CN1428601A - 汽轮发电机定子绕组端部振动在线监测装置及用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置及用途，其特征是：由绝缘盒1和设置于绝缘盒1内的加速度传感器2构成，所述绝缘盒1由环氧树脂制成，绝缘盒1设一个圆柱形空腔，加速度传感器2置于该空腔内，加速度传感器2上设置一金属屏蔽层3，用环氧树脂将传感器2和屏蔽层3固化成一个整体；所述绝缘盒1的外侧设置凹槽4，加速度传感器2的信号输出端通过屏蔽电缆引出绝缘盒1外；通过该凹槽4将带加速度传感器2的绝缘盒1捆绑在被测定子绕组的线棒鼻端，加速度传感器2检测定子绕组的振动、并将该振动信号转化成电信号通过屏蔽电缆传输到外围检测设备。

Description

汽轮发电机定子绕组端部振动在线监测装置及用途

一.所属技术领域

本发明涉及汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置及用途。属于电力工业发电机检测技术领域。

二.背景技术

大型汽轮发电机定子绕组的端部承受着正常运行时的交变电磁力和出口或内部短路时巨大的瞬态电磁力作用。随着发电机单机容量的增加，电磁力的作用也迅速增加，巨大的电磁力对端部结构产生的危害也越来越大。各种统计资料表明：由于端部强度不够、运行中振动磨损的原因，造成大型汽轮发电机定子绕组的突发性事故占大多数。研究表明，发电机正常运转时定子端部存在100Hz的椭圆形电磁振动，当发电机定子线棒的固有频率接近100Hz或端部整体存在100Hz附近的椭圆振动模态时，端部结构将产生强烈的共振，共振时的振动幅度比正常的大几十倍甚至几佰倍，长期的振动势必引起绝缘磨损、结构松动、线棒股线疲劳断裂、漏水等，最终引起绝缘击穿短路事故。因此，检测并避开椭圆振动模态是避免绝缘击穿短路事故的一种措施。

现有技术中，通常利用传感技术将发电机定子绕组的振动转化为电信号，然后送到特定监测装置。目前通常的做法有两种：其一是将传感器直接安装在发电机定子端部的绝缘件上，主要存在如下缺点：(1)传感器本身没有采取绝缘和屏蔽措施，不但无法应用在电位较高的部位，而且容易受到发电机电磁场干扰，很难准确反映被测定子绕组的振动及磨损情况；(2)传感器难于固定在被测定子绕组上，容易造成自身振动及磨损。其二是在传感器和被测定子绕组的中性点线棒鼻端设置一绝缘层，主要存在如下的缺点：由于绝缘层与传感器不是连为一体，因此，一方面使整个传感器部分体积很大，占用定子鼻端很大的空间，造成测试效果与实际情况不符，另一方面，被测的定子绕组不能与传感器紧密接触，很难准确测出被测定子绕组的振动及磨损情况。

三.技术内容

本发明需要解决的问题，即本发明的目的，是为了提供汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置及其用途，利用传感器检测发电机定子绕组端部的振动及磨损情况，为维护和修理发电机提供依据。

为了达到本发明的目的可以通过采取如下措施达到：汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置，其特征是：由绝缘盒1和设置于绝缘盒1内的加速度传感器2构成，所述绝缘盒1由环氧树脂制成，绝缘盒1设一个圆柱形空腔，加速度传感器2置于该空腔内，加速度传感器2上设置一金属屏蔽层3，用环氧树脂将传感器2和屏蔽层3固化成一个整体；所述绝缘盒1的外侧设置凹槽4，加速度传感器2的信号输出端通过屏蔽电缆引出绝缘盒1外；通过该凹槽4将带加速度传感器2的绝缘盒1捆绑在被测定子绕组的线棒鼻端，加速度传感器2检测定子绕组的振动、并将该振动信号转化成电信号通过屏蔽电缆传输到外围检测设备。

