Статор высоковольтной электрической машины

 

Сущность изобретения: датчик системы контроля размещен на измерительной площадке безопасности, впрессованной с внешней стороны изоляции контролируемого участка обмотки, Площадка включает в себя электрод (5) из металлической фольги, повторяющий конфигурацию основания датчика, и противокоронное покрытие из полупроводящей эмали (4). Оно выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде пояска шириной, зависящей от номинального напряжения машины. Его удельное сопротивление увеличивается по мере удаления от края электрода. Электрод и один из выводов датчиков соединены заземляющим проводом (6) с заземленным корпусом статора электрической машины. Датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке с помощью изоляционного бандажа. 3 ил. ( хэ с/ С :ъ оо д 4 Ю п Фиг 1

союз советских

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 11/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, «4

Q

Ц.

69//

/2.78

/ (21)4673361(07 (22) 04.04.89 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения

Харьковского завода "Электротяжмаш" им, В.И.Ленина (72) Л.Л.Хаймович и И.Я.Черемисов (56) Александров А.Е, и др. Обнаружение дефектов гидрогенераторов.- М.: Энергоиздат, 1985,с. 152, Надточий В.M., Рекомендации по контроле вибрационного состояния лобовых частей обмотки статора гидрогенераторов, сборник научных трудов ВНИИВ "Электромеханические процессы и диагностика эксплуатационного состояния синхронного генератора.- M.: Энергоиэдат, 1983, с. 10-15.

Кислицкий Б.В. и др. Методические указания по проведению вибрационных и испытаний турбо- и гидрогенераторов.

МУЗИ-70-103-85, М., Союзтехэнерго, 1986, с. 7-12., >5K<Ä> 178177у А1 (54) СТАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Сущность изобретения: датчик системы контроля размещен на измерительной площадке безопасности, впрессованной с внешней стороны изоляции контролируемого участка обмотки. Площадка включает в. себя электрод (5) из металлической фольги; повторяющий конфигурацию основания датчика, и противокоронное покрытие из полупроводящей эмали (4). Оно выходит за пределы электрода по всему.его периметру в виде пояска шириной; зависящей от номинального напряжения машины. его удельное сопротивление увеличивается по мере удаления от края электрода. Электрод и один из выводов датчиков соединены заземляющим проводом (6) с заземленным корпусом статора электрической машины. Датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке с помощью изоляционного бандажа. 3 ил.

1781779

20

50

Изобретение относится к крупному электромашиностроении и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации высоковольтных турбо- и гидрогенераторов, в частности для диагно- 5 стики эксплуатационного состояния торцовых частей обмотки статора.

Контроль параметров эксплуатационного состояния торцовых частей высоковольтной обмотки статора (температуры, увлажнения, вибрации, деформации, термомеханического перемещения и др.) с использованием датчиков . с электропроводной связью (термопреобра- зователей сопротивления, психрометров, 1 вибропреобразователей, тензобалочек и др.) при установке их непосредственно на лобовые части по аналогии с установкой датчиков на обмотку в пазах заземленного сердечника статора не представляется возможным из-за высокого напряжения на них.

Размещение датчиков на лобовых частях недопустимо прежде всего по соображениям электробезопасности из-за возможного высокого потенциала через электропровод- 2 ную связь к измерительному прибору и поражения током испытателя, а также из-за возможного повреждения как датчика от воздействия скользящих разрядов, коронирования и ионизации у его основания, так и пробоя обмотки на него при повреждении изоляции под воздействием этих же факторов,.

В связи с изложенным в известных конструкциях датчики вынуждено располагают на некотором удалении от поверхности изоляции обмотки на промежуточных обоймах из электроизоляционного материала, Для обеспечения защиты испытателя от поражения электрическим током, а также предотвращения повреждения датчика и изоляции обмотки обойме, установленной между обмоткой и датчиком, приданы в зависимости от напряжения такие размеры, чтобы гарантировать электрическую проч- 4 ность изоляции обмотки, отсутствие коронирования и скользящих разрядов у датчика при работе и профилактических испытаниях обмотки повышенным напряжением. Изоляционная обойма с прикрепленным датчиком устанавливается на клею и бандажируется шнуром к сте ржн ю о б мотки.

Наличие промежуточного элемента между датчиком и контролируемым объектом привносит дополнительную погрешность при измерении параметров из-за ослабления обоймы с датчиком и появления люфта, отделения датчика от объекта контроля и др., а в ряде случаев делает невозмо>кным проведение измерений в условиях ограниченного пространства лобовых частей высоковольтной обмотки.

