CN215009577U - 水轮发电机主轴保护系统 - Google Patents

Abstract

水轮发电机主轴保护系统。发电机转子和定子间隙不均匀、不能完全同心运行、转子外形不规则或运转时产生匝间短路等问题时，就会在转子—大轴—基座回路中感应出一定的交流轴电压。在运行机组进行轴电流、轴绝缘和轴电压的监测，在轴电流升高到产生破坏性之前，进行预警或者停机，是机组及系统安全运行的不可缺少的环节。本实用新型组成包括：轴电流互感器（1），所述轴电流互感器套装在发电机大轴上并和轴电流继电保护装置（2）电连接，所述轴电流继电保护装置分别与轴绝缘监测装置（3）和显示终端电连接，所述轴绝缘监测装置分别连接发电机大轴的轴领碳刷和大轴接地碳刷。本实用新型用于检测水轮发电机主轴。

Description

水轮发电机主轴保护系统

技术领域

本实用新型具体涉及一种水轮发电机主轴保护系统。

背景技术

发电机转子和定子间隙不均匀、不能完全同心运行、转子外形不规则或运转时产生匝间短路等问题时，就会在转子—大轴—基座回路中感应出一定的交流轴电压。发电机的定子磁场不平衡，在发电机的转轴上产生了感生电动势，轴电压就会加大，转子一点接地故障也会产生轴电压，发电机进行维护或发电机周围有电焊机等强磁设备时，会使发电机大轴磁化，当机组运行时，该磁力线会以涡流制动的方式产生轴电压。

发电机定子线圈输出的交变电流会产生一个交变磁场，这个磁场与转子轴交链，又在转子轴中产生交变电动势，如果发电机机座与转轴之间没有完全绝缘，就会在转子轴与机座之间形成轴电流。

由于定、转子之间的气隙不均匀，以及定子铁芯的局部磁阻较大、磁路不对称等原因，导致发电机的定子磁场存在不平衡，使得水轮发电机的转子上产生与轴相交的交变磁通和轴向的感应电势即轴电压。对于水轮发电机轴电压不会太高，不超过10V，尽管轴电压有效值不大，但在发电机内部各种交变脉冲磁场作用下，峰值也可能很高，水轮发电机转子大轴电阻很小，且轴承与大轴间只有不到1mm的油膜间隙，如轴领与大轴间绝缘破坏，轴电压将沿轴承和底板形成闭合回路产生轴电流，对轴瓦造成损害。正常轴电压对设备本身并不产生直接危害，只有在轴绝缘破坏后才产生后果，因此轴绝缘的监测非常重要。

在运行机组进行轴电流、轴绝缘和轴电压的监测，在轴电流升高到产生破坏性之前，进行预警或者停机，是机组及系统安全运行的不可缺少的环节。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种水轮发电机主轴保护系统，通过检测水轮发电机大轴产生的轴电流，在轴电流大于设定值的时候实时发出报警信号，同时对大轴的绝缘情况进行监测，以防止轴承绝缘被击穿，损坏轴承和其他部件。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种水轮发电机主轴保护系统，其组成包括：轴电流互感器，所述轴电流互感器套装在发电机大轴上并和轴电流继电保护装置电连接，所述轴电流继电保护装置分别与轴绝缘监测装置和显示终端电连接，所述轴绝缘监测装置分别连接发电机大轴的轴领碳刷和大轴接地碳刷，所述显示终端包括显示部件和数据存储U盘。

所述的水轮发电机主轴保护系统，所述轴电流继电保护装置包括放大器，所述放大器连接双通道滤波器，所述双通道滤波器分别通过A/D转换器连接控制单元，所述控制单元连接显示部件，所述控制单元通过RS232接口连接电流继电保护上位机，所述控制单元连接光电耦合器，所述光电耦合器连接功率放大器，所述功率放大器连接继电器，所述控制单元控制试验电流电路的电流。

所述的水轮发电机主轴保护系统，所述轴绝缘监测装置包括测量模块，所述测量模块连接嵌入式系统ARM7控制单元，所述测嵌入式系统ARM7控制单元分别连接轴绝缘监测上位机、报警接点输出模块、4-20MA电路模块和显示部件。