本发明的目的还可以通过采取如下措施达到：

加速度传感器2为压电式加速度传感器。

加速度传感器2为光纤振动传感器。

加速度传感器2采用PZT压电陶瓷材料制成，绝缘盒与线棒接触面厚约2mm。

如前所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置的用途，其特点是：

所述带加速度传感器2的绝缘盒1安装在定子绕组线棒鼻端振幅较大、松动或磨损较严重、电位较低的部位，各绝缘盒1可分别轴向、切向或径向安装；安装步骤如下：

1)先用一小块浸渍环氧树脂的适形毛毡垫放在要安装的部位，将绝缘器盒1压在毛毡上；

2)然后用浸渍过环氧树脂的无纬玻璃丝带将绝缘盒1与线棒(或夹板)绑扎固定，绑扎时一定要将绑带拉紧，多方向反复绑扎；

3)用于玻璃丝带将屏蔽线沿电位低的部位分段固定，刷环氧树脂；

4)对每个加速度传感器2的输出屏蔽电缆进行编号，作好记录。

加速度传感器2装入绝缘盒1内时采取如下屏蔽措施：

1)先在绝缘盒1内放置一铜制屏蔽环，在加速度传感器2表面包上一层薄的绝缘带，放入铜屏蔽环中；

2)用一较大的铜屏蔽层套在与传感器相连的屏蔽电缆的外面，并与盒内铜屏蔽环焊接好，该层铜屏蔽层沿屏蔽电缆引至密封座处与机壳相连接地，使加速度传感器2避开发电机内的电磁场干扰；

3)屏蔽电缆的屏蔽层与加速度传感器2相连，引出发电机后经电荷放大器一点接地。

屏蔽电缆在发电机内的固定及走线方式如下：

1)将加速度传感器2及屏蔽线均安装好，然后沿发电机汽励两端机壳左右侧边角分别走线，直线时用一根φ20mm适当长度的金属软管将每侧的屏蔽线套在一起，使屏蔽线端头的编号标记露在软管的外面，并多出软管1～2米；

2)在发电机机壳的四个边角焊上适当数量的钢环，将金属软管穿过钢环固定好，注意确保金属软管与周围的绝缘引水管有足够的绝缘距离；

3)直到将软管引至机壳底部的出线孔处，将所有的屏蔽线从出线孔引出，软管留在机壳内，用裸铜线将软管与机壳可靠连接(即将软管接地)，用玻璃丝带将各处的钢环与软管绑牢，并涂刷环氧树脂固化。

屏蔽电缆引出机外采用如下密封措施：

在发电机机壳上钻孔安装出线法兰或利用机壳下方汽励两端的小法兰，根据法兰的大小加工一个钢管，通过螺栓与法兰相连，钢管内放置一个钻有适当数量小孔的环氧圆板，使环氧圆板大小刚好与钢管内径配合；将屏蔽电缆从钢管内引出来，注意保持屏蔽电缆上的编号；环氧圆板放入钢管内前，先在圆板上安装适当数量的标准L5插座，并进行编号，将屏蔽电缆与圆板上的插座对应的焊接好后将圆板放入钢管内，并将钢管内注满环氧树脂，然后将钢管与法兰用螺栓上紧(钢管与法兰间使用橡胶圈密封)；环氧树脂固化后，进行气密试验，用检漏仪检查是否存在气体泄漏。

本发明是在大型汽轮发电机定子绕组端部安装测振传感器，发电机定子端部振动主要是定子线棒中通过大电流时产生的100Hz的振动，这种振动的特点是频率低幅值小及幅值相对稳定等。发电机定子绕组端部是一个高电压、高电磁场区域，选择测振传感器时，既要考虑传感器本身的振动响应参数，同时还要考虑抗干扰及绝缘等因素，本专利选用的传感器为压电式加速度传感器，该传感器采用PZT压电陶瓷材料制成，具有灵敏度高、频响宽、横向灵敏度小、性能稳定、使用寿命长等优点，通过适当的安装技术措施，可以满足发电机定子端部振动在线监测的要求。

采用本发明具有如下突出效果：

1.本发明是在大型汽轮发电机定子绕组端部安装测振传感器，拾取定子端部的振动信号，将机械振动信号转换为电信号并引至发电机体外，以便对发电机定子端部振动进行实时在线监测。由于测振传感器设置在绝缘盒内，绝缘盒是通过绝缘带捆绑在发电机定子绕组的出线棒上，因此，本发明能达到高压隔离、牢固可靠、抗干扰、密封的目的，即使是安装在发电机定子绕组端部的高电压、强电磁场和高气压区域，也能准确测出发电机的振动或磨损情况。

2.由于本专利在传感器外设计了一个专用的绝缘盒，绝缘盒的体积对于发电机端部安装位置来说大小合适，既达到了绝缘的要求，又不影响发电机的端部结构，便于检修维护；所采用的抗干扰措施，使端部强电磁干扰降到了最小；密封设计简单实用，通过气密试验和运行的考验，证实了这种密封方法的可靠性。

3.本发明解决了在大型汽轮发电机定子绕组端部高电压、强磁场及高气压区域安装测振传感器需要克服的高电压隔离、安装的牢固性、信号的抗干扰及引出线的密封等难题，保证了振动信号的真实可靠。

四.图面说明

图1是本发明的绝缘盒的外型结构示意图。

图2是本发明的应用实例示意图。

五.优选实施例

下面详述本发明的具体实施方法。

图1、图2是应用于广东省沙角发电A厂的3号发电机上的一个实施例。从图1可知，本实施例中监测装置由压力传感器2和绝缘盒1构成，压力传感器2内置于绝缘盒1中，所述绝缘盒1由环氧树脂制成，盒体内设一个圆柱形空腔、传感器置于该空腔内，传感器2上设置一金属屏蔽层3，用环氧树脂将传感器2和屏蔽层3固化成一个整体；所述绝缘盒1的外侧设置凹槽4，传感器2的信号输出端通过屏蔽电缆引出绝缘盒1外；通过该凹槽4将带传感器2的绝缘盒1捆绑在被测定子绕组的出线鼻端，传感器2检测定子绕组的振动、并将该振动信号转化成电信号通过屏蔽电缆传输到外围检测设备。传感器2采用PZT压电陶瓷传感器和光纤振动传感器两种，绝缘盒1与线棒接触面厚2mm。

具体实施时，在该发电机的励侧定子绕组的鼻端捆绑安装了6个内置传感器2的绝缘盒1，汽侧定子绕组的鼻端捆绑安装了4个内置传感器2的绝缘盒1，具体的安装位置如下表：

编号	安装位置	安装方向	出厂编号	灵敏度(pC/ms-2)
					励1	励侧3：00位置引线夹板	轴向	791	15.7
励2	励侧9：40位置引线夹板	切向	3076	5.0
					励3	励侧#2槽上层线棒鼻端	径向	3113	5.16
励4	励侧#54槽上层线棒鼻端	径向	856	13.7
					励5	励侧#18槽上层线棒鼻端	径向	898	15.0
励6	励侧2：50位置引线夹板	切向	870	14.7
					汽1	汽侧#17槽上层线棒鼻端	径向	584	15.5
汽2	汽侧10：00位置夹板	切向	876	14.5
					汽3	汽侧#53槽上层线棒鼻端	径向	3142	5.49
汽4	汽侧2：50位置夹板	切向	885	15.8

本实施例中，监测装置的安装应选在发电机大修时进行，安装时将发电机两侧端盖打开，在定子端部鼻端、引线和绝缘支架等部位安装。安装位置的选择，要同时考虑下面三个原则，(1)大修时进行的定子绕组端部模态试验结果，从拟合后的动画中找出线棒鼻端振幅较大的部位，以及安装的方向(径-切-轴)；(2)根据每次检修中发现的端部松动或磨损较严重的部位(包括鼻端、支架、压紧螺栓、夹板等)；(3)根据定子绕组展开图，找出上下线棒电位都较低的鼻端部位，尽量避开电压较高的部位。

由于运行中发电机内风压及风速较大，软管的布置及固定非常重要，而且一旦安装后至少要运行一个大修周期(至少四年)，因此在安装时一方面要注意保持足够的绝缘距离，同时也要充分考虑牢固可靠性，如相邻两个钢环的间隔不能超过500mm，玻璃丝带一定要浸透环氧树脂等。

本实施例中，励侧安装的传感器2为PZT压电陶瓷传感器，汽侧安装的传感器2为光纤振动传感器。

从图2可知，励侧的传感器2的信号输出端通过多通道电荷放大器5连接服务主机6的一个输入端，汽侧的传感器2的信号输出端通过多通道光电转换装置7连接服务主机6的一个输入端，服务主机6的I/O口连接客户端计算机8，服务主机6的输出端连接显示器、打印机等输出设备。

实施本项技术，应严格按本专利的技术要求进行，利用发电机大修期间转子抽出后实施，对于没有专门引出信号电缆法兰的发电机，一定要选择加工好法兰孔，作好密封措施，并且不能影响发电机机壳的强度。

Claims (8)

1.汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置，其特征是：由绝缘盒(1)和设置于绝缘盒(1)内的加速度传感器(2)构成，所述绝缘盒(1)由环氧树脂制成，绝缘盒(1)设一个圆柱形空腔，加速度传感器(2)置于该空腔内，加速度传感器(2)上设置一金属屏蔽层(3)，用环氧树脂将传感器(2)和屏蔽层(3)固化成一个整体；所述绝缘盒(1)的外侧设置凹槽(4)，加速度传感器(2)的信号输出端通过屏蔽电缆引出绝缘盒(1)外；通过该凹槽(4)将带加速度传感器(2)的绝缘盒(1)捆绑在被测定子绕组的线棒鼻端，加速度传感器(2)检测定子绕组的振动、并将该振动信号转化成电信号通过屏蔽电缆传输到外围检测设备。

2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置，其特征是：加速度传感器(2)为压电式加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置，其特征是：加速度传感器(2)为光纤振动传感器。

4.根据权利要求2所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置，其特征是：加速度传感器(2)采用PZT压电陶瓷材料制成，绝缘盒与线棒接触面厚约2mm。

5.如权利要求1所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置的用途，其特征是：

所述带加速度传感器(2)的绝缘盒(1)安装在定子绕组线棒鼻端振幅较大、松动或磨损较严重、电位较低的部位，各绝缘盒(1)可分别轴向、切向或径向安装；安装步骤如下：

1)先用一小块浸渍环氧树脂的适形毛毡垫放在要安装的部位，将绝缘器盒1压在毛毡上；

2)然后用浸渍过环氧树脂的无纬玻璃丝带将绝缘盒1与线棒(或夹板)绑扎固定，绑扎时一定要将绑带拉紧，多方向反复绑扎；

3)用干玻璃丝带将屏蔽线沿电位低的部位分段固定，刷环氧树脂；

4)对每个加速度传感器2的输出屏蔽电缆进行编号，作好记录。

6.如权利要求1所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置的用途，其特征是：加速度传感器(2)装入绝缘盒(1)内时采取如下屏蔽措施：

1)先在绝缘盒(1)内放置一铜制屏蔽环，在加速度传感器(2)表面包上一层薄的绝缘带，放入铜屏蔽环中；

2)用一较大的铜屏蔽层套在与传感器相连的屏蔽电缆的外面，并与盒内铜屏蔽环焊接好，该层铜屏蔽层沿屏蔽电缆引至密封座处与机壳相连接地，使加速度传感器(2)避开发电机内的电磁场干扰；

3)屏蔽电缆的屏蔽层与加速度传感器(2)相连，引出发电机后经电荷放大器一点接地。

7.如权利要求1所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置的用途，其特征是：绝缘盒(1)内的屏蔽电缆在发电机内的固定及走线方式如下：

1)将加速度传感器(2)及屏蔽线均安装好，然后沿发电机汽励两端机壳左右侧边角分别走线，直线时用一根φ20mm适当长度的金属软管将每侧的屏蔽线套在一起，使屏蔽线端头的编号标记露在软管的外面，并多出软管1～2米；

2)在发电机机壳的四个边角焊上适当数量的钢环，将金属软管穿过钢环固定好，注意确保金属软管与周围的绝缘引水管有足够的绝缘距离；

3)直到将软管引至机壳底部的出线孔处，将所有的屏蔽线从出线孔引出，软管留在机壳内，用裸铜线将软管与机壳可靠连接(即将软管接地)，用玻璃丝带将各处的钢环与软管绑牢，并涂刷环氧树脂固化。

8.如权利要求1所述的汽轮发电机组定子绕组端部振动在线监测装置的用途，其特征是：屏蔽电缆引出机外采用如下密封措施：

在发电机机壳上钻孔安装出线法兰或利用机壳下方汽励两端的小法兰，根据法兰的大小加工一个钢管，通过螺栓与法兰相连，钢管内放置一个钻有适当数量小孔的环氧圆板，使环氧圆板大小刚好与钢管内径配合；将屏蔽电缆从钢管内引出来，注意保持屏蔽电缆上的编号；环氧圆板放入钢管内前，先在圆板上安装适当数量的标准L5插座，并进行编号，将屏蔽电缆与圆板上的插座对应的焊接好后将圆板放入钢管内，并将钢管内注满环氧树脂，然后将钢管与法兰用螺栓上紧(钢管与法兰间使用橡胶圈密封)；环氧树脂固化后，进行气密试验，用检漏仪检查是否存在气体泄漏。

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