通風(fēng)機房高壓斷路器及高壓電機手鐲式、無線測溫、電機定子絕緣局部放電在線監(jiān)測

1、項目立項建議書項 目 名 稱：通風(fēng)機房高壓斷路器及高壓電機手鐲式、無線測溫、電機定子絕緣局部放電在線監(jiān)測申 報 單 位：平朔公司井工三礦申 報 日 期：2014年8月29日聯(lián) 系 人： 聯(lián) 系 電 話： 電 子 信 箱： 一、項目的意義和必要性（項目研究的重要性和緊迫性、國內(nèi)外同類研究進展情況、本項目對對促進企業(yè)技術(shù)進步的作用和意義）通風(fēng)機房高壓斷路器及高壓電機手鐲式、無線測溫、電機定子絕緣局部放電在線監(jiān)測是礦井通風(fēng)關(guān)鍵的設(shè)備，是保證井下工人的生命安全，現(xiàn)有的主通風(fēng)機房監(jiān)測有：前后軸溫、三相電流值指示、電動機微機保護、風(fēng)速、風(fēng)壓、流量指示，而沒有定子絕緣監(jiān)測和局部放電、觸頭測溫監(jiān)測。通風(fēng)運行為

2、一用一備，運行中高壓電機出現(xiàn)定子絕緣故障、觸頭高溫及接線端頭溫度過熱會造成絕緣下降造成弧光短路和局部放電增大，導(dǎo)致絕緣損壞發(fā)生接地或短路故障，現(xiàn)有的手段監(jiān)測不到存在運行中的安全隱患，一旦定子繞組燒毀或某相接地，造成通風(fēng)中斷，不能保證一用一備的要求，嚴重危及井下人身安全。電機發(fā)展來看檢修方法也不斷改變，從隨壞隨修（昂貴的維修費用和部件更換費用）、預(yù)防維修（定期停機、定期測試、定期維修、定期更換、某些停機、測試、和維修是不必要的，昂貴的）到現(xiàn)在的預(yù)知維修（按需停機、壞那就修那。根據(jù)故障先兆計劃何時停機和停機時間、需要可靠的在線檢測儀器、診斷故障可能發(fā)生的先兆。）迫切要求對大、中型電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)

3、進行再線監(jiān)測及診斷。從而及時捕捉事故的先兆信息，排除故障，以保證其安全保質(zhì)運行。 由“計劃維修”過渡到“狀態(tài)維修”成為改革的重要目標(biāo)。而狀態(tài)監(jiān)測，及時、準確的測到有關(guān)狀態(tài)的特征參數(shù)，是“狀態(tài)維修”的基礎(chǔ)因此，在線監(jiān)測診斷預(yù)知預(yù)測，將為安全可靠地運行提供重要的保障。二、主要研究內(nèi)容與進度安排（項目內(nèi)容和需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題、研究周期、年度計劃及年度目標(biāo)等） 現(xiàn)有的高壓風(fēng)機監(jiān)測有：前后軸溫、三相電流值顯示、電動機微機保護、風(fēng)速、風(fēng)壓、流量指示，而沒有定子絕緣監(jiān)測和局部放電、觸頭測溫監(jiān)測。本系統(tǒng)的主要特點是抗干擾效果顯著，功能強大靈活，運行可靠方便。l 抗干擾技術(shù)的創(chuàng)新。在線監(jiān)測PD最關(guān)鍵的技術(shù)是抗

4、干擾，特別困難的是抑制隨機性脈沖型的干擾，它類似放電脈沖，很難分離，對此，我們提出了雙傳感器定向耦合軟件時延鑒別技術(shù)，效果很好(已申請專利)。其要點是：1.測試系統(tǒng)要有合適的響應(yīng)能力；2.要有合適的傳感器及安裝在合適的位置；3.要用軟件來識別。此外，再綜合采用數(shù)字濾波去除窄帶干擾；用開窗剔除固定相位或周期性的干擾；用動態(tài)閾值消除背景噪聲。這樣就可以基本上克服干擾的影響，使測得的數(shù)據(jù)可靠。l 新一代的PD測試裝置。虛擬儀器（VI）是標(biāo)志著新一代的測試儀器。本系統(tǒng)采用VI 系統(tǒng)的構(gòu)成方式，即PC-DAQ系統(tǒng)。在硬件平臺（儀器模塊+計算機）確立后，可以由軟件（而不是儀器面板操作）來實現(xiàn)各種功能。由此

5、，可以方便地實現(xiàn)PD各基本參數(shù)和各統(tǒng)計參數(shù)的測量計算，以及各類數(shù)據(jù)的分析處理，而且還便于擴展其他功能和巡回測量多臺設(shè)備。l 運行可靠方便。系統(tǒng)設(shè)計中要特別注意安全穩(wěn)定運行，選用優(yōu)質(zhì)模塊，采用各種保護措施，留有很大的安全裕度。系統(tǒng)自動化程度很高，正常運行時不需要人工操作，有遠程數(shù)據(jù)傳送時，可以在上位機或網(wǎng)上察看測試結(jié)果，管理方便。三、現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件1）化學(xué)檢測法。在GIS 內(nèi)部電弧放電的作用下，部分SF6氣體會發(fā)生分解，SOF2和SO2F2為兩個重要的中間分解物，在線分析SOF2和SO2F2濃度，可以判斷GIS 內(nèi)部放電的嚴重程度。其優(yōu)點是檢測結(jié)果不受外界電磁干擾的影響，但存在的問題也是較多

