Способ определения состояния изоляции энергетических блоков с водяным охлаждением обмоток статора

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано на электрических станциях. Целью изобретения является повышение достоверности определения состояния изоляции . Определяют граничную частоту f, при которой эквивалентное активное сопротивление изоляции и охлаждающей воды перестает зависеть от частоты. На частотах fi f и .f2 f измеряют эквивалентные активное сопротивление и емкость изоляции и охлаждающей воды относительно земли, а также активное сопротивление охлаждающей воды на постоянном напряжении . По измеренным параметрам с помощью определенных формул вычисляют активное сопротивление току абсорбции, абсорбционную емкость и тангенс угла абсорбции , сопротивление утечки изоляции и тангенс угла омических потерь; а также тангенс угла диэлектрических потерь. По росту суммы тангенсов углов омических и диэлектрических потерь в процессе эксплуатации выявляют ухудшение изоляции. 3 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)s G 01 R 31/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ч Э

О

0 (21) 4778029/21 (22) 04,01.90 (46) 23,04.92. Бюл. ¹ 15 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà и Псковский филиал

Ленинградского политехнического института им.М.И.Калинина (72) А.И,Таджибаев, Н,С.Соловьев и С,В.Головкин (53) 621.317. 799 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1476406, кл, G 01 R 31/00, 1989, Авторское свидетельство СССР

¹ 1219986, кл. G 01 R 31/02, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ

ИЗОЛЯЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ БЛОКОВ

С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ОБМОТОК

СТАТОРА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано на электрических станциях.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано на электрических станциях для непрерывного контроля состояния изоляции блоков генератор — трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора.

Цель изобретения — повышение достоверности оценки состояния изоляции энергетического блока генератор — трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора, На фиг.1 изображена часть обмотки статора синхронного генератора с непссредст„„5U„„1728809 А1

Целью изобретения является повышение достоверности определения состояния изоляции. Определяют граничную частоту f, при которой эквивалентное активное сопротивление изоляции и охлаждающей воды перестает зависеть от частоты. На частотах f и 1г < f измеряют эквивалентные активное сопротивление и емкость изоляции и охлаждающей воды относительно земли, а также активное сопротивление охлаждающей воды на постоянном напряжении. По измеренным параметрам с помощью определенных формул вычисляют активное сопротивление току абсорбции, абсорбционную емкость и тангенс угла абсорбции, сопротивление утечки изоляции и тангенс угла омических потерь; а также тангенс угла диэлектрических потерь. По росту суммы тангенсов углов омических и диэлектрических потерь в процессе эксплуатации выявляют ухудшение изоляции. 3 ил. венным водяным охлаждением; на фиг,2— схема замещения изоляции блока генератор — трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора при частоте f>, которая больше или равна граничной частоте(а), векторная диаграмма для этой частоты (б); на фиг,3- схема замещения изоляции блока генератор — трансформатор при частоте fz, которая меньше граничной частоты, близка к промышленной частоте (а) и векторная диаграмма для этой частоты (б).

Обмотка выполнена из изолированных от стального сердечника статора слоем 1 изоляции полых медных проводников 2, 1728809 внутри которых по каналам 3 циркулирует охлаждающая вода, Последняя поступает в стержни обмотки статора через фторопластовые шланги 4 из напорного коллектора 5. который представляет собой медную трубу, заземленную во время работы генератора подводящими охлаждающую воду трубами.

После прохождения по каналам проводников охлаждающая вода поступает в сливной коллектор. Для технологических нужд контроля чистоты дистиллированной воды система охлаждения снабжена солемерами (кондуктометрами), содержащими электроды 6 и источник 7 постоянного напряжения.

Способ осуществляют следующим образом, Изоляция генератора представлена параллельной схемой замещения, содержащей следующие ветви (фиг,3а): сопротивЛЕНИЕ утЕЧКИ RoM, ХараКтЕрИЗуещЕЕ СКВОЗную утечку, и сопротивление току абсорбции Взбс, характеризующее ток абсорбции, обусловленный низкочастотными поляризациями изоляции. две названные ветви образуют активное сопротивление изоляции

Вяз(г на частоте 1г; геометрическая емкость

Cr, определяемая свойствами материалов изоляции на частоте fz. близкой к промышленной, и геометрией токоведущих частей и не зависящая от низкочастотных поляризаций, абсорбционная емкос1ь С,г, определяемая низкочастотными поляризациями, две названные ветви образуют емкость изоляции Сыг на частоте f2.

