耦合情形中耦合至电气网络的不同类型的发电机(双馈、永磁和鼠笼式)的方法的实施例，并且描述了相关的变量和用于它们中每个的预定频率。

在另一方面，本发明提供用于实施所述方法的系统，所述系统包括：连接至风力涡轮机的数据总线的计算机系统，该计算机系统用于捕获电气变量的测量值(其可由转换器提供，或由单独的设备提供)和由连接至设置在发电机上的一组传感器的测量设备提供的振动变量的测量值。

以下通过结合附图对绘示的实施例的目的进行的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚。

附图说明

图1示出了包含双馈风力发电机的定子电压的逆向(或负)序列和直接(或正)序列的快速傅里叶变换，其绘示了由棱形标注的故障情况和由环形标注的非故障情况。