CN2185899Y - 发电机转子绕组动态匝间短路在线探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种由动测信号探测器、信号 变送器、光电定位装置组成，适用大、中、小型发电机 转子绕组动态匝间短路在线探测装置。根据发电机 定子槽形的不同，设计了适用于定子有胀管槽和无胀 管的两种信号探测器，埋设在定子铁芯内，并能在不 影响发电机运行、不漏氢的情况下，将对应工况下的 多个动测信号引出，经信号变送器对动测信号幅值的 调整，矢量合成，放大及光电定位信号大小调整后，输 送到主控室，供运行人员随时监测发电机转子绕组匝 间短路情况。

Description

本发明涉及一种发电机转子绕组动态匝间短路在线探测装置，特别涉及的是大型发电机转子绕组动态匝间短路在线探测装置。

汽轮发电机转子，在运行中因动态匝间短路引起无功出力下降、机组轴系统振动加剧，较严重的动态匝间短路会造成转子大轴磁化而烧伤轴颈。这些都严重威胁着机组和系统的安全运行。用动测装置检测和监视发电机在运行状态下的转子匝间短路故障，已成为当前发电机安全运行的重要监督项目之一，也是目前无刷励磁方式的发电机转子，进行匝间短路运行监测的唯一手段。

传统的探测装置是将探测线圈（即径向微分线圈）固定在一根直线型钢性探杆的顶端，信号从探杆尾部引出，发电机运行时，将此探杆从铁芯风沟中伸入适当深度，即可实现对转子绕组动态匝间短路的探测。另一种方式是在机组停机期间，将安装好探测线圈的探杆，伸入铁芯风沟内适当深度，并将探杆尾部与铁芯背部相对固定，信号线引至机壳专用线端子上，在机组运行时，随时可进行监测。利用探测线圈输出的感应电势波形，就可判断转子绕组是否存在匝间短路。

近年国内外生产的大型机组或是在国内投产的30万、60万容量的机组在结构上有较大改进，诸如：定子通风沟均未采用以往中小型电机的贯穿式直线型，而大多采用多段复合风路和大“S”型的弯风路；铁芯大多采用氢冷；转子大、小号线圈绕制的改进齿宽的变化及局部采用磁性槽楔等，这些结构上的变化，使传统的直线型的动测探杆无法由铁芯背部直通定子膛内。在保证不漏氢的情况下，将测量信号引出也很困难。既便引出，用单个动测信号直接接示波器，来判断有无匝间短路也不准确，所以传统的动测探杆已无法测定大型发电机转子匝间短路问题。

本实用新型的发明目的是提供一种新的发电机转子绕组动态匝间短路在线探测装置，其动测信号探测器能埋在发电机内、具有一定机械强度。当发电机运行时，该装置能测出对应工况下的多个动测信号，并能将信号引出幅值调整，进行矢量合成、放大、输送到主控室，供运行人员随时监测发电机转子绕组匝间短路情况。

为达上述目的，本实用新型用径向微分线圈法，即微分线圈输出的感应电势波形，做为分析发电机转子动态匝间短路故障的依据。

对2极发电机而言，在转子线圈无匝间短路的情况下，在定子膛内两个互差180°对称放置的同参数线圈，在同一时刻，其感应电势的绝对值相同、相位相反。当转子绕组的某一极发生匝间短路时，则两线圈的感应电势的绝对值将不相等。若将两个动测信号的输出信号，进行矢量相加，在发电机运行时，当转子存在匝间短路时，其矢量和不为零，反之则为零。

