用于电力资产的在线监控系统和操作该系统的方法 |
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| 申请号 | CN201310328540.8 | 申请日 | 2013-07-31 | 公开(公告)号 | CN103576022A | 公开(公告)日 | 2014-02-12 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | P.內蒂; 张品佳; M.R.沙; | ||||
| 摘要 | 一种被配置成监控运行的电 力 装置的系统，包括耦合到所述装置的测试通道。所述装置通过至少一个电功率传输通道耦合到电源。所述电源被配置成以第一 频率 传输电功率。所述测试通道耦合到电功率传输通道。所述系统还包括耦合到所述测试通道的 信号 发生器。所述信号发生器被配置成以大于所述第一频率的第二频率将测试信号注入到所述测试通道中。所述系统进一步包括磁耦合到所述电功率传输通道的至少一个设备。所述磁耦合设备被配置成在所述第一频率对电功率呈现第一阻抗，在所述第二频率对测试信号呈现第二阻抗。所述第二阻抗大于所述第一阻抗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种被配置成监控运行的电力装置的系统，所述运行的电力装置通过至少一个电功率传输通道耦合到电源，所述电源被配置成以第一频率和第一电压传输电功率，其中，所述运行的电力装置包括待被测试的至少一部分，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 用于电力资产的在线监控系统和操作该系统的方法技术领域背景技术[0002] 许多已知的电力设备长时间中投入运行。这种已知的电力设备包括电动机、发电机、变压器和电力电缆。这些长运行周期可能持续数星期和数月，只为了执行预防性维修而使设备脱离在线工作可能是不现实的。然而，不管电力设备的运行条件如何，都需要对设备的各部分执行例行的预防性维修和运行检查。这种预防性维修和运行检查包括测量被监控组件的值，诸如由与电力装置有关联的绝缘材料提供的电阻，例如电动机/发电机/变压器绕组和地电势的邻近组件之间的绝缘。 [0003] 至少一些已知的延期使用的电力设备包括监控系统，监控系统将高频和低频信号传输到在线电力设备中，以测量被监控组件的性能。然而，由于电力设备的功率传输部分的低阻抗和被监控组件的高阻抗，信号中的很大一部分通过功率传输部分传输，而只有一小部分信号传输到被监控组件。因此，传输到被监控组件的低信号强度增大了测量值的不确定性，因此降低了这些值的可信赖度。加入与功率传输部分直接接触的高阻抗组件是昂贵的，原因在于需要对长期暴露于设备的线路电流的附加组件进行规定。而且，至少一些已知的电力设备并没有为这种高电感组件限定足够未使用空间的组件配置。发明内容 [0004] 在一方面，提供了一种被配置成监控运行的电力装置的系统。所述电力装置通过至少一个电功率传输通道耦合到电源。所述电源被配置成以第一频率和第一电压传输电功率。所述运行的电力装置包括至少一个待测试部分。所述系统包括测试通道，所述测试通道被配置成耦合到所述运行的电力装置的待被测试部分和所述至少一个电功率传输通道。所述系统还包括耦合到所述测试通道的信号发生器。所述信号发生器被配置成以大于所述第一频率的第二频率将测试信号注入到所述测试通道中。所述系统进一步包括磁耦合到所述至少一个电功率传输通道的至少一个设备。所述至少一个磁耦合设备被配置成在所述第一频率对电功率呈现第一阻抗，在所述第二频率对测试信号呈现第二阻抗。所述第二阻抗大于所述第一阻抗。 [0005] 在另一方面，提供了一种电力系统。所述电力系统包括运行的电力装置，所述电力装置包括至少一个待测试部分。所述电力系统还包括耦合到所述运行的电力装置和电源的至少一个电功率传输通道。所述至少一个电功率传输通道被配置成以第一频率和第一电压传输电功率。所述电力系统进一步包括监控系统，所述监控系统包括测试通道，所述测试通道耦合到所述运行的电力装置的待测试部分和所述至少一个电功率传输通道。