6、的。試驗統(tǒng)計分析表明，對自由微粒引起的局放測量效果差；GIS 中的吸附劑和干燥劑可能會嚴重影響化學(xué)方法測量的準確性；短脈沖放電不一定能夠產(chǎn)生足夠的分解物；一次試驗需要做多種分解物的氣相色譜試驗和紅外譜圖分析；斷路器動作時產(chǎn)生的電弧亦會影響測量。（2）超聲波法。GIS 局部放電會產(chǎn)生聲波，包括縱波、橫波和表面波。在腔體外壁中傳播的聲波除縱波外還有橫波，因此采用超聲波傳感器接收局放產(chǎn)生的振動信號，也能達到檢測GIS 內(nèi)部局部放電的目的。該方法的優(yōu)點是傳感器與GIS 設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾。缺點是在現(xiàn)場中除了局部放電以外，還存在不少可能引起外殼振動的因素，而且有的干擾還很強烈。

7、3）外復(fù)電極法。其結(jié)構(gòu)是在GIS外殼上敷設(shè)絕緣薄膜和金屬電極，局放信號通過外殼與金屬電極形成的小電容耦合到檢測阻抗上，經(jīng)放大后被檢測出來。小電容和檢測阻抗對低頻信號還起到隔離作用。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、較為實用。4）內(nèi)部電極法。在GIS法蘭內(nèi)部加裝金屬電極與外殼形成電容，以此電容傳感器提取局部放電的脈沖信號，這種方法結(jié)構(gòu)簡單、較為實用，其缺點是易受外界干擾，加裝不便。5）脈沖電流法。當(dāng)GIS內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時，接地線上有高頻電流通過，因此可利用帶有鐵鈦氧等磁芯材料的羅可夫斯基線圈作為傳感器測量此高頻信號。該方法可以在很寬的頻率范圍內(nèi)保持很好的傳輸特性，靈敏度高，放電量可以標(biāo)定，但地線需穿過線圈，給

8、現(xiàn)場使用帶來了不便。6）特高頻(UHF)法。該方法通過天線傳感器接收局部放電過程輻射的UHF電磁波，實現(xiàn)局部放電的檢測。該技術(shù)的特點在于：檢測頻段高，可以有效地避開常規(guī)局部放電檢測中的電暈、開關(guān)操作等多種電氣干擾；檢測頻帶寬，所以檢測靈敏度高；而且可以識別故障類型和進行定位。但對于GIS 等封閉式設(shè)備，將高壓開關(guān)斷路器觸頭和高壓電機接線端頭以無線測溫形式射頻傳輸，將監(jiān)測到的溫度信息實時傳到無線接收監(jiān)測裝置。插接觸頭的無線測溫傳感器分別安裝在被測電氣觸頭導(dǎo)流桿上三相和下三相上，高壓電機接線端頭部位無線測溫傳感器安裝在接線端頭的A、B、C三相上，可以最近距離和最直接的采集溫度，采集時間為2.0秒-

9、300秒，能夠較早的發(fā)現(xiàn)過熱，對測溫點的位置，監(jiān)控界面能及時發(fā)現(xiàn)準確定位、預(yù)警報警，提示運行人員及時處理。四、預(yù)期目標(biāo)在電動機的三相高壓出線處，每相各安裝1對耦合電容器，耦合從電機內(nèi)部傳來的高頻局部放電信號，同時隔離工頻高壓。電容器低壓端通過采樣電阻接地，電阻兩端的脈沖電壓即局部放電的脈沖信號，將其輸入FPGA采集模塊單元，進行信號采集。耦合電容器與檢測阻抗組成傳感器，要求有足夠靈敏度和適當(dāng)?shù)念l率響應(yīng)。1 輔助電路輔助電路用于提取放電相位信息，測量系統(tǒng)自檢及電源控制。對于局部放電信息，除了幅度大小之外，放電發(fā)生時刻對應(yīng)的工頻電壓的相位也是重要信息。這信息是從PT（互感器）上提取工頻電壓，經(jīng)隔離

10、、分壓，變換為過零脈沖，輸送到FPGA采集模塊，作為采集放電信號的觸發(fā)信號。自檢電路是為了檢查測量系統(tǒng)是否能正常工作。將機內(nèi)產(chǎn)生的尖脈沖信號接入監(jiān)測系統(tǒng)的輸入端，用來代替局部放電信號。若系統(tǒng)反映正常，就可以投入正式測量。 2 電源管理單元供電電源的穩(wěn)定對于保證整個系統(tǒng)正常工作是非常重要的。電源管理單元由數(shù)字I/O卡控制電源的開斷。3數(shù)據(jù)采集采用自主研發(fā)基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集卡，最高采樣率可達100Mbps。工作過程和原理：傳感器耦合的到放電信號，經(jīng)過信號調(diào)理選擇放大電路。然后進入數(shù)據(jù)處理單元的AD轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，進行存儲，處理和轉(zhuǎn)發(fā)。然后再由網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)發(fā)給光纖收發(fā)器。經(jīng)過光纖通路傳輸