应用上述原理，本实用新型设计了一种主要由动测信号探测器、信号变送器、光电定位装置组成的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置。在发电机定子铁芯内，沿圆周方向，在几何位置互差180°的空间位置上，对称安装了一对型号与参数都相同的动测信号探测器，两个动测信号探测器探测线圈的输出引线通过金属屏蔽层从发电机定子膛内引出，接到发电机座测量信号端子板上，信号线的金属屏蔽层与发电机壳地金属连接，从发电机测量信号端子板机外测对应编号的端子上，接出两个不同相位的动测信号，其引线通过金属屏蔽层接地后与信号变送器连接，经信号变送器调节、矢量合成、放大输出两个幅值相等、方向相反的动测信号D1、D2及这两个动测信号的矢量合成信号H，光电定位装置主要由投光器、贴在转子轴上的光标及光电转换器组成，光电转换器将光脉冲信号转换成具有定位作用的电信号，输出引线经金属屏蔽接地后，接至反比例放大器（也可以是其他形式的放大电路），由反比例放大器输出的光电定位信号G，连同前述三个信号D1、D2、H一起接到数据采集及分析系统，根据信号波形分析、对比可判断发电机转子绕组动态匝间有无短路。发电机转子绕组动态匝间短路探测装置的动测信号探测器主要由空心螺杆、探测线圈和探测信号输出引线组成，探测线圈绕制在空心螺杆上端予留的线圈槽内，探测线圈的输出引线从空心螺杆上予留的孔中穿入到空心螺杆的中心孔内，与具有金属屏蔽层的信号输出引线焊接，信号输出引线可依据机组的具体情况，从中心孔的下端沿槽楔表面或沿槽楔下端面，或从空心螺杆壁上的工艺孔中穿出引到定子膛内，再接到发电机座测量信号端子板上，这种引线方式，既简便可靠，又解决了漏氢问题。信号变送器一般由电位器、若干电阻及集成运算放大器或由两个集成运算放大器构成的差动放大器组成。为使动测信号D1、D2的幅值能尽量调整一致，因此要选用精密的电位器，电阻一般选用金属膜或其它类型的电阻。集成运算放大器选用LM358或其他类型也可。根据需要，也可在合成信号H后再加一级比例放大器。

上述装置除探测线圈中的导线外，其余部件均采用环氧材料或其他非金属材料。本装置既适用大型发电机，也适用中小型发电机的转子绕组动态匝间短路在线探测。

采用本实用新型可实现对大型汽轮发电机转子动态匝间短路的在线监测，过去的探测装置只适用中小型电机，本实用新型针对大型发电机的结构特点，设计中解决了几个关键问题，如：在不漏氢、不堵塞风路的情况下，能在定子铁芯内埋设具有机械强度的，对称布置的两个动测信号探测器，其型式有两种，既适用于定子内有胀管槽的，也适用于定子内无胀管槽的，利用信号探测器的空心螺杆，可将探测线圈的输出引线引到定子膛内，借用发电机信号端子板，可将两个幅值相等、相位相反的两个动测信号引到机外，通过信号变送器的调幅、矢量合成、放大可准确获得发电机在各种工况下的动测波形，其信号波形清晰、规律性好、能较直观地反映出发电机转子是否存在动态匝间短路，该装置也适合中小型发电机。

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明：

图1是发电机转子动态匝间短路在线探测装置原理方框图；

图2是动测信号探测器安装位置示意图；

图3是适用于定子有胀管槽的动测信号探测器安装图；

图4是适用于定子无胀管槽的动测信号探测器安装图一；

图5是适用于定子无胀管槽的动测信号探测器安装图二；

图6是动测信号处理电路图一；

图7是动测信号处理电路图二。

图1示出在线探测装置原理方框图。装在发电机定子膛内，沿园周方向，几何位置互差180°，对称安装的＃1、＃2型号与参数都相同的动测信号探测器，输出的动测信号1、2，其引线接到发电机测量端子板上，由端子板机外测引出信号，经信号变送器，幅值调节相等后，获得动测信号D1、D2，将这两个动测信号经矢量合成后，得合成信号H。光电转换器将光的脉冲信号转换为电信号经反比例放大器放大后获得光电定位信号G，连同D1、D2、H信号一起送入数据采集及分析系统，经对波形的分析、对比就可判断出匝间短路情况。

实施例1：一种适用于发电机定子有胀管槽的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，该装置主要由动测信号探测器、信号变送器、光电定位装置组成，如图2所示，在发电机定子铁芯内1，沿圆周方向，对称安装了一对型号与参数都相同的动测信号探测器3，一个装在48号槽中距汽端的1M处，另一个安装在18号槽的中部，两个位置互差180°，动测信号探测器主要由空心螺杆3、探测线圈5、信号输出引线7组成〈见图3〉。采用φ0.2mm的漆包线，绕400匝固定在空心螺杆上端予留的线圈槽内，探测线圈的输出引线从空心螺杆上予留的孔中穿到空心螺杆的中心孔内，与采用双芯屏蔽线的信号输出引线7焊接，该引线从中心孔的下端引出，（沿定子槽楔与铁芯接触处轴向牵至汽端，然后径向顺定子线圈端部引至发电机轭部到发电机中部测温端子箱上。屏蔽线从环氧板底部牵至定子槽楔与铁芯夹角处，用环氧胶固定）平放在定子线棒的槽楔上，并压上垫块。从槽楔表面牵至定子膛口后，沿上、下层线棒间空隙穿出，接至发电机座测量信号端子板上，信号线的金属屏蔽层与发电机壳可靠地金属性连接。