Условия электробезопасности при проведении измерений, помимо требования установки "балластной" изоляционной обоймы в известном устройстве, налагают также дополнительно жесткие ограничения по напряжению в месте расположения датчиков контролируемого обьекта до величины не более 1000 В, Турбо- и гидрогенераторы выполняются на номинальные напряжения значительно выше

1000 В, и поэтому указанное требование не выполняется. Однако при учете конструктивных особенностей обмотки (например, соединение обмотки в "звезду") и электромагнитных процессов в статоре, обуславливающих распределение генерируемого напряжения в обмотке по длине фазы от нулевого значения у нейтрального (нулевого) вывода до величины фазного напряжения у главного (линейного) вывода, требование электробезопасности удалось выдержать в известных решениях лишь на части обмотки. При указанном распределении напряжения по длине фазы низковольтная часть обмотки, допускаемая для размещения датчиков, примыкает к нулевым выводам. В режиме нагрузки в генераторах с наиболее распространенным номинальным напряжением от 10,5 до 24 кВ эта часть обмотки с рабочим напряжением относительно "земли" до 1000 В включает в себя 1...2 стержня из 20...30 стрежней на фазу в турбогенераторах и до 10 стержней из сотен стержней на фазу в гидрогенераторах, Отсюда следует, что система диагностики эксплуатационного состояния может охватить лишь незначительную часть торцовой зоны обмотки статора, не превышающую 5,, всей ее совокупности, и не обеспечивает эксплуатационную надежность машины.

Следует отметить, что по условиям электробезопасности контроль состояния лобовых частей низковольтной части обмотки при работе под нагрузкой (даже при столь ограниченном обьеме контроля) проводят, как правило, эпизодически в экстремальных ситуациях при оценке возможности дальнейшей эксплуатации, например, при недопустимо больших виброперемещениях. В этом случае во время измерений должны быть приняты меры предосторожности, обеспечивающие защиту персонала, проводящего измерение, от полного напряжения генератора, а также предотвращающие повреждение измерительной аппаратуры. С этой целью измерительные провода от дат1781779

15

35 ао

55 чиков группируются в жгуты пофазно, а их изоляция по отношению к корпусу и между собой проверяется испытательным напряжением, равным (1,0...1,5) Икал, Измерительные приборы и оператор должны находиться на измерительной высоковольтной подставке, изолированной и также испытанной относительно корпуса напряжением не менее 1,5 Ином. Кроме того, для предупреждения аварии на время проведения измерений в режиме нагрузки защита генератора от замыканий на землю обмотки статора настраивается на отключение генератора без выдержки времени, так как замыкания сопровождаются большим электродинамическими нагрузками. После проведения измерений датчики и их электропроводка демонтируется с низковольтной части обмотки.

Высоковольтная часть обмотки (находится под напряжением свыше 1000 В), составляющая большую часть торцовой эоны — не менее 95%, — при известной конструкции установки датчиков и методах измерения в процессе эксплуатации находится в зоне нечувствительности защиты и остается вне контроля. Расширенный контроль этой торцовой эоны обмотки приходится проводить только в специальном испытательном режиме генератора при установившемся трехфазном коротком замыкании обмотки, когда ток статора может быть равным номинальному, а напряжение на всей обмотке существенно ниже 1000 В, К такому контролю прибегают в ограниченных случаях, на пример, при исследовании торцовой эоны обмотки статора головных образцов турбои гидрогенераторов для проверки принятых принципиально новых конструктивных решений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является статор. в низковольтной части обмотки которого на поверхности корпусной изоляции лобовых частей установлены датчики через промежуточные изоляционные обоймы, размеры которых обеспечивают электробезопасность, сохранность датчиков и обмотки при измерении под нагрузкой.

Недостатком этой конструкции-является то, что она не позволяет охватить контролем всю торцовую зону обмотки,.так как датчики установлены на ограниченной, не превышающей 5% общего объема, части обмотки в пределах низковольтной эоны ее.

Размещение датчиков на изоляционных обоймах вносит дополнительную погрешность в измерении из-за удаленности датчика контроля и из-за возможного ослабления крепления обоймы в процессе работы. Увеличение габаритов обоймы с ростом напряжения на объекте не позволит разместить ее в стесненном пространстве лобовых частей обмотки и делает невозможным проведение измерений в высоковольтной части обмотки. Кроме того, при такой конструкции установки датчиков, предполагающей пассивную форму защиты персонала от поражения током в расчете только на достаточность увеличения диэлектрического промежутка обоймы, остается необходимой вся сложная система охранных мероприятий по обеспечению злектробезопасности при проведении измерений: вынесенная за пределы генератора система высоковолbTных подставок для расположения испытательного персонала и измерительных приборов, запрещение проведения контроля в рабочем режиме генератора, демонтаж датчиков после проведения измерений, недопустимость непрерывного контроля в процессе эксплуатации. «(о и при этом не обеспечивается возможность 100%-ного охвата при контроле торцевых зон обмотки статора.

