Устройство для контроля витковых замыканий в обмотке ротора электрической машины

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (>951571 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 31. 12.80 (2! ) 3228750/24-07 (5l ) M. Кл. с присоединением заявки.%

1I 02 К .1 1/00

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 1 "> (>8.8 ., Beëëåòñíü К 80 оо делам изобретений и открытий (53) УДК(- 21.81 1 (088.8) Дата опубликования описания 1 =>.08.82

В. B. Кузьмин, В. h. Каппу»о», D. И. Лицов и А. К, 11!о>1>уп 1 1л

-. Ъ.

Научно-исспедо»атепьский, проектно-конструк рскиф,=. .-;"„ и технопогический институт тяжепого эпектроМттпптиеежрс>а щи

Харьковского завода "Эпоктротяжмаш им. В. И. Ленина (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КО1! I (1.tIË ВИТКОВЬIХ ЗАМIэlКАНИЙ

В ОБМОТКЕ РОТОРА ЖI1%TÐÈ IECI(OA МАШИНЫ 1

Изобретение относится к эпектромашиностроению, в частности к устройствам для контроля витковых замыканий в роторах неявнополюсных синхронных машин, . например турбогенераторов.

С повышением единичной мощности турбогенераторов существенно возрастает величина тока возбуждения. Это особенно характерно дпя машин с водяным охлаждением обмотки ротора, в которых копичество витков в обмотке ротора ограничено числом водоподводов, паянных соединений и пр, Увеличение тока в обмотке возбуждения приводит к тому, что при возникновении виткового замыкания поспед15 нее может быстро перерасти в замыкание на корпус, привести к повреждению бандажного кольца ипи ротора. Кроме того, появление даже одиночного виткового замыкания сушественно ухудшает вибрацион-2о ное состояние турбоагрегата из -за появпения тепповой несимметрии в роторе.

Это требует решения проблемы создания надежного и эффективного устройства дпя контропя и защиты обмотки ротора от

»итко»ых замь>каний, а также для применения его в эксппуатационных условиях, в автоматических схемах контроля и защиты турбогенератора.

Известно устройство контроля витковых замыканий в обмотке ротора, основанное на измерении постоянной составпяюшей магнитного поля рассеяния, пронизываюшего вал ротора в аксиапьном направлении .(11.

Однако это устройство позволяет лишь выявить факт виткового замыкания, но не дает возможности определить, в каком месте обмотки оно произошпо.

Известно также устройство дпя контроля витковых и других замыканий в обмотке ротора, вкпючаюшее две катушки, расположенные в воздушном зазоре на зубцах статора, эпектрически соединенные со средствами измерения четных гармоник магнитного потока, пронизывающего катушки E2).

951571 тора.

Недостатком устройства является то, что появление четных гармоник может быть обусловлено не только витковыми замыканиями, но и несимметрией результируюшего магнитного поля из за насышения отдельных участков магнитной цепи, что приведет к ложному срабатыванию.

Кроме того, устройство обладает недостаточной глубиной поиска дефекта, не может дать информацию о том, в какой ка- 1Q туйке обмотки произошло витковое замыкание.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля витковых замыканий в обмотке ротора электрической машины, например турбогенератора, содержашее датчик магнитной индукцли, установленный в воздушном зазоре машины вблизи поверхности ротора, подключенный к блоку индикации и к одному из вхо- „, дов блока дешифрации, блок измерения углового положения ротора, подсоединенный к первому входу двоичного счетчика, выход которого соединен со вторым вхо= дом блока дешифрации, при этом выход

25 последнего подключен к исполнительному органу защиты (3).

Однако известное устройство обладает недостаточной точностью, так как фиксирует абсолютное изменение уровня

1Q индукции над ротором, а не его с гноси тельное изменение в зависимости от наличия дефектов, Hemü изобретения — повышение точнос35 ти фиксации дефекта.

Для реализации поставленной цели устройство снабжено вторым датчиком магнитной индукции и блоком формирования импульсов, второй датчик магнитной ин40 дукции смешен относительно первого по расточке машины на угол p Jl эл, радиан (где P — целое число пар полюсов), датчики включены последовательно — согласно, при этом второй датчик магнитной ин45 дукции через блок формирования импульсов подсоединен ко второму входу двоичного счетчика.

Кроме того, параллельно, по крайней мере, к одному из датчиков магнитной индукции может быть подключен блок кор5Q рекции сигнала по амплитуде и фазе.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на фиг. 2 — развертка части активной зоны машины с установленными дат чиками магнитной индукции;на фиг. 3

55 диаграмма сигнала устройства при появлении виткового замыкания в обмотке роgaa датчика 1 и 2 и иукции установлены в активной зоне машины в воздушном зазоре 3 между статором 4 и ротором 5 вблизи поверхности ротора5.

Минимальное расстояние до поверхности ротора 5 ограничено по условиям безопасности датчиков 1 и 2 при каких-либо механических возмущениях ротора 5.

С учетом технологических соображений в турбогенераторах мошностью 500 МВт и выше датчики 1 и 2 устанавливают на расстоянии 5-15 мм от поверхности ротора 5. Установка датчиков 1 и 2 на большем удалении нецелесообразна вследcrave снижения чувствительности лз за затухания потока пазово-о рассеяния ротора 5.

В качестве датчиков 1 и 2 магнитной индукции могут быть применены индукционные катушки или преобразователи Холла. Конструктивно датчики 1 и 2 могут быть закреплены различным способом, например в трубке из немагнитного материала, установленной B райиапьном вентиляционном канале статора 4 и выдвинутои в воздушный зазор 3.

Датчики 1 и 2 смешены в тангенциагьном направлении (по расточке воздушного зазора 3) один относительно другого на р Л электрических радиан) где р— целое число пар полюсов машины).

Оба датчика 1 и 2 должны быть ориентированы по отношению к одчой и той же составляющей магнитного поля, например тангенциальной.

Дат ики 1 и 2 включены в электрическую цепь последовательно-согласно

Эта цепь подкшочены ко входу блока индикации 6. Блок индикации 6 может содержать, например, усилитель и реле пикового напряжения. Выход блока индикации 6 включен в цепи сигнализации, зашиты и управления генератора. По крайней мере параллельно к одному из датчиков 1 или 2, например 1, включены блок

7 коррекции сигнала по амплитуде и блок

8 коррекции сигнала по фазе.

Часть устройства, включающая блоки

1, 2, 6, 7, .8, обеспечивает автоматический контроль появления виткового замыкания и передачу соответствующего сигнала в цепи сигнализации, зашиты и управления генератора. Вместе с тем, достаточно эффективная работа устройства может быть обеспечена в том случае, если будет не только установлен факт появления виткового замыкания, но и определен номер катушки и пошоса, где проправлении на Л эп. радиан, то в моменты времени, когда один из них находится в зоне паза с короткозамкнутым витком, датчик 2 располагается в зоне паза, в котором лежит идентичная катушка другого попюса без короткозамкнутых витков (случай одновременного появления короткозамкнутых витков в двух идентичных катушках разных пошосов практически исключен). Ток в пазах ротора, сдвинутых не (эл. радиан находится в противофазе, поэтому при согласном поспедовательном вкщочении двух датчиков 1 и 2 получим разность их ЭДС. Если параметры датчиков 1 и 2, их установка попностью идентичны, то разность их ЭДС в указанные моменты времени не равна нупп). За один оборот ротора таких периодов будет четыре. В остапьное время, когда оба датчика 1 и 2 находятся в зоне пазов, не имеющих короткозамкнутых витков, разность их сигналов равна нупю.

