Способ обнаружения замыкания между витками электрической машины, определения доли замкнутых витков и перенапряжения фаз

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Технический результат: возможность обнаружения замыкания между витками фазы обмотки работающей электрической машины от момента его возникновения (неустойчивого замыкания) до образования устойчивой гальванической связи между витками, а также оценки доли замкнутых витков и степени перенапряжения в фазах. Сущность: у электрической машины, находящейся под рабочим напряжением, непрерывно измеряются токи и напряжения фаз соответствующими датчиками. По сигналам от датчиков токов и напряжений регистрируются фазовый сдвиг и амплитуды тока и напряжения первой гармоники фаз. При появлении неравенства между фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники одной из фаз и фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники других фаз, которые остаются равными между собой в переходных или установившихся процессах, судят об изменении параметров катушки фазы, в частности ее индуктивного сопротивления, связанного с уменьшением числа эффективных витков катушки фазы. Сопоставлением значений фазовых сдвигов неисправной фазы до и после замыкания витков судят о доле замкнутых витков. О степени перенапряжений в фазах обмотки судят по сопоставлению амплитудных значений фазных напряжений первых гармоник до и после образования межвитковых замыканий. 1 ил.

 

Изобретение относится к способу обнаружения замыкания между витками фазы трех и более фазной обмотки работающей электрической машины (статорной обмотки асинхронных и синхронных машин, обмотки трансформаторов т.п.) на всех стадиях развития дефекта, включая его зарождение, а также установления доли замкнутых витков и перенапряжения в фазах. Сущность изобретение основана на следующем. В отсутствии межвиткового замыкания в машине, ее трех и более фазная обмотка представляет собой симметричную электрическую цепь, в которой параметры цепи фаз равны между собой, в частности фазовые сдвиги тока и напряжения фаз. При непрерывной регистрации тока и напряжения фаз обнаруживается начальный момент образования замыкания (неустойчивая гальваническая связь между витками), вызывающая асимметрию трех и более фазной цепи обмотки машины, в которой фазовый сдвиг тока и напряжения неисправной фазы отличается от аналогичного параметра исправных фаз, остающихся равными между собой на любых стадиях замыкания витков неисправной фазы. Степень отличия фазового сдвига тока и напряжения неисправной фазы от его исходного значения позволяет судить о доле замкнутых витков фазы. Степень отличия напряжений фаз при образовании замыкания витков от их исходных значений позволяет судить о степени перенапряжения в фазах. Технический результат: своевременное обнаружение дефекта и принятие мер по его устранению.

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения замыкания (на всех стадиях его развития) между витками фазы обмотки работающей электрической машины, а также определения доли замкнутых витков и перенапряжения в фазах.

Предпосылки изобретения

В начальной стадии развития повреждения изоляции витков обмотки у работающей электрической машины, возникают однократные самоустраняющиеся пробои изоляции витков ("проколы"), в дальнейшем перерастающие в дуговые прерывистые самоустраняющиеся замыкания непериодической последовательности, Кратковременные замыкания витков предшествуют полным пробоям изоляции, переходящие из дуговых прерывистых в устойчивые замыкания, имеющие место при наличии надежной гальванической связи между витками фазы, в виде устойчивой дуги, либо переходного сопротивления, либо металлического контакта. Прерывистые замыкания витков сопровождаются переходными процессами: всплесками тока и бросками напряжения в неисправной и исправных фазах, создающие условия для перенапряжений между витками.

Известен способ обнаружения межвитковых замыканий в обмотках трехфазных электрических машин (RU 1714539) [1], заключающийся в индуцировании высокочастотной ЭДС в проводниках обмотки статора с помощью электромагнитного индуктора, измерении магнитного поля, создаваемого токами в этих проводниках электромагнитным приемником, причем о наличии межвитковых замыканий судят по величине ЭДС, наведенной в обмотке электромагнитного приемника. Недостатками данного способа являются необходимость вывода электрической машины из действия на период получения данных о неисправности обмотки, а также невозможность осуществления непрерывного текущего контроля показателей замыкания между витками и обнаружения зарождающегося неустойчивого межвиткового замыкания

Известен способ контроля короткозамкнутых витков в индуктивных элементах (RU 1698845) [2], состоящий в том, что воздействуют импульсным напряжением повышенной частоты и регистрируют информативный параметр, по которому судят о наличии короткозамкнутых витков. С целью повышения достоверности контроля, воздействие напряжением осуществляют радиоимпульсами с частотой огибающей, не менее чем в десять раз меньшей собственной резонансной частоты индуктивного элемента и амплитудой, изменяемой до предельно допустимого напряжения. При каждом значении амплитуды воздействующего напряжения изменяют скважность огибающей импульсов, причем одновременно осуществляют визуальную регистрацию теплового потока и по появлению в нем локальных неоднородностей в виде квазистационарных или модулированных участков, имеющих различимую контрастность с общим фоном не менее определенного уровня, судят о наличии короткозамкнутых витков. Недостатками данного способа являются необходимость вывода электрической машины из действия, невозможность выполнения текущего непрерывного контроля признаков продольных замыканий в обмотке и обнаружения кратковременных замыканий в начальной стадии их развития (неустойчивого межвиткового замыкания), а также сложность устройства и работы схемы, обеспечивающей контроль короткозамкнутых витков в индуктивных элементах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является способ контроля витковой изоляции обмотки статора электрической машины переменного тока (RU 1697021) [3]. Способ основан на возбуждении ЭДС в проверяемой катушке обмотки, измерении параметров полей рассеяния и сравнении измеренного значения и эталонного с последующим суждением о наличии замкнутых витков. Особенность способа состоит в том, что ЭДС возбуждают полем самой электрической машины при ее работе в двигательном режиме на холостом ходу с обрывом фазы проверяемой катушки. В качестве измеряемого параметра используют информацию об аксиальной составляющей поля рассеяния, Измерения проводят в конце вылета лобовой части этой катушки. Недостатками данного способа являются необходимость работы электрической машины в период проводимых измерений в двигательном режиме на холостом ходу с обрывом фазы проверяемой катушки, невозможность осуществления непрерывного мониторинга информативных показателей замыканий витков между собой и невозможность обнаружения первичных кратковременных замыканий («прокалывающих» пробоев), возникающих до устойчивого межвиткового замыкания.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является разработка способа для обнаружения замыкания между витками фазы обмотки работающей электрической машины от момента его возникновения (неустойчивого проявления) до образования устойчивой гальванической связи между витками, а также для оценки доли замкнутых витков и степени перенапряжения в фазах.