11、到上位機，從而完成一次數(shù)據(jù)采集。技術(shù)指標(biāo)：1）、隔離放大及濾波模塊：a. 隔離線性度：1%。b. 濾波頻帶：40kHz3MHz；c. 放大倍數(shù)：直通、10倍、100倍。2）、高速數(shù)據(jù)采集模塊：a. 輸入通道：雙路同步，單端接地方式；b. A/D轉(zhuǎn)換精度：12位；c. 采樣速率：100MS/s單次采樣；d. 存儲深度：每通道16MB；e. 輸入范圍：5V；f. 觸發(fā)方式：內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)可選；g. 通信協(xié)議：TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；h. 供電電源：DC5V/10W；i. 外部接口：RJ45接口，50-3同軸線接口；4 工控機2.0G P4CPU/16OG硬盤/1G內(nèi)存/液晶顯示器5 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件

12、實現(xiàn)服務(wù)器/客戶機之間對局部放電信號的在線數(shù)據(jù)采集，局放數(shù)據(jù)的處理及存儲，對局部放電的譜圖顯示，對歷史局放狀況的查詢等功能。本軟件力圖實現(xiàn)局部放電測量過程自動化監(jiān)測，簡化工作人員操作，但用戶也可以通過手動操作，實現(xiàn)查詢、分析等更多功能。6 采集軟件本局部放電在線監(jiān)測控制軟件是采用LabVIEW圖形編輯軟件編制而成。該軟件在編寫控制面板方面具有強大的功能。本系統(tǒng)有兩個控制面板，一塊安裝在下位機上，直接負責(zé)采集控制，另一塊安裝在上位機上，用來發(fā)送采集命令和接受下位機上來的數(shù)據(jù)，并進行相關(guān)控制和數(shù)據(jù)采集。該模塊主要用來完成硬件接口控制的程序?？梢赃M行網(wǎng)絡(luò)采集控制，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，抗干擾等功能。主要有：

13、對多路局部放電信號傳感器單元的循環(huán)數(shù)據(jù)采集；對原有的信號進行濾波（FIR或IIR），時延鑒別，相位開窗，設(shè)置閾值等抗干擾功能；參數(shù)設(shè)置：如采集速率、采集通道的選擇及程控放大倍數(shù)的選取等。采集程序分自動和手動，可由用戶設(shè)置。6 數(shù)據(jù)庫軟件由Microsoft SQL Server 構(gòu)建的局放數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，可以方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)器/客戶結(jié)構(gòu)，及升級為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。該模塊將局放采集信號，診斷及查詢的模塊聯(lián)結(jié)在一起，對一般用戶隱藏，只有擁有高級管理權(quán)限的用戶可以對其進行數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)庫中存儲三部分數(shù)據(jù)：存貯實時局放數(shù)據(jù)及預(yù)處理數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)可生成各種局放的譜圖；存貯歷史局放數(shù)據(jù)信息及典型局放模式數(shù)據(jù)信息，根

14、據(jù)此數(shù)據(jù)可以生成局放趨勢圖，并且實現(xiàn)對歷史局放相關(guān)參數(shù)的查詢；存貯局放數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對局放警戒值或者出現(xiàn)事故的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)追蹤顯示，查詢。7 分析軟件分析軟件模塊也是在Labview的開發(fā)平臺下完成的，具有友好的界面。其主要功能如下所示：測量系統(tǒng)可以檢測放電幅值（Qm），相位，次數(shù)，極性，放電總量（NQN）等參數(shù)；顯示二維（q，N，logNq）、三維（Nq）放電譜圖、工頻周期放電圖由局部放電引起的故障預(yù)警，報警；選定區(qū)間放電趨勢圖及查詢歷史局部放電數(shù)據(jù)；觸頭測溫由絕緣材料注塑而成，中間為圓孔，設(shè)計簡單、合理，構(gòu)思巧妙，因?qū)㈦姎庥|頭無線測溫?zé)o線監(jiān)測裝置以手鐲的形式套在被測電氣觸頭上緊密接觸，可以最近距離和最直接的采集觸頭溫度的信號，能夠溫度進行實時監(jiān)測，能夠較早的發(fā)現(xiàn)問題，對觸頭工作異常情況準確定位，為故障預(yù)知和綜合判斷處理提供可靠測量依據(jù)。五、 經(jīng)費預(yù)算序號預(yù)算名稱內(nèi)容預(yù)算金額硬件費用預(yù)算工作狀態(tài)監(jiān)測裝置（礦用合格證）76.5萬防爆無線數(shù)據(jù)采集儀20萬特高頻傳感器55萬485/232光交換機9萬系統(tǒng)軟件費用操作系統(tǒng)4萬數(shù)據(jù)庫3萬防病毒軟