有益效果：

1.本实用新型利用轴电流互感器检测出来的轴电流基波或三次谐波电流信号，来监视轴承绝缘状态的，当电机轴绝缘低下或有击穿时，由于电机轴承不对称，机轴将产生轴电流而损坏机轴的绝缘，产生故障，其损坏的程度将取决于轴电流的幅值和持续时间，为了使电机能够安全运行，提前发现机轴绝缘故障，以便采取相应措施，就需要灵敏的轴电流继电保护设备。

2.本实用新型通过模数转换，把模拟量转换成数字量，通过数字滤波，可排除干扰，使数据更加准确。

3.本实用新型可以把数据传送给远程计算机，实现远程监控。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是轴电流继电保护装置的原理框图；

附图3是轴绝缘检测装置的原理框图；

图中：1、轴电流互感器，2、轴电流继电保护装置，3、轴绝缘监测装置，4、放大器，5、双通道滤波器，6、A/D转换器，7、控制单元，8、RS232接口，9、电流继电保护上位机，10、光电耦合器，11、功率放大器，12、继电器，13、试验电流，14、测量模块，15、嵌入式系统ARM7控制单元，16、轴绝缘监测上位机，17、报警接点输出模块，18、4-20MA电路模块，19、显示部件。

具体实施方式：

实施例1：

一种水轮发电机主轴保护系统，其组成包括：轴电流互感器1，所述轴电流互感器套装在发电机大轴上并和轴电流继电保护装置2电连接，所述轴电流继电保护装置分别与轴绝缘监测装置3和显示终端电连接，所述轴绝缘监测装置分别连接发电机大轴的轴领碳刷和大轴接地碳刷，所述显示终端包括显示部件19和数据存储U盘。

实施例2：

根据实施例1所述的水轮发电机主轴保护系统，所述轴电流继电保护装置包括放大器4，所述放大器连接双通道滤波器5，所述双通道滤波器分别通过A/D转换器6连接控制单元7，所述控制单元连接显示部件，所述控制单元通过RS232接口9连接电流继电保护上位机9，所述控制单元连接光电耦合器10，所述光电耦合器连接功率放大器11，所述功率放大器连接继电器12，所述控制单元控制试验电流13电路的电流。

实施例3：

根据实施例1所述的水轮发电机主轴保护系统，所述轴绝缘监测装置包括测量模块14，所述测量模块连接嵌入式系统ARM7控制单元15，所述测嵌入式系统ARM7控制单元分别连接轴绝缘监测上位机16、报警接点输出模块17、4-20MA电路模块18和显示部件。

轴电流继电保护装置，其组成包括：轴电流互感器、轴电流继电保护装置、前置放大器、双通道滤波器、A/D转换器、控制单元、显示通信端口（RS485-1）、上位机通信端口（RS485-2）、光电耦合器连接功率放大器控制继电器、4-20MA输出、试验电流电路。

轴绝缘监测装置，其组成包括：轴电流互感器、轴电流继电保护装置、前置放大器、双通道滤波器、A/D转换器、控制单元、显示通信端口（RS485-1）、上位机通信端口（RS485-2）、光电耦合器连接功率放大器控制继电器、4-20MA输出、试验电流电路。

本装置的主控芯片采用STM32系列32位Cortex-M3处理器，提高了采样速度和测量精度，同时增加了数据存储、历史数据查询等功能。测量量程一次侧最大可达100A。显示部件采用7寸TFT人机界面，使显示更直观、显示方式可选择、操作更方便。

工作过程：

本型号轴电流继电器是利用轴电流互感器检测出来的轴电流基波或三次谐波电流信号，来检测轴承绝缘状态的。

当电机轴绝缘低下或有击穿时，由于电机轴承不对称，机轴将产生轴电流而损坏其绝缘，发生故障。其损坏程度将取决于轴电流的幅值和持续时间。

为了使电机能够安全运行，提前发现机轴的绝缘故障，以便采取相应措施，就需要有灵敏的轴电流继电保护设备。

本继电器是由放大器、双通道滤波器、A/D转换、单片机智能分析判断控制及过电流动作等环节组成。轴电流指示仪表采用了先进的数字技术，动作灵敏，控制精确，显示直观，其组成框图请参阅原理方框图。

轴电流继电器采用了两种工作方式，即按电流基波分量或电流三次谐波分量进行检测动作。

当电机内干扰磁场较强，且互感器输出电流中含有三次谐波分量时，仪器可同时测量50HZ和150HZ信号，电流信号经滤波器滤除50HZ和150HZ的杂散干扰电流，使继电器能够稳定的检测。