Изложенное выше показывает, что известная конструкция обмотки с установленными датчиками и связанные с ней методы и средства контроля эксплуатационного состояния торцовых эон обмотки статора ограничивают возможности контроля, а контроль в процессе нормальной работы генераторов вообще невозможен, т.е, имеет место техническое противоречие.

Целью изобретения является повышение надежности путем расширения зон активного контроля обмотки статора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном статоре высоковольтной электрической машины, включающем обмотку статора, датчики контроля эксплуатационного состояния торцовой зоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, крепящий бандаж, каждый из упомянутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изоляции контролируемого участка обмотки и включающей в себя электрод из металлической фольги, повторяющий конфигурацию основания датчика и имеющий, по меньшей мере. размеры основания датчика, и противокоронное покрытие, выполненное иэ полупроводящей эмали, причем противокоронное покрытие выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде пояска шириной, зависящей от номинально- го напряжения машины, и его удельное сопротивление увеличивается по мере удаления от коая электрода к периферии

1781779 покрытия, электрод и один иэ выводов датчиков предназначены для соединения заземляющим проводом с заземленным корпусом статора электрической машины, а датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке.

Предложенное техническое решение позволяет разрешить выявленное техническое противоречие путем, — во-первых, размещения датчика непосредственно на поверхности изоляции торцовой части обмотки, что стало возможным при изменении конструкции промежуточного элемента между датчиком и обмоткой и изменении его функционального назначения на обратное, т.е. вместо "удалять" датчик об объекта контроля при установке на изоляционную обойму предельно "приближать" к объекту при установке датчика на измерительную площадку, выполненную из тонкой металлической фольги и впрессованную в изоляцию с внешней стороны обмотки, чем достигнуто повышение точности контроля — во-вторых, подключения заземляющего провода к измерительной площадке и, как следствие, сокращение до минимума размеров промежуточного элемента — до толщины фольги электрода — независимо от величины напряжения в любом месте установки датчика, что позволило избавиться в стесненном пространстве лобовых частей обмотки от крупногабаритных изоляционных обойм, особенно от обойм наибольших размеров в высоковольтной части обмотки, расположить там датчики и распространить диагностику на весь объем торцовой зоны; — в третьих, размещения заземленной измерительной площадки на полупроводящем противокоронном покрытии и упорядочения с его помощью распределения электрического поля на краю электрода по периметру и, как следствие, устранения разрушающих воздействий со стороны электрического поля как на датчики, так и на изоляцию торцовой зоны в месте их расположения от скользящих разрядов, коронирования и ионизации при введении в обмотку датчиков, снятия всех ограничений по месту расположения да." -иков, в том чис"ле и в высоковольтной части обмотки, снятия запрещающих требований по режимам работы генератора при выполнений контроля, а также создания условий для осуществления 100%-ного охвата контролем эоны обмотки и для введения стационарного непрерывного контроля при любом рабочем и испытательном режимах в процессе эксплуатации и ремонта турбо- и гидрогенераторов.

На фиг.1 изображен статор с установ20 ленным в торцовой части обмотки датчика25

При использовании предлагаемого статора одновременно происходит повышение эффективности и упрощение всей системы охранных мероприятий по обеспечению электробезопасности при проведении измерений, что обусловлено переносом измерительной площадки извне во внутрь генератора — непосредственно в контролируемую точку. Кроме того, контороль эксплуатационного состояния торцовой зоны обмотки статора переходит из разряда "специальные измерения", предусматривающего демонтаж датчиков после измерений, в разряд "штатный контроль" с сохранением датчиков на все время эксплуатации генератора и подключением их непосредственно к системе непрерывного автоматического слежения. ми; на фиг.2 показано размещение датчика на поверхности изоляции обмотки, на фиг.3 — приведена схема соединений и заземлений датчика.

В торцовой зоне обмотки, находящейся. за пределами сердечника статора 1, на поверхности изоляции лобовых частей стержня 2 и соединительных шин (перемычек) 3 установлена измерительная площадка безопасности, состоящая из полупроводящего покрытия 4 и расположенного на нем электрода из тонкой металлической фольги 5. К электроду припаян заземляющий провод 6, второй конец которого присоединен к заземленному корпусу статора 1. Полупроводящее покрытие 4 у края заземленного электрода выполнено по аналогии с известным покрытием стержней обмотки в месте выхода из паза статора. Оно состоит из слоя полупроводящих эмалей с удельным поверхностным сопротивлением, увеличиваю. мрмся по мере удаления от края электродаот10 ... до10.„"Ом,иобразует окантовывающий по периметру электрода поясок шириной, зависящей от номинального напряжения генератора и составляющей 50...150 мм для И ном = 10,5...24 кВ.