Причинами ухудшения состояния изоляции являются, во-первых, сквозная утечка, которая характеризуется величинами сопротивления утечки RoM и тангенса угла омических потерь tg 4г . во-вторых, низко1I частотные поляризации, которые развиваются на различных технологических и эксплуатационных дефектах изоляции и характеризуются величинами сопротивления току абсорбции Raec, абсорбционной емкостью Сзбс и тангенсом угла абсорбции tg / гг. Низкочастотные поляризации вызывают неравенство величин сопротивления утечки RoM и активного сопротивления Вяз изоляции на промышленной частоте, но при частотах в несколько сот герц низкочастотные поляризации в изоляции затухают, активное сопротивление изоляции при этом становится равным сопротивлению утечки и в дальнейшем не зависит от частоты. При частотах в несколько сот герц емкость изоляции Сиз принимает постоянное значение и в дальнейшем от частоты не зависит, поэтому ее значение принимается эа Cr npu промышленной частг1е 50 Гц. абсорбционная емкость Cage считается при этом равной нулю. Частоту, при которой устанавливаетСЯ РаВЕНСтВО Сиз И Cr, а таКжЕ R a И RoM, будем именовать в дальнейшем граничной

5 частотой f, Таким образом, если проводить измерения параметров изоляции на часТОТО f1 f, ПаРаМЕТРЫ ИЗОЛЯЦИИ Риз, Сиз Не зависят от частоты, 10 В схемах замещения (фиг.2 и 3) изоляции энергетических блоков генератор— трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора параллельно сопротивлению изоляции включены

15 активное сопротивление охлаждающей воды Ro и емкость системы охлаждения Со, образующие совместно с сопротивлением и емкостью изоляции эквивалентные сопротивления Rf1. Rfg и емкости Cf), С г на частотах f>, fz.

На фиг,2 и 3 приняты следующие обозначения:

Uft. Йг — напряжения, при которых определяются эквивалентные параметры изоляции и охлаждающей воды на частотах 11, г, If1. 4ft, I f — соответственно полный ток утечки через изоляцию и охлаждающую воду на частоте f<. его активная и реактивная составляющие;

<г lated l>fz — то же на частоте 1г

laoc, Iaa6c, Ipasc — соответственно полный ток абсорбции и его активная и реактивная составляющие (на частоте 1г);

IcMfg — ток смещения на частоте 1г;

lèaf1, la sf<, 1ризГ1 — СООтВЕтСтВЕННО ПОЛный ток утечки через изоляцию на частоте

40 ft, его активная и реактивная составляющие: избег аиз1г IVиз(г ТО же. На ЧаСТОТЕ 1г; пр11 1пр1г — ток сквозной утечки на частотах ft, f2, Icrf) 1сг(г ТоК через геометрическую 8мкость изоляции на частотах f1, 1г;

4f, 1,f2 — ток сквозной утечки через охлаждающую воду на частотах ft, 1г;

lcof1 1соГг — ТОКИ утЕЧКИ ЧЕРЕЗ ЕМКОСТЬ Со системы охлаждения на частотах ft, 1г;

Rf . Rfg, С 1, Cf> — эквивалентные активные сопротивления и емкости изоляции и охлаждающей воды на частотах f>, f2;

RoM — сопротивление утечки;

Ra6c активное сопротивление току абсорбции;

Care — абсорбционная емкость;

С, — геометрическая емкость:

1728809

R»f1, R>afZ. C»f1, Сиз аКтИВНОЕ СОпротивление и емкость изоляции на частотах f1, fZ;

Ro — активное сопротивление охлаждающей воды;

Со — емкость системы охлаждения относительно земли;

äf1, д 2 — углы полных потерь на частотах f1, fZ;

41, 4z — углы диэлектрических потерь на частотах f1, 1г;

Qf1, д1 2 — углы омических потерь на часл 1! тотах f1, fz;

1/ф 2 — угол абсорбции на частоте fz.

ЕМКОСТЬ ИЗОЛяции ГЕНЕратОра Сг В ПЕрвом приближении определяется как суммарная емкость параллельно включенных конденсаторов, обкладками каждого из которых являются (фиг. 1) проводящие стержни

2 обмотки и стальной корпус статора, между которыми имеется слой 1 изоляции толщиной биз.

Емкость системы охлаждения Со в первом приближении может быть определена как суммарная емкость параллельно включенных конденсаторов, каждый иэ которых образован торцами токоведущих стержней

2 и медным коллектором 5, изоляцией между которыми служат водоподводящие штанги 4, длина последних d .

Так как емкость конденсатора обратно пропорциональна толщине изоляции между обкладками и конструктивные размеры генераторов таковы, что d<», d», получим, что емкость системы охлаждения Со пренебрежимо мало по сравнению с емкостью изоляции Сиз и соответственно можно пренебречь протекающими через Со токами

Icof1 Icofz.

Величину сопротивления Ro охлаждающей воды можно определить, зная удельное сопротивление воды и размеры системы охлаждения. Наиболее просто это можно сделать с помощью солемера. которым снабжены энергетические блоки с непосредственным водяным Охлаждением. Конструктивно солемеры или кондуктометры выполнены в виде электродов 6 (фиг.1), к которым присоединен источник 7 постоянного напряжения, Плои эдь электродов солемера равна

sc = 1 см, а расстояние между ними с = 1 см. Таким образом, протекающий между электродами постоянный ток прямо пропорционален удельной проводимости охлаждающей воды 1/р . Активное сопротивление охлаждающей води рассчитывается по формуле.С.1

Ro =p

S П . где ), s, и — соответственно длина, сечение и количество водоподводящих шлангов в сис5 теме охлаждения;

p — удельная проводимость охлаждающей дистиллированной воды, которая определяется по измеренным току Ic между электродами датчика солемера и приложен10 ному к этим электродам напряжению Ит источника 7 (фиг.1):

Оу

Р=

Ic

Определив сопротивление Ro, можно

15 найти сопротивление утечки изоляции RoM (фиг.2а):

RoM = Ro Rf1/(Ro Rf1)

Измерив активные составляющие токов ! а(1 И а(2 И НаПряЖЕНИя Uaf1 UafZ. МОЖНО определить активные эквивалентные сопротивления Rf1, Rfz.

Rf1 = Uf1/laf1, Rfz = Ufz/latz.

Из схемы замещения на частоте f1 (фиг.2а) и на частоте fz (фиг.За) находим:

Rate- Rf1 г (Rf1 — Rfz).

Измерив реактивные составляющие токов Ipf1 и 1р 2, можно определить эквивалентные емкости

30 С11 = 1р 1/(2 лТ1 Uf1) ;

С 2 = Ipfz/(2 7cfz 0(2).

Согласно схемам замещения (фиг.2а и

За) с учетом малости Со имеем

Сабс = С(2 С11.

ПО НайДЕННЫМ Сабс Ra6c МОЖНО НайтИ тангенс угла абсорбции 19 ф 2 на частоте fz из векторной диаграммы на фиг.36:

tg 1/1 = Iaa6c/ рабс = (2 «>fz Сабс Ra6c)

40 Тангенс угла полных потерь в изоляции на частоте f1tg д11 определяется из векторной диаграммы фиг.26: .

Inpf1 Uf1

tgA1= —— Х

45 Ipf1 ом

1 1

Ur1 2 01 (Сг + Со) RoM Cft 2 Ъ1

Тангенс угла диэлектрических потерь в

50 изоляции на частоте fz tg д 2 определяется из векторной диаграммы фиг,36: .ч !аабс аабс !рабс

tg О 2— риз(рабс (lcrfZ + рабс)

Сабс

55 = tg 1/1z

Cfz

Тангенс угла омических потерь в изоля ции на частоте fz определяется (фиг.36):

Inpfz Ufz

tg д,= — = — х

Ip»fZ RoM

1728809 х

0(2 2 _#_fg (Сг + Сабс + Со) . f> Cr<

= tg0f;

С 2

Тангенс угла диэлектрических потерь

tg 4 определяет свойства изоляции как идеального диэлектрика, т.е. учитывает потери только от различного вида релаксационных поляризаций. По росту его величины можно судить об ухудшении только диэлектрических свойств материала. Тангенс угла омических потерь tg д 2 характеризует !! потери от тока сквозной проводимости изоляции, обусловленные наличием токопроводящих мостиков (из-за электропроводимости дефектов в изоляции, увлажнения изоляции, ее частичного пробоя и т.д.). Его рост свидетельствует о наличии дефектов в изоляции. Тангенс угла абсорбции tg >/y2 характеризует свойства низкочастотных поляризаций в изоляции.

Операция определения состояния изоляции осуществляется путем сравнения определенного на частоте fz тангенса угла полных потерьщ Afg= щ д12+ tg f2 рав-!! ного сумме тангенсов и диэлектрических и омических потерь, со значением тангенса угла полных потерь в начале эксплуатации, Если сд д 2 не изменился, то диэлектрические свойства изоляции не нарушены. Если

tg д 2 возрос и при этом увеличился и тангенс угла омических потерь tg hfq, то состо-!! яние изоляции ухудшилось за счет появления токоведущих мостиков вследствие увлажнения или повреждения изоляции, Если tg A возрос при близком к нулю

tg д(2, то состояние изоляции ухудшилось за счет необратимых явлений, вызванных старением изоляции.

Использование предлагаемого способа позволяет оценивать и прогнозировать состояние изоляции по ряду характеристик и выводить блок генератор — трансформатор в ремонт при недопустимом ухудшении проводящих и диэлектрических характеристик его изоляции, Предлагаемый способ может быть реализован путем подачи на статор генератора напряжений частоты f1. fZ через измерительный трансформатор напряжения. При этом источники накладываемого напряжения указанных частот f>, fz присоединяют к вторичным обмоткам измерительного трансформатора напряжения, соединенным по схеме разомкнутого треугольника, и измерение активных сопротивлений и емкостей в схеме замещения изоляции производят косвенным путем, по замерам напряжений Uf1. Ufg активных laf), !afar и реактивных

Ipf), Ipfg токов, протекающих от этих источников. Измерение активного сопротивления охлаждающей воды производят по показаниям датчика солемера.

Частоты f1 и fz при этом выбирают в следующем диапазоне. Частота f> больше или равна граничной частоте т, на которой эквивалентное активное сопротивление изоляции и охлаждающей воды ст нет равным сопротивлению утечки, т.е. перестанет изменяться с изменением частоты:

Rf1 = Rf = const.

Как правило, это частота 500 — 1000 Гц, Частота f2 — меньше граничной f и достаточно близка к промышленной частоте 50 Гц; например 25 Гц, Предлагаемый способ может быть использован для определения состояния изоляции в рабочем режиме блока генератор— трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора. При этом расширяются возможности для анализа состояния изоляции в рабочем режиме и увеличивается достоверность определения состояния изоляции за счет выделения активного сопротивления охлаждающей воды из эквивалентного сопротивления изоляции и охлаждающей воды, и раздельного суждеНИЯ ПО ВЕЛИЧИНаМ Вабс, Сабс И tg !/т2 0 НИЗКОчастотных поляризациях, по Ro и tg д 2 о !!

35 сквозных утечках, в результате чего решаются задачи, связанные с непрерывным контролем состояния изоляции в рабочем режиме блоков генератор — трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора, с

40 определением недопустимого ухудшения состояния изоляции упомянутых блоков и своевременным выводом их в ремонт благодаря чему обеспечивается возможность уменьшения аварийности крупных энергобло45 ков на электростанциях и повышается надежность работы электростанций и надежность электроснабжения.

Формула изобретения

Способ определения состояния изоля50 ции энергетических блоков с водяным охлаждением обмоток статора, заключающийся в тОм, что определяют граничную частоту, при которой величина эквивалентного активного сопротивления изоляции и охлаждающей

55 среды воды перестает зависеть от частоты, измеряют на этой или большей частоте активное сопротивление и емкость изоляции и охлаждающей воды относительно земли, рассчитывают сопротивление току абсорбцИИ Вабс, абСОрбцИОННуЮ ЕМКОСТЬ Сабс, таН1728809

10 генс угла абсорбции lg +6c и тангенс угла диэлектрических потерь и судят по рассчитанным величинам о состоянии изоляции, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения состояния изоляции, дополнительно измеряют эквивалентное активное сопротивление и емкость изоляции и охлаждающей воды на частоте, меньшей граничной частоты, а также измеряют активное сопротивление охлаждающей воды на постоянном напряжении, причем расчет параметров изоляции производится по формулам

Ro В(1 В 11 Rf2

RoM =: абс = о f1 И вЂ” г

Сабс = С 1 — C<2, Щ А1 — — (Вом С(1 2 Xf1) 1; т9 фг = (набс Сабс 2 7г г)

-1, т9 42=т992.—, Сабс, С

f1 С(1

19 д г = т9 О<1

12 С12 где RpM — сопротивление утечки;

Й11, Rf2 — эквивалентные активные сопротивления изоляции и охлаждающей во10 ды, измеренные на частотах f1 и f2, Ом;

f1 — частота, равная или больше граничной;

f2 — частота меньше граничной;

Cf1, Сгг — эквивалентные емкости изоляции и охлаждающей воды. измеренные на частотах f1 и f2; т9 д 1 — тангенс угла полных потерь изоляции на частоте 11;

* Ro — активное сопротивление охлажда20 ющей воды, Ом.

1728809

Icnyz а

Составитель А,Таджибаев

Техред М,Моргентал Корректор М.Кучерявая

Редактор Н.Тупица

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1406 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5