CN111999646A - 一种采集大型水轮发电机槽放电信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，所述采集装置包括安装座、导轨、驱动电机、丝杆、滑块、测试杆和测试探头，所述安装座和驱动电机分别固定在导轨两端，所述丝杆一端转动连接在安装座上，另一端与驱动电机输出轴固定连接，所述滑块与丝杆螺纹连接且滑动连接在导轨上，所述测试杆固定在滑块上，所述测试探头设置于测试杆一端端部的一侧；所述驱动电机带动丝杆转动，所述测试杆在滑块带动下沿导轨滑动，并伸入通风沟，所述测试探头与线棒接触。本发明的采集装置作业时占用空间小，在拆卸磁极创造的有限作业空间内即可完成槽放电信号的采集，相比于现有技术拆卸转子的方案极大的缩短了施工时间。

Description

一种采集大型水轮发电机槽放电信号的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种采集大型水轮发电机槽放电信号的装置和方法，具体涉及一种有限作业空间下采集大型水轮发电机槽放电信号的装置和方法，属于大型水轮发电机预防性试验领域。

背景技术

当发电机线棒绝缘表面与定子槽壁失去电接触，可能导致线棒表面电位升高，当表面电位达到气隙击穿电压时，即产生槽放电。槽放电是一种高能量的电容性放电，线棒表面绝缘受化学、电气、热能的交互作用，逐步腐蚀防晕层和主绝缘。定子槽内线棒绝缘受到槽放电损伤，最快几个月就可能形成线棒与铁芯之间的电气通路，发生单相接地故障。处理定子槽内的接地故障必须抽出转子，电厂需要尽快安排A级检修计划，对于大中型水轮发电机组，施工周期为2-3个月。

槽放电严重影响大型水轮发电机的安全稳定运行。尽早检测出槽放电现象，通过向定子槽内间隙垫半导体材料，注入半导体漆等措施，可有效消除槽放电现象，进而避免发生线棒绝缘损伤和单相接地故障。目前缺乏快速有效的检测手段，通常发现槽放电时，已经发生了较为严重的绝缘损伤，甚至单相接地故障。

从现有试验方法来看，主要采取两种间接测试法：第一种方法测试线棒防晕层对地电位，DL/T 1768-2017 《旋转电机预防性试验规程》规定必要时开展定子槽部线圈防晕层对地电位试验，测试值不超过10V；第二种方法测试线棒与槽壁的间隙，GB/T 8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》规定线棒安装过程中，线棒直线部分嵌入定子槽内后，单侧间隙超过0.3mm、连续长度大于100mm时，需进行间隙填塞处理。相关标准对投运机组的槽放电试验周期均未做强制性要求，这意味着即便发生了槽放电现象，很多时候也并不知情。

从槽放电试验的实施条件来看，两种间接测试方法均需要足够的作业空间，工程人员与试验设备位于发电机膛内，在发电机下机架部位用钢板铺设工作平台、搭设脚手架。可见，传统槽放电试验方法因为需要抽出转子对发电机解体检修，只能在机组A修期间开展。而大型水轮发电机A修周期一般为6-10年，有的甚至更长。在此期间即便发生了槽放电现象，也因缺乏非A修机组的检测手段，“毫不知情”的情况下任由绝缘状况持续恶化。往往发现槽放电时，线棒绝缘可能已经受到不可修复的损伤，该问题已经严重制约了大型水轮发电机组的使用寿命和安全稳定运行。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种有效缩短槽放电试验施工周期的大型水轮发电机槽放电信号的采集装置和方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，所述水轮发电机包括机座、设置于机座内侧的定子铁芯、设置于定子铁芯内侧的转子和多个设置于定子铁芯与转子之间的磁极；所述定子铁芯上设有多个纵向设置的定子槽和多个横向设置的通风沟，所述定子槽与通风沟互相连通，所述定子槽内设有线棒；所述采集装置包括安装座、导轨、驱动电机、丝杆、滑块、测试杆和测试探头，所述安装座和驱动电机分别固定在导轨两端，所述丝杆一端转动连接在安装座上，另一端与驱动电机输出轴固定连接，所述滑块与丝杆螺纹连接且滑动连接在导轨上，所述测试杆固定在滑块上，所述测试探头设置于测试杆一端端部的一侧；所述驱动电机带动丝杆转动，所述测试杆在滑块带动下沿导轨滑动，并伸入通风沟，所述测试探头与线棒接触。

该装置还包括手持测控终端装置，所述手持测控终端装置通过信号传输线与测试杆连接，所述测试探头采集到的槽放电信号通过测量杆和信号传输线传输到手持测控终端装置。

所述导轨两端分别固定有连接板，所述导轨两端分别通过连接板与安装座和驱动电机连接。

所述靠近安装座的连接板上设有轴承座，所述丝杆一端通过轴承座转动连接在连接板上；靠近驱动电机的连接板上设有通孔，所述驱动电机的输出轴穿过通孔与丝杆固定连接。

所述导轨上还设有固定座，所述固定座上设有轴承座，所述驱动电机的输出轴通过轴承座与导轨转动连接，且输出轴穿过轴承座与丝杆固定连接。

该装置还包括紧固座，所述紧固座固定在滑块上，所述测试杆穿过紧固座并与紧固座固定连接。

所述安装座上设有磁铁，所述安装座可通过磁铁固定在定子铁芯上。

每个定子槽内的线棒均包括位于定子槽内侧的下层线棒和位于定子槽外侧的上层线棒，所述上层线棒与下层线棒侧面均与通风沟连通。

所述测试杆由内之外依次为支撑杆、第二绝缘层、屏蔽层和第一绝缘层，所述测试杆端部一侧设有开口，所述测试探头设置于开口处。

上述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置的采集方法，包括如下步骤：

步骤一、拆卸与待测定子槽对应区域的一个或相邻两个磁极，使转子与定子铁芯之间形成一个作业空间；

步骤二、将槽放电采集装置从作业空间探入，将安装座固定在定子铁芯表面；

步骤三、通过驱动电机控制测试杆沿滑轨移动，测试杆设有测试探头一端伸入与待测定子槽相连通的通风沟内，直到测试探头到达线棒表面预定测试位置，位于测试杆一侧的测试探头与待测定子槽内的线棒侧面接触；

步骤四、将待测定子槽内的线棒从发电机线棒出口处与高压试验回路连接，高压试验回路升压至额定相电压，使线棒带电，测试探头采集槽放电信号，并传输给手持测控终端装置；

步骤五、槽放电信号采集完成后，关闭高压试验回路，通过驱动电机控制测试杆沿滑轨移动出通风沟，将槽放电采集装置从作业空间中取出；

步骤六、推动转子让作业空间转动至下一个待测定子槽对应区域，重复步骤二至步骤五，直至完成所有待检定子槽的槽放电信号采集工作。

本发明与现有技术相比具有的有益效果为：

本发明的技术方案采用拆卸磁极的方法，通过拆卸磁极，可形成一个有限的膛内作业空间，以600MW大型水轮发电机为例，从发电机转子支架的磁轭上拆卸两个磁极，可形成一个2m×0.7m×3.5m的膛内作业空间；配合本发明设计的槽放电信号采集装置，可在该有限的作业空间内完成定子槽槽放电信号的采集工作，由于拆卸磁极形成的作业空间有限，试验人员无法进入到作业空间内操作相关试验设备。本发明利用所设计的槽放电采集装置，通过信号传输线将采集的信号传输给设置于作业空间外的手持测控终端装置，完成槽放电的试验工作，试验人员可远距离完成测控操作，试验结果更加准确可靠。本发明的槽放电采集装置占用空间小，可伸入上述作业空间内进行采集信号。

本发明通过旋转转子改变作业空间与定子槽的相对位置可完成所有定子槽的槽放电试验工作。

实施时间上，磁极拆卸和装回的施工时间约为3天，加上槽放电试验等步骤，因此本发明的技术方案可在10天内完成所有定子槽的槽放电试验工作并恢复发电，相比于现有技术的几个月的施工周期，极大的缩短了施工时间。本发明技术方案可应用于非A修机组，突破了传统槽放电试验开展的实施条件，使其不在局限于6-10年的A修时间窗口。当定子槽内绝缘可能受到损伤时，可尽快开展槽放电试验，10天内即可恢复发电。

附图说明

图1为本发明槽放电采集装置的结构示意图；

图2为图1中测试杆在测试探头处结构示意图；

图3为测试杆剖视图；

图4为水轮发电机俯视图；

图5为作业空间对应的定子铁芯结构示意图；

图6为图5中线棒与定子槽结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本实施例的采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，如图1所示，所述槽放电信号采集装置包括采集装置和测控装置两大部分。其中，采集装置包括安装座1、测试探头2、丝杠3、导轨4、滑块5、紧固装置6、测试杆7和驱动电机8；测控装置包括手持式测控终端9和信号传输线10。