Датчик 7 расположен на измерительной площадке, приклеен„своим основанием к электроду 5 и прикреплен к стержню 2 изоляционным бандажом 8. датчик 7 соединен с помощью подводящих проводов 9 электрической связью с измерительным прибором 10. Каждый провод 9 соединительной линии размещен в экране из металлической оплетки 11. В соответствии с требованиями техники электробезопасности в дополнение к заземлению электрода 5 с помощью заземляющего провода 6 заземляются также один из проводов электропроводки 9 каждо10

10

25

30 электрическая прочность из изоляции, изго- .35

45

50 го датчика 7, металлический экран 11 всех подводящих проводов и корпус измерительного прибора 10. Измерительные площадки с датчиками удобнее всего располагались на обмотке вдоль изоляционных кронштейнов 12 и межслоевых колодок 13, на которые опираются и к которым прикреплены лобовые части. В этсм случае заземляющий провод 6 и подводящие провода 9 в металлических экранах 11 проходят через зазор между смежными стержнями в зоне их измерительных площадок и далее по колодкам и кронштейнам к заземляющим болтаи 14 заземленного корпуса статора.

Сигналы от датчиков 7 через электропроводящую связь 9 подаются в устройство автоматической системы контроля 10 с за-. земленным корпусом, в котором проводится анализ эксплуатационного состояния торцовых частей высоковольтной обмотки по диагностическим признакам каждого контролируемого параметра (температуры, вибрации, увлажнения, деформации,термомеханического перемещения и др.), уровень которого по принятым нормам превышает допустимый и соответствует параметрам

"неудовлетворительно" или "недопустимо".

Измерительная площадка располагается в любом месте торцовой зоны обмотки, исключая участки, примыкающие непосредственно к месту потери непрерывности главной позиции, т.е. к головкам или местам электрических соединений обмотки, где товленной по упрощенной технологии, несколько ниже главной изоляции соединяемых деталей (стержней, шин, перемычек и т,п.), изготовленной в режиме вакуумирования, опрессовки и термообработки.

Поэтому измерительная площадка отстоит от места окончания непрерывности главной изоляции стержня, шины или перемычки— от торца, среза изоляции — не ближе величины сухоразрядного промежутка вдоль поверхности изоляции, скоординированного с испытательным напряжением. Так, например, при номинальных напряжениях турбои гидрогенераторов И <„ = 10,5...24,0 кВ и максимально возможных профилактических испытательных напряжениях Исип.

-1,5Ином минимальное расстояние от края полупроводникового покрытия электрода измерительной площадки до среза изоляции составляет 50...80 мм

Применение предлагаемой конструкции статора позволяет в зависимости от предполагаемого отклонения от. нормы по вибрации, температуре, деформации, влаж. ности и др. установить на измерительную площадку с электропроводкой соответствующие датчики и оценить состояние торцовой зоны. При этом датчики можно устанавливать на любой стержень независимо от его рабочего напряжения. Размеры измерительной площадки определяются размерами основания датчика. При переходе к миниатюризации датчиков на одной измерительной площадке можно разместить несколько датчиков различного назначения или разместить несколько однотипных датчиков на одной или на нескольких измерительных площадках при резервировании на случай их повреждения и

5 для обеспечения более надежной диагностики. Для компактности разнотипные датчики, установленные на одной измерительной площадке, имеют один общий провод, идущий к заземлению.

Дальнейшее повышение компактности достигается использованием комбинированного многоцелевого датчика; например, в датчике вибрации основанием корпуса может быть датчик температуры иди деформации, а в качестве верхней крышки.— датчик влажности в торцовой зоне обмотки, Благодаря применению предлагаемой конструкции статора пересмотрена концепция на возможности диагностики технического состояния торцовой зоны высоковольтной обмотки статора и использованы методика и измерительные средства, принятые при контроле пазовой части обмотки, расположенной в заземленном сердечнике статора.

Заявляемое устройство статора, высоковольтной электрической машины предполагается применить при изготовлении турбогенераторов повышенной маневренности и обратимых гидрогенераторов — двигателей мощностью 220...500 МВт.

Формула изобретения

Статор высоковольтной электрической машины, включающий обмотку статора, датчики контроля эксплуатационного состояния торцовой эоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, крепящей бандаж, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежностипутем расширения зон активного контроля, каждый из упомянутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изоляции контролируемого участка обмотки и включающий в себя электрод из металлической фольги, повторяющий конфигурацию основания датчика и имеющий по меньшей мере размеры основания датчика, и противокоронное покрытие, в :л;олненное из полупроводящей эмали, причем

1781779

Составитель С, Флоринская

Техред M.Ìîðãåí Tàë Корректор С. Юско

Редактор С. Кулакова

Заказ 4279 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 противокоронное покрытие выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде пояска шириной, зависящей от но минального напряжения машины, и его удельное сопротивление увеличивается по мере удаления от края электрода к периферии покрытия, электрод и один из выводов датчиков предназначены для соединения заземляющим проводом с заземленным корпусам статора электрической машины, а

5 датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке.