绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统及其测量方法
阅读说明：本技术 绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统及其测量方法 (Binding-belt type motor stator bar dielectric loss factor measuring system and measuring method thereof ) 是由 宋春辉 陈庆国 赵冠华 孙文宇 刘洋 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统及其测量方法,系统包括高压电源、电压测试装置、电压跟随装置、电流测试装置、介质损耗因数测试装置、数据收集平台,绑带式电极和环境监测装置,高压电源通过保护电阻连接定子线棒与电压测试装置,绑带式电极包裹在定子线棒上,绑带式电极连接电流测试装置,电压跟随装置用于消除绑带式电极上产生的漏电流,环境监测装置测试环境的温度、湿度,电压测试装置与电流测试装置输出数据至介质损耗因数测试装置,介质损耗因数测试装置与环境监测装置的测试数据送至上位机数据收集分析平台。本发明快速地将电极固定在定子线棒上,通过对其充气使导电橡胶电极与定子线棒紧密接触,测试效率高。(The invention provides a bandage type motor stator bar dielectric loss factor measuring system and a measuring method thereof, the system comprises a high-voltage power supply, a voltage testing device, a voltage following device, a current testing device, a dielectric loss factor testing device, a data collecting platform, bandage type electrodes and an environment monitoring device, the high-voltage power supply is connected with the stator bar and the voltage testing device through a protective resistor, the bandage type electrodes are wrapped on the stator bar, the bandage type electrodes are connected with the current testing device, the voltage following device is used for eliminating leakage current generated on the bandage type electrodes, the environment monitoring device is used for testing the temperature and the humidity of the environment, the voltage testing device and the current testing device output data to the dielectric loss factor testing device, and the testing data of the dielectric loss factor testing device and the environment monitoring device are sent to an upper computer data collecting and analyzing platform. The invention quickly fixes the electrode on the stator bar, and the conductive rubber electrode is tightly contacted with the stator bar by inflating the conductive rubber electrode, thereby having high testing efficiency.)
技术领域
本发明属于电气绝缘测试领域，尤其是涉及一种绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统及其测量方法。
背景技术
随着经济的快速增长，社会对电力需求也不断增加，发电机的装机容量与额定电压也随之上升，这对于大型发电机设备自身运行的安全性提出了更高的要求。介质损耗因数是衡量电机定子线棒绝缘质量的重要指标之一，用以评估线棒绝缘的发热程度，介质损耗因数过大会造成电机运行温度过高，绝缘寿命减少，严重情况下还可能会损坏电机。传统测量方法自动化程度较低，不易测量定子线棒弯曲部分，会对定子线棒造成一定损坏，测量过程中会遇到系统附加相位误差、采样不同步等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统及其测量方法，本发明弥补了传统测量方法存在的缺陷，通过对测试结果进行存储分析可对其产品绝缘质量进行判断，对电机定子线棒的生产具有指导意义。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统，包括高压电源、电压测试装置、电压跟随装置、电流测试装置、介质损耗因数测试装置、数据收集平台，绑带式电极和环境监测装置，所述高压电源通过保护电阻连接定子线棒与电压测试装置，所述绑带式电极包裹在定子线棒上，所述绑带式电极连接电流测试装置，所述电压跟随装置用于消除绑带式电极上产生的漏电流，所述环境监测装置对测试环境的温度、湿度进行测量，电压测试装置与电流测试装置输出数据至介质损耗因数测试装置，介质损耗因数测试装置与环境监测装置的测试数据送至上位机数据收集分析平台。