所述安装座1和驱动电机8分别固定在导轨4两端，本实施例为了使导轨4更好的与安装座1和驱动电机8连接，在导轨4两端分别固定有连接板，所述导轨4两端分别通过连接板与安装座1和驱动电机8连接。

靠近安装座1的连接板上设有轴承座，所述丝杆3一端通过轴承座转动连接在连接板上；靠近驱动电机8的连接板上设有通孔，所述驱动电机的输出轴穿过通孔与丝杆3固定连接。所述导轨4上还设有固定座，所述固定座上设有轴承座，所述驱动电机的输出轴通过轴承座与导轨4转动连接，且输出轴穿过轴承座与丝杆3固定连接，从而通过驱动电机8可带动丝杆3转动。

所述滑块5套设在丝杆3上，且与丝杆3螺纹连接，滑块5下端滑动连接在导轨4上，丝杆3转动，带动滑块5沿导轨4移动。所述滑块5上固定有紧固装置6，紧固装置6用于固定测试杆7，测试杆7穿设在紧固装置6内，并与紧固装置6固定连接，这样滑块5移动，可带动测试杆7沿导轨4移动，所述测试探头2设置于测试杆7一端端部的一侧。

结合图2所示，测试杆7一端端部的一侧设有开口，所述测试探头2伸入开口内，且一部分位于测试杆7外部。所述手持测控终端9通过信号传输线10与测试杆7连接，所述测试探头2采集到的槽放电信号通过测量杆7和信号传输线10传输到手持测控终端9，试验人员读取槽放电数据。

结合图3所示，本实施例中测试杆7采用防电磁干扰设计，自内向外依次为支撑杆71、第二绝缘层72、屏蔽层73和第一绝缘层74。支撑杆71为中空设计，用于设置信号传输线和测试探头2的一部分，测试探头2一部分从开口处伸入支撑杆71的空腔内与信号传输线连接，本实施例由于设置了屏蔽层73，可有效防止电磁干扰的影响。

如图4所示，所述水轮发电机包括机座13、设置于机座13内侧的定子铁芯14、设置于定子铁芯14内侧的转子16、设置于转子内侧的转子支架17和多个设置于定子铁芯14与转子16之间的磁极18。

结合图5和图6所示，槽放电试验的测试工作面为贴近转子磁极18的定子铁芯壁。定子铁芯14由高磁导率硅钢片叠压而成，经齿压板和穿心螺杆压紧成形。定子铁芯14上设有多个定子槽24，定子槽24沿定子铁芯内表面轴向伸展，多个定子槽24之间沿定子圆周等距分布。定子槽24内设有线棒，线棒包括下层线棒22和上层线棒21，下层线棒22和上层线棒21自内向外依次嵌放于定子槽24内，定子槽24两侧设有通风沟23，通风沟23径向贯穿定子铁芯14，通风沟23与定子槽24连通，定子槽24内的线棒在与通风沟23对应处表面暴露于空气中，便于空气流通散热，线棒与通风沟23对应处表面即为线棒测试面。

采集槽放电信号时，通过驱动电机8带动丝杆3转动，所述测试杆7在滑块5带动下沿导轨4滑动，并伸入通风沟23。通风沟23较为狭窄，高约5~8mm，若测试杆7只能沿通风沟23径向位移，则需要调整杆体角度和伸缩长度去触碰线棒测试面，该方法难以保证测试探头2与线棒表面可靠接触，同时也很难测试位于槽口底部的下层线棒22。因此，本实施例将测试探头2从测试杆7端部一侧伸出，测试杆7靠近线棒并沿通风沟23径向位移，到达指定的线棒表面测试位置，伸出测试杆的测试探头可与线棒表面可靠接触，完成槽放电信号的采集。本实施例还可在测试杆7上设置位移传感器，感知测试杆7伸入通风沟23内的深度，明确定子槽24内的具体测点位置，根据测试深度可以判断测试对象为上层线棒21或是下层线棒22。

本实施例中所述安装座1上设有磁铁，所述安装座1可通过磁铁固定在定子铁芯14上。

本实施例所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置的采集方法，包括如下步骤：

步骤一、拆卸与待测定子槽24对应区域的一个或相邻两个磁极18，使转子16与定子铁芯14之间形成一个作业空间；

步骤二、将槽放电采集装置从作业空间探入，从上往下移动，到达指定通风沟测试点后，测试杆7对齐待测点的通风沟23，将安装座1吸附于定子铁芯14表面，并保持与定子铁芯14表面垂直姿态，满足测试杆7伸入通风沟23测试稳定性的需求。