所述监控系统还包括耦合到所述测试通道的信号发生器。所述信号发生器被配置成以大于所述第一频率的第二频率将测试信号注入到所述测试通道中。所述监控系统进一步包括磁耦合到所述至少一个电功率传输通道的至少一个设备。所述至少一个磁耦合设备被配置成在所述第一频率对电功率呈现第一阻抗，在所述第二频率对测试信号呈现第二阻抗。所述第二阻抗大于所述第一阻抗。 [0006] 进一步地，所述信号发生器被配置成注射具有比所述第一电压小的第二电压的测试信号。所述至少一个磁耦合设备包括： [0007] 在所述至少一个电功率传输通道周围延伸的第一磁耦合设备部分，其中，所述第一磁耦合设备部分包括磁芯； [0008] 耦合到所述第一磁耦合设备部分的第二磁耦合设备部分，所述第二磁耦合设备部分限定围绕所述第一磁耦合设备部分的多个线匝；以及耦合到所述第二磁耦合设备部分的第三磁耦合设备部分，其中，所述第三磁耦合设备部分包括电感装置。 [0009] 所述至少一个磁耦合设备被配置成在所述至少一个电功率传输通道的至少一部分上感生反射电感。 [0010] 所述反射电感的值与所述第三磁耦合设备部分的电感的值，以及所述第二磁耦合设备部分的线匝数与所述至少一个电功率传输通道的线匝数的比率成比例。所述至少一个电功率传输通道的线匝数是1。 [0011] 耦合到所述至少一个电功率传输通道的所述测试通道包括耦合到线路功率传输通道的所述测试通道的第一部分和耦合到所述运行的电力装置的第二部分。 [0012] 进一步地，所述测试通道在测试信号注入地点耦合到所述至少一个电功率传输通道，所述测试信号注入地点限定所述至少一个电功率传输通道的接收所述至少一个磁耦合设备的第一部分和所述至少一个电功率传输通道的耦合到所述运行的电力装置的第二部分。 [0013] 在另一方面，提供了一种测试加电的电力装置的绝缘的方法。所述方法包括将测试信号注入到电功率传输通道中，所述电功率传输通道耦合到电源和所述加电的电力装置。所述方法还包括朝所述加电的电力装置传输所述测试信号的实质部分。所述方法进一步包括通过在所述电功率传输通道的第一部分上感生反射电感而增大所述电功率传输通道的第一部分的电感。 [0014] 进一步地，所述电源以第一频率将电功率传输到所述电功率传输通道中，其中，将测试信号注入到所述电功率传输通道中包括以比所述第一频率大的第二频率注入测试信号。通过在所述电功率传输通道的第一部分上感生反射电感而增大所述电功率传输通道的第一部分的电感包括在所述第一频率对电功率呈现第一阻抗，在所述第二频率对测试信号呈现第二阻抗，其中，所述第二阻抗大于所述第一阻抗。在所述第一频率对电功率呈现第一阻抗，在所述第二频率对测试信号呈现第二阻抗包括： [0015] 通过所述电功率传输通道的第一部分传输第一测试信号电流；以及 [0017] 在参照附图阅读下文的详细描述时，会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优势，附图中相似的符号在所有图中代表相似部件，其中： [0018] 图1是用于电力资产的示例性在线监控系统的示意图。 [0019] 图2是可以用于图1中所示的在线监控系统的示例性高阻抗装置的示意图。 [0020] 图3是可以使用图2中所示的高阻抗装置感生的示例性反射电感的示意图。 [0021] 图4是用电动机实现图1中所示的在线监控系统的示例性电力系统的示意图。 [0022] 图5是用变压器实现图1中所示的在线监控系统的示例性电力系统的示意图。 [0023] 除非另外指出，本文中提供的附图意在图示本发明的重要发明特征。认为这些重要的发明特征可应用于包括一个或多个本发明的实施例的各种系统。因此，附图不意在包括本领域技术人员已知的实践本发明所需的所有常规特征。 具体实施方式[0025] 单数形式“一个”和“所述”包括复数引用，除非上下文清楚指示为相反。 [0026] “可选的”或“可选地”表示其后描述的事件或情况可以出现或者可以不出现，此描述包括事件出现的实例和事件不出现的实例。 [0027] 如本文中使用的，词语“在线”、“服务中”、“运行中”和“加电的”在本文中用来描述一个耦合到电源并处于这种设备的操作员可理解的处于运行服务状态，或者正在执行或者准备好执行其目标功能的设备。 [0028] 如本文在说明书和权利要求书中使用的近似性文字可以用来修饰可允许改变的任何定量表示，而不造成它涉及的基本功能的改变。因此，由一个或多个词语诸如“大约”和“实质上”修饰的值不局限于规定的精确值。在至少一些实例中，近似性文字可对应于用于测量值的仪器的精度。在说明书和权利要求书中，范围限定可以被组合和/或互换。这种范围被确定，并包括所有包含于其中的子范围，除非上下文或文字指示为其它。 [0029] 图1是用于电力资产101的示例性在线监控系统100的示意图。在示例性实施例中，电力资产101为在加电部分(图1中未显示)和地电势部分(图1中未显示)之间包括电绝缘的任意电力装置。这种电力装置包括但不限于电动机、发电机、变压器和电力电缆。电力资产101耦合到电源102，电源102为不限于高电压(例如大于1000伏)和低频率即 50赫兹(Hz)或60Hz的交流(AC)源。电源102耦合到至少一个电功率传输线路通道103和中性通道106。可替代地，电源102传输具有能够运行如本文中描述的在线监控系统100的任意频率和任意电压的电功率。电力资产101通过线路端子110(只显示了一个)耦合到线路通道103，通过中性端子112(只显示了一个)耦合到中性通道106。 [0030] 同样，在示例性实施例中，在线监控系统100包括信号发生器114。信号发生器114生成低电压、高频率的测试信号。所生成的信号具有小于100伏的电压幅值，并且可以小于5伏。所生成的信号还具有大于1千赫兹(kHz)的频率，该频率可以大于1兆赫兹(MHz)。 所生成的信号进一步具有小于1000毫安(ma)的电流幅值，该电流幅值可以小于10ma。可替代地，信号发生器114生成具有能够运行如本文中描述的在线监控系统100的任意电压、频率和电流的测试信号。测试信号在总测试电流IT体现。 [0031] 进一步地，在示例性实施例中，在线监控系统100包括测试通道118，测试通道118包括在测试信号注入地点116耦合到在线路端子110上游的线路通道103的注入部分120。注入部分120从信号发生器114延伸到测试信号注入地点116。在线监控系统100还包括射频电流互感器(RFCT)124，射频电流互感器124耦合到信号发生器114和线路通道103之间的注入部分120。RFCT124有利于生成通过RFCT124传输的总测试电流IT的准确测量。 在线监控系统100进一步包括耦合到RFCT124和线路通道103之间的注入部分120的耦合电容器126。耦合电容器126有利于阻挡总测试电流IT内的任何DC分量，使得实质上只有总测试电流IT的AC分量被注入到线路通道103中。耦合电容器126具有大约为10纳法(nF)的电容值。可替代地，耦合电容器126具有能够运行如本文中描述的在线监控系统100的任意电容值。 [0032] 测试通道118还包括在测试信号恢复地点123耦合到在中性端子112上游的中性通道106的恢复部分122。恢复部分122从测试信号恢复地点123延伸到信号发生器114。 [0033] 测试信号注入地点116将线路通道103划分为两个部分。第一部分是从电源102延伸到注入地点116的电源部分104，第二部分是从注入地点116延伸到电力资产101的资产部分105。测试通道118还包括资产部分105。 [0034] 相似地，测试信号恢复地点123将中性通道106划分为两个部分，即从电源102延伸到恢复地点123的电源部分107和从恢复地点123延伸到电力资产101的资产部分108。测试通道118进一步包括资产部分108。特别地，中性通道106通常被定位为靠近电力资产 101的绝缘部(未显示)，因此也靠近地电势。 [0035] 而且，在示例性实施例中，在线监控系统100包括磁耦合到电源部分104的电感设备130。电感设备130配置成对总测试电流IT内的高频测试信号呈高阻抗，对从电源102通过线路通道103传输到电力资产101的低频电功率呈低阻抗。对高频测试信号的高阻抗有利于将总测试电流IT中的实质部分朝目标电力资产101引导，使得通过电源部分104朝电源102引导的第一测试电流部分I1相比通过资产部分105朝电力资产101引导的第二测试电流部分I2要小。因此，测试信号恢复电流IR的信号强度增加到足够的信号强度以提供可信赖的测试结果。 [0036] 图2是可以用在线监控系统100(图1中所示)中的高阻抗装置，即电感设备130的示意图。电感设备130磁耦合到电功率传输线路通道103，即电源部分104。电感设备130包括第一部分，即磁芯132。在示例性实施例中，磁芯132是环形的，绕电源部分104延伸以限定电源部分104和磁芯132之间的预定径向距离R，使得在磁芯132和电源部分104之间无物理接触。磁芯132主要由铁氧体(ferrite)制造，以获得与高磁渗透性和低导电率有关的优势，因此降低了在磁芯132中感生涡流的可能性。可替代地，磁芯132由以能够运行如本文中描述的电感设备130和在线监控系统100的具有任意磁渗透性和导电值的任意磁材料，以及任意形状制造。 [0037] 同样，在示例性实施例中，电感设备130包括第二部分，即线圈134。线圈134由能够运行如本文中描述的电感设备130和在线监控系统100的任意导电和导磁材料制造。线圈134包括线匝T。同样，线圈134具有能够运行如本文中描述的电感设备130和在线监控系统100的任意数目的线匝T。 [0038] 进一步地，在示例性实施例中，电感设备130包括第三部分，即电感装置，即具有电感值L的电感器136。电感器136主要由铁氧体制造。可替代地，电感器136由具有能够运行如本文中描述的电感设备130和在线监控系统100的电感值的任意材料制造。 [0039] 图3是可以使用电感设备130感生的示例性反射电感(reflected inductance)L’的示意图。反射电感L’的值与电感器136的电感L的值，以及线圈134的线匝T的数目N2与电源部分104的线匝的数目N1的比率成比例。N1具有为一(1)的值。因此，L′＝T*N2。可替代地，N1具有能够运行如本文中描述的电感设备130和在线监控系统100的任意值。 [0040] 参照图2和图3，反射电感L’对典型的电源频率，即50Hz和60Hz的电源频率感生低阻抗。然而，反射电感L’对通常的测试信号频率即大于1kHz频率的信号感生高阻抗。 [0041] 图4是用电动机210实施在线监控系统100的示例性电力系统200的示意图。在示例性实施例中，电力资产101(图1中所示)是电动机210。电源102、电动机210以及由104和105部分限定的三个线路通道103(图1中所示)将电力系统200限定为三相系统。 可替代地，在线监控系统100可以用于任意电力系统的任意个电相位。 [0042] 运行中，电动机140由电源102加电，具有50Hz或60Hz频率的电功率通过线路通道103传输。测试信号150由测试信号发生器114生成，并被注入到每个线路通道103，每相的总测试电流为IT。测试信号150具有大于1kHz的频率。因此，测试信号150的频率在大小上比电功率的频率大得多。每个电感设备130磁耦合到线路通道103的关联相，即电源部分104，使得在其上感生反射电感L’。此反射电感L’在较低频率对电功率呈现第一阻抗，在较高频率对测试信号150呈现第二阻抗。由于第二阻抗比第一阻抗大得多，当总测试电流IT中非常小的一部分，即第一部分测试电流I1通过电源部分104朝电源102传输时传输到电动机140的电功率基本上不受影响。形式为第二部分测试电流I2的测试信号150的很大部分152通过资产部分105朝电动机140的加电绕组(未显示)和地电势之间的绝缘(未显示)传输。所产生的测试信号恢复电流IR通过恢复部分122从电动机140传输到信号发生器114，以便记录。 [0043] 图5是用变压器310实施在线监控系统100的示例性电力系统300的示意图。在示例性实施例中，电力资产101(图1中所示)是变压器310。变压器310通过多个高电压通道312耦合到电源102。变压器160还通过多个低电压通道322耦合到负载320，每个低电压通道包括负载部分326和变压器部分324。电源102、变压器310、高电压通道312、三个低电压通道322和负载320将电力系统300限定为三相系统。可替代地，在线监控系统100可以用于任意电力系统的任意个电相位。 [0044] 在示例性实施例中，电感设备130耦合到负载部分326，测试通道118包括变压器部分324。负载部分326和变压器部分324至少部分地由测试信号注入地点116限定。 [0045] 使用变压器310的在线监控系统100的运行类似于使用电动机210的在线监控系统的运行(图4中显示并在上文描述过)。在示例性实施例中，电功率以50Hz或60Hz频率的通过低电压通道322传输到负载320。测试信号150由测试信号发生器114产生，并以每相的总测试电流IT被注入到每个低电压通道322中。测试信号150具有大于1kHz的频率。因此，测试信号150的频率在大小上比电功率的频率大得多。每个电感设备130磁耦合到负载部分326的关联相，使得在每个负载部分326上感生反射电感L’。此反射电感L’在较低频率对电功率呈现第一阻抗，在大许多的频率对测试信号150呈现第二阻抗。由于第二阻抗比第一阻抗大得多，当总测试电流IT中非常小的一部分，即第一部分测试电流I1通过负载部分326朝负载210传输时，传输到负载210的电功率基本上不受影响。形式为第二部分测试电流I2的测试信号150的很大部分152通过变压器部分324朝变压器310的加电绕组(未显示)和地电势之间的绝缘(未显示)传输。测试信号150的一部分152在与电功率流相反的方向上传输。所产生的测试信号恢复电流IR通过恢复部分122从变压器160传输到信号发生器114，以便记录。 [0046] 上述的用于电力资产的在线监控系统提供了一种用于对在线设备执行例行预防性维修和运行检查的成本高效的方法，因此提高了电力装置的可靠性。本文中描述的实施例有助于引导测试信号朝待测物体而不是朝电源传输。具体地，本文中描述的装置、系统和方法通过在电功率传输通道上引入反射电感，有助于增大该电功率传输通道的电感。更具体地，本文中描述的装置、系统和方法包括磁耦合电学非接触设备，所述磁耦合电学非接触设备被定位在测试信号进入电功率传输通道中的注入地点和电源之间。本文中描述的装置、系统和方法使用感生的反射电感来增大电功率传输通道的电感，感生的反射电感在第一频率对电功率呈现第一阻抗，在第二频率对测试信号呈现第二阻抗，其中，第二频率大于第一频率，第二阻抗大于第一阻抗。因此，本文中描述的装置、系统和方法有助于使第一测试信号电流远离测试对象传输，使第二测试信号电流朝测试对象传输，其中，第二电流大于第一电流。 [0047] 本文中公开的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下当中的至少一个：(a)增大朝测试对象传输的测试信号的信号强度；(b)减小朝电源传输的测试信号的信号强度；以及(c)在在线设备上执行(a)和(b)而不用引入与电功率传输通道直接接触的装置，。 [0048] 上文详细描述了用于加电的在线电力设备的监控系统和操作方法的示例性实施例。电力设备、监控系统和操作这种设备和系统的方法不局限于本文中描述的具体实施例，而是，可以独立地并与本文中描述的其它组件和/或步骤分离地使用系统组件和/或方法步骤。例如，还可以结合要求在线监控的其它系统和方法使用所述方法，但不局限于只以本文描述的电力设备、监控系统和方法来实施。而是，可以关联许多其它电力应用实施和使用示例性实施例。 [0049] 尽管可能在一些附图中显示了本发明的各个实施例的具体特征，而在其它附图中没有显示，但这只是出于方便。根据本发明的原理，可以结合其它任意附图的任意特征引用和/或主张一个附图的任意特征。 [0050] 本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，还使得任意本领域技术人员可实践本发明(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求书的范围内。 |
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