进一步的，所述介质损耗因数测试装置包括A/D转换电路、DSP芯片和RS-485通讯电路，所述介质损耗因数测试装置将电压、电流信号通过光耦将高低压隔离，再经过A/D转换电路后输入至DSP芯片进行计算，结果通过RS-485通讯电路输出至上位机数据收集分析平台。
进一步的，所述绑带式电极包括左侧接地保护极、左侧等电位保护极、粘扣带、右侧等电位保护极、右侧接地保护极、五孔电气接口、通气接口、固定袋和测量极，所述测量极固定在固定袋的中部，所述左侧等电位保护极和右侧等电位保护极对称布置在测量极的左右两侧，所述左侧接地保护极和右侧接地保护极对称固设在固定袋的左右端部处，所述固定袋采用软织布材料制成的双层密封结构，展开呈长方形，五孔电气接口的五个插孔分别连接到五个保护电极，所述通气接口设置在固定袋双层缝隙上，通过通气接口对固定袋进行充气放气，在固定袋的内侧设有粘扣带，相应的，在固定袋的外侧设有粘贴区。
进一步的，所述左侧等电位保护极和右侧等电位保护极连接，所述电压跟随装置和测量极及已连接的两等电位保护极连接，消除对绑带式电极上测量极对接地保护极产生的漏电流。
进一步的，所述电压测试装置包括运算放大电路一和带通滤波电路一，所述电流测试装置包括运算放大电路二和带通滤波电路二，所述电压测试装置和电流测试装置分别通过取样电阻对电压、电流信号经过运算放大器处理、带通滤波器调理后结果输出到介质损耗因数测试装置。
进一步的，所述介质损耗因数测试装置具有自动校准模块，所述自动校准模块消除系统附加相位误差，所述介质损耗因数测试装置采用准同步算法对电压、电流信号进行采样处理，运用谐波分析法通过基频电压、电流的相位比较获得介质损耗因数测试结果。
进一步的，所述左侧接地保护极、左侧等电位保护极、右侧等电位保护极、右侧接地保护极和测量极均采用导电橡胶制成，四个保护极的长度均为340mm，宽度均为40mm，测量极的尺寸为260mm*340mm。
进一步的，在所述上位机数据收集分析平台中安装有综合数据分析模块，所述数据分析模块中包括常规电极定子线棒的介质损耗因数标准数据，所述上位机数据收集分析平台将被测试数据与标准数据进行对比，分析出被测定子线棒绝缘质量，对所测结果进行记录统计、存储和管理，给出评价结果。
一种绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统的测量方法，具体包括以下步骤：
首先，将绑带式电极捆绑到定子线棒所需进行测试的部位，通过气泵对固定袋充气，使绑带式电极与定子线棒表面进行紧密接触；
然后，将左、右等电位保护极连接在一起后与电压跟随装置连接，将左、右接地保护极连接到一起后接地，接通电源；
最后，通过电压测试装置和电流测试装置对信号进行调理并发送至介质损耗因数测试装置，测试结果将输出至上位机数据收集分析平台。
相对于现有技术，本发明所述的一种绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统及其测量方法具有以下优势：
传统测量方法中电极固定较为复杂，测试效率较低，对于弯曲部分的测量较为困难，并且系统附加相位与采样不同步等问题会对测试结果造成误差，本发明采用绑带式电极可以快速地将电极固定在定子线棒上，通过对其充气使导电橡胶电极与定子线棒紧密接触，提高测试效率，并采用自动校准功能与准同步算法消除系统误差。
本发明中所述介质损耗因数测试装置通过DSP数字信号处理芯片对电压电流信号进行处理，计算速度快，结果直接送至上位机数据收集分析平台。
本发明上位机数据收集分析平台软件部分界面简洁，信息显示直观，操作便捷，数据库可存储大量测试数据，可对产品质量控制提供有效的数据。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统的结构示意图；
图2为绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统中的绑带式电极结构图；
图3为绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统的电压测试装置、电流测试装置、介质损耗因数测试装置联合结构图。
图4为绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统的介质损耗因数测试装置数据处理流程图。
附图标记说明：