Способ согласно настоящему изобретению отличается обнаружением асимметрии фаз: фазовый сдвиг тока и напряжения фазы при замыкании ее витков становится неравным аналогичному параметру других фаз, остающихся равными между собой на всех стадиях замыкания витков неисправной фазы. При появлении неравенства между фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники одной из фаз и фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники других фаз, которые остаются равными между собой в переходных или установившихся процессах, судят об изменении параметров катушки неисправной фазы, в частности ее индуктивного сопротивления, связанной с уменьшением числа эффективных витков катушки фазы вследствие замыкания части ее витков. Сопоставлением значений фазовых сдвигов неисправной фазы до и после замыкания ее витков судят о доле замкнутых витков. Сопоставлением амплитудных значений фазных напряжений первых гармоник до и после образования межвитковых замыканий судят о степени перенапряжений в фазах.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой представлена схема устройства, реализующего способ, со схемой замещения объекта контроля. На схеме показаны фазы А, В, С статорной обмотки трехфазной асинхронной машины, имеющей межвитковое замыкание (МВЗ) в фазе А. Датчики токов 1 и напряжений 2 непрерывно измеряют соответствующие параметры фаз, сигналы которых поступают в аналого-цифровой преобразователь 3 и далее в электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 4, выдающую результат на основании обработанных данных.

Способ осуществляют следующим образом

У электрической машины, находящейся под рабочим напряжением, непрерывно измеряются токи и напряжения фаз датчиками 1 и 2 соответственно. До появления межвиткового замыкания в симметричной обмотке машины напряжения фаз, токи фаз, и их фазовые сдвиги равны между собой. В начальный момент проявления дефекта, в моменты однократных самоустраняющихся пробоев витковой изоляции, сопровождаемых всплесками токов и бросками напряжений в переходных процессах в фазах обмотки, электрическая цепь обмотки машины становится асимметричной. По сигналам от датчиков токов 1 и напряжений 2 регистрируется неравенство электрических параметров фаз: фазовый сдвиг и амплитуды тока и напряжения первой гармоники неисправной фазы будут отличны от аналогичных параметров исправных фаз. Причем указанные параметры у исправных фаз во все время развития дефекта остаются равными между собой. Сигналы, поступающие в ЭВМ от датчиков 1 и 2 через аналого-цифровой преобразователь, обрабатываются и анализируются программой, реализованной в ЭВМ: определяются первые гармоники тока и напряжения и фазовый сдвиг между ними во всех фазах, сравниваются значения фазовых сдвигов, устанавливается разница между ними, рассчитывается доля замкнутых витков и перенапряжение в фазах.

Изобретение в отличие от известного способа обеспечивает обнаружение межвиткового замыкания в обмотке работающей электрической машины на всех стадиях его развития от раннего (неустойчивого замыкания) до установившегося (стабильного) замыкания, а также определение доли замкнутых витков и степень перенапряжения в фазах обмотки.

Источники информации

1. RU 1714539, МПК G01R 31/06

2. RU 1698845, МПК G01R 31/06

3. RU 1697021, МПК G01R 31/06

Способ обнаружения замыкания между витками обмотки электрической машины, определения доли замкнутых витков и перенапряжения в фазах, заключающийся в том, что у электрической машины, находящейся под рабочим напряжением, непрерывно измеряются токи и напряжения фаз соответствующими датчиками, отличающийся тем, что, с целью обнаружения замыкания между витками фазы обмотки работающей электрической машины от момента его возникновения (неустойчивого замыкания) до образования устойчивой гальванической связи между витками, а также для оценки доли замкнутых витков и степени перенапряжения в фазах непрерывно определяют значения фазовых сдвигов тока и напряжения первой гармоники фаз, при появлении неравенства между фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники одной из фаз и фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники других фаз, которые остаются равными между собой в переходных или установившихся процессах, судят об изменении параметров катушки фазы, в частности ее индуктивного сопротивления, связанного с уменьшением числа эффективных витков катушки фазы, вследствие замыкания части ее витков, сопоставлением значений фазовых сдвигов неисправной фазы до и после замыкания ее витков судят о доле замкнутых витков, а о степени перенапряжений в фазах обмотки судят по сопоставлению амплитудных значений фазных напряжений первых гармоник до и после образования межвитковых замыканий.