当电机内磁场干扰甚小，而轴电流中又无谐波干扰时，仪器即按50HZ频率轴电流进行监测，轴电流信号经50HZ工作通道，并滤除其它干扰，防止误动作，当前轴电流为50HZ和150HZ信号轮流显示，面板指示灯显示当前工作频率。

继电器从轴电流互感器CT中取出故障电流信号，经IC1放大后，送入50HZ和150HZ双通道滤波器中，双通道滤波器输出经整流合成后，分别送入两路A/D模数转换器，再送入MCU进行分析、判断、显示轴电流值，经MCU与两个故障电流的设定值进行比较后，送出控制信号触发相应的继电器CZ1,CZ2，以控制报警及跳闸等信号。

本机带有485接口，可以把数据上传到上位机，有独立的管理程序，也可与组态软件接口集中管理。

定子铁芯分片和刺激配置不对称等原因，引起磁通不平衡，该不平衡磁通与轴切割产生轴电势，沿转子轴向分布。尽管此轴电势数值不大（一般在十几伏左右），但由于转子轴内阻很小，如果它沿轴承和底板形成闭合回路，轴电流可达很大数值（数百到数千安培），它将导致油质变化，轴承震动增大，轴瓦烧伤等事故。因此一般采用0.5~2mm厚酚醛玻璃板使轴承绝缘。虽然采取了上述措施，但并不等于说轴承的安全就有了保证，从某种意义上讲，轴瓦的破坏程度取决于轴电流的幅值和作用时间；从运行角度来讲，运行人员需要随时或提前知道轴电流的变化或轴绝缘的损坏程度。轴电流互感器就是为此而设计的一种特殊互感器，可以检测出1A以下的轴电流，其铁芯采用特殊硅钢片卷绕而成，其线圈分为两个绕组：试验绕组和工作绕组，工作绕组的负载阻抗为1.5Ω，为继电保护装置提供监测信号。

轴电流互感器主要技术指标：

一次侧能检测出0.1~2.0A的轴电流（或0.1~1.0A的轴电流，可在定货时由用户指定）。

饱和倍数：10。

变化误差：≤10%。

绝缘等级：B级。

副边绕组为两组：一为试验绕组，另一为工作绕组。输出0.5~5mA。

最小内径：主轴直径加20mm，分两瓣或四瓣，经连接板连接而成。

两绕组间及绕组对外壳绝缘耐压为2kV 。

绕组与外壳间绝缘电阻>100MΩ。

负载阻抗：1.5Ω

轴电流互感器结构：

互感器为穿心式，以便于用户安装分成两瓣（或四瓣），配有连接板，经螺栓紧固即可构成环形整体，通过四个安装支架固定在发电机机体。

安装要求：

互感器与发电机轴的同心度、水平度允差均为2mm。

按切口标记安装。安装后切口间隙不大于0.2mm。

互感器连接螺栓及支架定位螺栓应以适当力矩扭紧以免损坏互感器。

互感器的试验绕组和工作绕组均用2×7.5铜编织耐热电线引出机体外。电线每米用一个线夹固定，电线经过线夹处时应用绝缘纸包紧，线夹点焊在机体上，固定支架的螺栓头需磨平，互感器长期存放应水平放置，以避免变形。

Claims (3)

1.一种水轮发电机主轴保护系统，其组成包括：轴电流互感器，其特征是：所述轴电流互感器套装在发电机大轴上并和轴电流继电保护装置电连接，所述轴电流继电保护装置分别与轴绝缘监测装置和显示终端电连接，所述轴绝缘监测装置分别连接发电机大轴的轴领碳刷和大轴接地碳刷，所述显示终端包括显示部件和数据存储U盘。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机主轴保护系统，其特征是：所述轴电流继电保护装置包括放大器，所述放大器连接双通道滤波器，所述双通道滤波器分别通过A/D转换器连接控制单元，所述控制单元连接显示部件，所述控制单元通过RS232接口连接电流继电保护上位机，所述控制单元连接光电耦合器，所述光电耦合器连接功率放大器，所述功率放大器连接继电器，所述控制单元控制试验电流电路的电流。

3.根据权利要求1所述的水轮发电机主轴保护系统，其特征是：所述轴绝缘监测装置包括测量模块，所述测量模块连接嵌入式系统ARM7控制单元，所述嵌入式系统ARM7控制单元分别连接轴绝缘监测上位机、报警接点输出模块、4-20MA电路模块和显示部件。

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