1-高压电源、2-电压测试装置、3-电压跟随装置、4-电流测试装置、5-介质损耗因数测试装置、6-上位机数据收集平台，7-绑带式电极、7-1-左侧接地保护极、7-2-左侧等电位保护极、7-3-粘扣带、7-4-右侧等电位保护极、7-5-右侧接地保护极、7-6-五孔电气接口、7-7-通气接口、7-8-固定袋、7-9-测量极、8-环境监测装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图3所示，一种绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统，包括高压电源1、电压测试装置2、电压跟随装置3、电流测试装置4、介质损耗因数测试装置5、数据收集平台6，绑带式电极7和环境监测装置8，所述高压电源1通过保护电阻连接定子线棒与电压测试装置2，所述绑带式电极7包裹在定子线棒上，所述绑带式电极7连接电流测试装置4，所述电压跟随装置3用于消除绑带式电极7上产生的漏电流，所述环境监测装置8对测试环境的温度、湿度进行测量，电压测试装置2与电流测试装置4输出数据至介质损耗因数测试装置5，介质损耗因数测试装置5与环境监测装置8的测试数据送至上位机数据收集分析平台6。
所述介质损耗因数测试装置5包括A/D转换电路、DSP芯片和RS-485通讯电路，所述介质损耗因数测试装置5将电压、电流信号通过光耦将高低压隔离，再经过A/D转换电路后输入至DSP芯片进行计算，结果通过RS-485通讯电路输出至上位机数据收集分析平台6。具体为：介质损耗因数测试装置5获取经调理后的电压电流信号进行高速A/D转换，转换结果传送给DSP芯片TMS320F28335，通过准同步算法对电压电流信号关系进行分析从而得出结果。
所述绑带式电极7包括左侧接地保护极7-1、左侧等电位保护极7-2、粘扣带7-3、右侧等电位保护极7-4、右侧接地保护极7-5、五孔电气接口7-6、通气接口7-7、固定袋7-8和测量极7-9，所述测量极7-9固定在固定袋7-8的中部，所述左侧等电位保护极7-2和右侧等电位保护极7-4对称布置在测量极7-9的左右两侧，所述左侧接地保护极7-2和右侧接地保护极对称固设在固定袋的左右端部处，所述固定袋7-8采用软织布材料制成的双层密封结构，展开呈长方形，五孔电气接口7-6的五个插孔分别连接到五个保护电极，所述通气接口7-7设置在固定袋7-8双层缝隙上，通过通气接口7-7对固定袋7-8进行充气放气，在固定袋7-8的内侧设有粘扣带7-3，相应的，在固定袋7-8的外侧设有粘贴区。
左侧等电位保护极和右侧等电位保护极连接，所述电压跟随装置和测量极及已连接的两等电位保护极连接，消除绑带式电极上测量极对接地保护极的漏电流。
左侧接地保护极7-1、左侧等电位保护极7-2、右侧等电位保护极7-4、右侧接地保护极7-5均采用一字型排列，接地保护级用于防止两侧电流流入测量极7-9影响测试结果，等电位保护极为消除测量极7-9与接地保护级间的漏电流。电极均采用导电橡胶材料可与定子线棒紧密接触，并且为均匀电场，电极采用倒角结构消除由电场集中产生的测量误差。
电压测试装置2包括运算放大电路一和带通滤波电路一，所述电流测试装置4包括运算放大电路二和带通滤波电路二，所述电压测试装置2和电流测试装置4分别通过取样电阻对电压、电流信号经过运算放大器处理、带通滤波器调理后结果输出到介质损耗因数测试装置5。具体为：电压测试装置2、电流测试装置4提取到的电压电流信号通过AD8022程控仪表放大器进行信号放大，再通过由OP07组成的50Hz带通滤波器滤除其他频率干扰信号，提高信号的准确度。
如图4所示为介质损耗因数测试装置5的数据处理流程，所述介质损耗因数测试装置5具有自动校准模块，所述自动校准模块消除系统附加相位误差，所述介质损耗因数测试装置5采用准同步算法对电压、电流信号进行采样处理，运用谐波分析法通过基频电压、电流的相位比较获得介质损耗因数测试结果。
所述介质损耗因数测试装置具有自动校准模块，自动校准模块的作用是为消除系统在进行放大、滤波等处理后引入的附加相位偏移。通过对系统输入同相位标准正弦波，可得介质损耗因数为tanδ′，在正常测试时介质损耗因素测量值为tanδ″，通过计算可得实际介质损耗因素值为以此消除附加相位误差。
所述介质损耗因数测试装置采用准同步算法采样是为了解决系统采样不同步的问题，通过对采样数据进行加权处理可得准同步窗函数，将原始属于与窗函数相乘，经过处理的信号数据具有原始数据的频率周期特性，并且有效减小了信号的同步误差。
所述左侧接地保护极7-1、左侧等电位保护极7-2、右侧等电位保护极7-4、右侧接地保护极7-5和测量极7-9均采用导电橡胶制成；四个保护极的长度均为340mm，宽度均为40mm，测量极7-9的尺寸为260mm*340mm。
在所述上位机数据收集分析平台6中安装有综合数据分析模块，所述数据分析模块中包括常规电极定子线棒的介质损耗因数标准数据，所述上位机数据收集分析平台6将被测试数据与标准数据进行对比，分析出被测定子线棒绝缘质量，对所测结果进行记录统计、存储和管理，给出评价结果。
一种绑带式电机定子线棒介质损耗因数测量系统的测量方法，具体包括以下步骤：
首先，通过粘扣带7-3及粘贴区将绑带式电极7捆绑到定子线棒所需进行测试的部位，电极朝向定子线棒且与定子线棒相接触，通过气泵对固定袋7-8充气，使绑带式电极7与定子线棒表面进行紧密接触；
然后，将左、右等电位保护极连接在一起后与电压跟随装置3连接，将左、右接地保护极连接到一起后接地，操作上位机控制测试开始，接通电源；
最后，通过电压测试装置和电流测试装置对信号进行调理并发送至介质损耗因数测试装置5，经A/D转换后结果输入到DSP芯片进行计算，测试结果将输出至上位机数据收集分析平台6。
本申请中的环境监测装置8是一种现有结构，包括湿度传感器和温度传感器，温、湿度传感器收集信号经过A/D转换后输入至单片机，再由单片机发送至上位机数据收集分析平台6。本申请中的电压跟随装置3是一种电压跟随器，是一种现有结构在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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