Так как идеально одинаковыми датчики 1 и 2 и их установка быть не могут, то небопьшое значение разности сигнапо попучаем при прохождении мимо датчиков 1

ti 2 пазов, не имеющих короткозамкнутых витков. Это определяет уровень "шумов, показанный на диаграмме. Дпя снижения уровня "шумов подстройкой бпоков 7 и 8 производят коррекцию амппитуды и фазы сигнапа одного из датчиков 1 ипи 2,ипи каждого датчика. Бпок 7 может содержать регупируемое сопротивпение, а бпок 8— фазосдвигаюшую цепочку R-С, Таким образом, сигнап, с амппитудой А, пропорпионапьный разности BllC датчиков 1, 2, четко выдепяют над уровнем "шумов" и подают на вход бпока индикации 6, где он поступает на вход усилителя, Поспе усипения сигнап поступает в цепь пикового напряжения в блоке 6 и вызывает его срабатывание. Поспе срабатывания репе напряжения сигнал о появпении виткового замыкания с выхода блока 6 поступает в цепи сигнализации и зашиты генератора.

При этом зажигается сигнап Витковое замыкание в роторе генератора . В цепях защиты, особенно ответственных генераторов, например, мощностью 500 МВт и выше, при появлении указанного сигнапа может быть предусмотрена немедленная разгрузка блока и откшочение машины от сети.

ЭДС датчика 2 поступает íà вход блока 9 формирования импупьсов. Таким образом, при прохождении мимо датчика 2 каждого паза ротора с поданным в обмотку током возбуждения на выходе блока

5 951 )71 6 изошло замыкание. Ниже дано описание соответствуюшей части устройства. !

Парацлепьно к одному из датчиков магнитной индукции, например 2, подкпючен блок формирования импупьсов 9. Вы- 5 ход бпока 9 вкпючен на вход двоичного счетчика 10. На шину сброса этого счетчика вкшочен отметчик 11 угпового попожения ротора. Отметчик 11 может быть выполнен, например, на базе фотоэпемен- о та, вырабатывающего сигнал при прохождении метки на роторе. Дпя лучшей привязки к нумерации катушек указанную метку предпочтительно нанести на свободной части вала в ппоскости, проходяшей через середину полюса, Выход счетчика 10 подкпючен ко входу блока дешифрации 12, а второй вход блока 12 подключен к допопнитепьному выходу с усилителя блока 6. Выход бпока дешифрации 12 включен и цепи защиты и управпения генератора. В бпоке дешифрации предусмотрена погическая схема, которая позволяет произвести выборку номера катушки из чиспа переданных на вход блока 12 импупьсов от двоичного счетчика 10 в зависимости от ха-. рактера сигнапа, поступившего на второй вход блока 12 с усилителя бпока 6.

На фиг. 3 позициями 1З, 14 и 15 соответственно обозначены сигналы одного из датчиков 1 или 2, подаваемый на вход блоке формирования импульсов 9, далее сигнал на выходе этого бпока, и наконец, сигнал на входе блока индикации 6.

При врашении ротора с поданным в обмотку током возбуждения в датчиках 1, 2 при прохождении мимо них каждого паза ротора потоком рассеяния по коронкам

40 зубцов ротора наводится электродвижушая сила (ЭД,С), значение которой зависит от объема тока в пазу, параметров преобразователя, его расположения, размеров паза и пр. Если в пазу находится проводник, Ë5 являюшийся частью короткозамкнутого витка, по нему попностью не протекает ток, либо протекает ток меньшей вепичины, если в месте короткого замыкания витка переходное сопротивление соизмеримо с сопротивлением витка. Уменьше50 ние объема токе в пазу приводит к уменьшению потока рассеяния по коронкам смежных с пазом зубцов, Следовательно, когда датчик индукции 1 или 2 окажется в зоне этого паза, значение ЭДС на выходе преобразователя будет меньшим. Поскольку датчики 1 и 2 смешены один относительно другого в тангенциальном на951571

9 получаем соответствующий нормализованный импульс, который затем подается на вход йвоичного счетчика 10. 11е шину сброса счетчика 10 поступает c»Iнап от отметчика 11 углового положения ротора. Таким образом, счетчик 10 выдает номера пазов в двоичном коде, начи. ная с паза № 1, если метка расположена по оси первого полюса. Соответствующие сигналы поступают на вход блока дешифрации 1 2. В бпоке 12 логическая схема анализирует отстроенный "от шумов" сигнал, пропорциональный разности Э11С датчиков 1 и 2, с учетом попярности контактных колец ротора. При удовлетворении заданного условия логическая схема возйействует на однократное открытие выхода блоке 12, куда выдается поступивший в этот момент от счетчика 10 номер паза, после чего выход блока 12 запира- >о ется. Повторное открытие выхойа блока

12 происходит только после начала счете пазов с»омере один. Сигнал номера паза с бпока 12 поступает в устройство регистрации и управления генератором, например в память управляющей ЗЫЯ.

Прейпоженное устройство обеспечивает в эксплуатации сигнализацию при появлении в»ткового замыкания в обмотке рото- щ ра. Г!ри этом устройство может Й ть настроено на определенную величину сигне ла на вхойе в блок инйикации 6. Этим достигается не только отстройка сигнала от уровня помех ("шумов"), но может быть достигнуто автоматическое выявление более опасного, например, катушечного замыкан»я, и менее опасного, например, замыкания одного витка с большим переходHbIM сопротивлением контакта в месте за-@ мыкания или неровномерности зазора.

Предложенное устройство также обеспечи вает автоматическую иде нтифи кали ю катушки, в которой произошло замыкание, а также полЮса, вокруг которого уложена в пазах эта катушка.

Таким образол1, при появлении в работающем на электростанции ипи испытуемом на заводе турбогенераторе виткового замыкания и обмотке возбуждения пред „фО ложен»ос устройство автоматически сигнализ»рует, а также сообшает необходимую информацию о номере катушки и полюса, а в самых мощных турбогенерато рах устройство может непосредственно

55 воздействовать на разгрузку и отключение машины от сети. Этим достигается существенное повышен»е эксппуатационной надежности турбогенераторов большой мощности.

Технико-экономическая эффективность разработанного устройства состоит прежде всего в том, что по сравнению с известными устройствами при работе машины обеспечивается автоматический контроль и зашита обмотки ротора турбогенератора от витковых замыканий, что повышает точность фиксации дефекта. Причем эксплуатационная надежность турбогенераторов повьцпается не только за счет своевременного обнаружения виткового замыкания и ийентификаци» кетушки и полюса, где оно произошло, Ho II за счет того, что устройство позволяет судить об интенсивности этого замыкания» степени его опасности йпя работающей машины. 1 ормупа изобретения

1. Устройство дпя ко»тропя витковых замыканий B обмотке ротора электрической маши»ьI, например турбогенератора, сойержашее датч»к магнитной индукции, установленный в воздушном зазоре машины вбл»зи поверхности ротора, подключенный к блоку индикации и к одному из входов блока дешифрации, блок измерения углового положения ротора, подсоединенный к первому входу двоичного счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока дешифрации, при этом выход последнего пойкшочен к исполнительному органу защиты, о т п и ч е l0 щ е е с я тем, что, с цепью повышения точности фиксации йефекта, устройство снабжено вторым датчиком магнитной индукции и блоком формирования импульсов, второй датчик магнитной индукции смещен относительно первого по расточке машины на угол рЛ эп. рейиан (где р — целое число пер полюсов), датчики включены последовательно-согласно, при этом второй датчик магнитной индукции через блок формирования импульсов подсоединен к второму входу двоичного счетчика.

2. Устройство по и, 1, о т л и ч a— ю ш е е с я тем, что параллельно, по крайней мере к одному из датчиков магнитной индукции подключен блок коррекции сигнала по амплитуйе.

3. Устройство по и. 1, о т и и ч а— ю ш е е с я тем, что параллельно, по крайней мере, к одному иэ датчиков магнитной индукции подключен блок коррекции сигнала по фазе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетепьство СССР

N 677038, кл. Н 02 К 15/00, 1979.

951571

2. Патент США Na 4136312, кп. Cg 01 и 31/02, 1979.

3. Авторское свийетепьство СССР

М 333656, кл. Н 02 К 11/00, 1967.

981571

Составитель В. Никаноров

Редактор А, Донинич- Техред Ж.Кастелевич. Корректор Г. Orap

Заказ 5067/69 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4