步骤三、通过驱动电机8控制测试杆7沿滑轨4移动，测试杆7设有测试探头2一端伸入与待测定子槽相连通的通风沟23内，直到测试探头到达线棒表面预定测试位置，位于测试杆一侧的测试探头2与待测定子槽内的线棒侧面接触；

步骤四、将待测定子槽24内的线棒从发电机线棒出口处与高压试验回路连接，高压试验回路升压至额定相电压，使线棒带电，测试探头采集槽放电信号，并通过信号传输线传输给手持测控终端9，试验人员读取槽放电数据；

步骤五、槽放电信号采集完成后，关闭高压试验回路，通过驱动电机8控制测试杆7沿滑轨4移动出通风沟23，将槽放电采集装置从作业空间中取出；

步骤六、推动转子让作业空间转动至下一个待测定子槽对应区域，重复步骤二至步骤五，直至完成所有待检定子槽的槽放电信号采集工作。

本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，所述水轮发电机包括机座、设置于机座内侧的定子铁芯、设置于定子铁芯内侧的转子和多个设置于定子铁芯与转子之间的磁极；所述定子铁芯上设有多个纵向设置的定子槽和多个横向设置的通风沟，所述定子槽与通风沟互相连通，所述定子槽内设有线棒；其特征在于：所述采集装置包括安装座、导轨、驱动电机、丝杆、滑块、测试杆和测试探头，所述安装座和驱动电机分别固定在导轨两端，所述丝杆一端转动连接在安装座上，另一端与驱动电机输出轴固定连接，所述滑块与丝杆螺纹连接且滑动连接在导轨上，所述测试杆固定在滑块上，所述测试探头设置于测试杆一端端部的一侧；所述驱动电机带动丝杆转动，所述测试杆在滑块带动下沿导轨滑动，并伸入通风沟，所述测试探头与线棒接触。

2.根据权利要求1所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：还包括手持测控终端装置，所述手持测控终端装置通过信号传输线与测试杆连接，所述测试探头采集到的槽放电信号通过测量杆和信号传输线传输到手持测控终端装置。

3.根据权利要求2所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：所述导轨两端分别固定有连接板，所述导轨两端分别通过连接板与安装座和驱动电机连接。

4.根据权利要求3所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：所述靠近安装座的连接板上设有轴承座，所述丝杆一端通过轴承座转动连接在连接板上；靠近驱动电机的连接板上设有通孔，所述驱动电机的输出轴穿过通孔与丝杆固定连接。

5.根据权利要求4所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：所述导轨上还设有固定座，所述固定座上设有轴承座，所述驱动电机的输出轴通过轴承座与导轨转动连接，且输出轴穿过轴承座与丝杆固定连接。

6.根据权利要求1所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：还包括紧固座，所述紧固座固定在滑块上，所述测试杆穿过紧固座并与紧固座固定连接。

7.根据权利要求1所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：所述安装座上设有磁铁，所述安装座可通过磁铁固定在定子铁芯上。

8.根据权利要求1所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：每个定子槽内的线棒均包括位于定子槽内侧的下层线棒和位于定子槽外侧的上层线棒，所述上层线棒与下层线棒侧面均与通风沟连通。

9.根据权利要求1所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置，其特征在于：所述测试杆由内向外依次为支撑杆、第二绝缘层、屏蔽层和第一绝缘层，所述测试杆端部一侧设有开口，所述测试探头设置于开口处。

10.一种权利要求1所述采集大型水轮发电机槽放电信号的装置的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、拆卸与待测定子槽对应区域的一个或相邻两个磁极，使转子与定子铁芯之间形成一个作业空间；

步骤二、将槽放电采集装置从作业空间探入，将安装座固定在定子铁芯表面；

步骤三、通过驱动电机控制测试杆沿滑轨移动，测试杆设有测试探头一端伸入与待测定子槽相连通的通风沟内，直到测试探头到达线棒表面预定测试位置，位于测试杆一侧的测试探头与待测定子槽内的线棒侧面接触；

步骤四、将待测定子槽内的线棒从发电机线棒出口处与高压试验回路连接，高压试验回路升压至额定相电压，使线棒带电，测试探头采集槽放电信号，并传输给手持测控终端装置；

步骤五、槽放电信号采集完成后，关闭高压试验回路，通过驱动电机控制测试杆沿滑轨移动出通风沟，将槽放电采集装置从作业空间中取出；

步骤六、推动转子让作业空间转动至下一个待测定子槽对应区域，重复步骤二至步骤五，直至完成所有待检定子槽的槽放电信号采集工作。

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