上述两个动测信号探测器，在定子铁芯内是借助假槽楔1，和螺纹顶杆4固定的，（见图3）将假槽楔从发电机定子端部敲到胀管槽内安装二个探测器的位置，使假槽楔与胀管槽紧配合，将探测器的空心螺杆螺纹处涂上环氧树脂后，旋入假槽楔中间的螺纹孔内。将螺纹顶杆涂环氧胶后，旋入假槽楔中间孔两测对应的螺孔内，螺纹顶杆底部压在垫块上，并拧紧，以使动测信号探测器与定子铁芯相对固定。待环氧胶固化后，整套装置成为一个整体，在定子膛内的固定位置上，径向及轴向均无法移动。

空心螺杆、螺纹顶杆、假槽楔、垫块都用环氧材料制成。

从发电机测量信号端子板机外测对应编号的端子上，接出48号槽与18槽两个不同相位的动测信号D1、D2，这两个信号引线通过金属屏蔽层接地后，与信号变送器连接，信号变送器由W1、W2和电阻R1、R2、R3、R4及集成运算放大器A1构成的反相加法器组成。其连接方式如下：D1、D2分别接至电位器W1、W2，电位器W1、W2的活动端分别通过电阻R1和R2接至集成运算放大器A1的反相输入端，A1的同相输入端经电阻R3接测量地。电阻R4跨接在A1的输出端和反相输入端之间，构成A1的反馈回路，调节W1、W2，这样经信号变送器后，可得到48号槽与18号槽测得的两个幅值相等、相位相反的信号D1和D2及经反相加法器将这两个信号矢量合成后的信号H。

该实施例的光电定位装置，主要由用加有遮光筒的白灯作为投光器，贴在转子轴上的白漆光标及光电转换器组成，光电转换器采用硅光电池，其输出引线经金属屏蔽接机座地后接至反比例放大器。硅光电池的输出信号通过集成运算放大器A3输入端电阻R7接到A3的反相输入端，而同相输入端通过电阻R8接测量地，电位器W3跨接在输出端和反相输入端之间，电位器的活动端接到反相输入端，这样经硅光电池放大电路调整后得到清晰的光电定位信号G。

上述D1、D2、H、G信号输出接到示波器，磁带信号记录仪、微机数据采集系统，观测信号波形，若发现H信号上出现脉冲，即有匝间短路故障产生，此时与单个信号D1、D2波形对比、分析，同时观测信号G，就可判别出匝间短路故障槽的位置，槽号及故障槽所在的转子极性。

上述各元件参数关系如下：

电位器：W1＝W2，W3＝5R5；

电阻：R1＝R2，

R4＝KR1＝KR2，K值所需增益选取，

R3＝ 1/(1／R1＋1／R2＋1／R4) ，

R6＝2R5；

实施例2：一种适用于发电机定子无胀管槽的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，如图4、5所示，装置的组成及在发电机里的安装位置与例1相同，区别在于动测信号探测器在无胀管槽内固定的方式及信号引线引出的方式不同。

将下端带有圆台的空心螺杆1拧入空间位置选定的定子槽楔4的螺孔内，在圆台上钻孔并钻入定子槽楔适当深度，插入销钉3，在圆台下端面与槽楔接触部位，以及在螺孔、销钉孔内，均涂环氧胶，待环氧胶固化后，空心螺杆与槽楔、销钉与槽楔紧密结合，这样动测信号装置与槽楔成为一个整体。

信号输出引线如图4所示，在空心螺杆中心孔内与具有金属屏蔽层的信号引线5焊接，就近穿过空心螺杆壁，进入铁芯的通风沟，引至铁芯背部，再引至机座测量端子板上。

信号输出引线的另一种引出方式如图5所示，在定子槽楔的下端面开一直通沟，信号引线5沿沟引至定子膛口，再接到机座测量端子板上。

实施例3：一种发电机转子绕组动态匝间短路探测装置的信号变送器主要由两个运算放大器串联组成，具有较高输入电阻的差动放大电路，如图7所示，信号变送器由精度较高的电位器W1、W2；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6及LM358型的两个集成运算放大器A1、A2构成的差动放大器组成，上述各元件的参数关系如下：

电位器：W1＝W2，W3＝5R7

电阻：R1＝ 1/2 R2，R2＝R3，R6＝KR4，K随所需增益选取，

R5＝ 1/(1／R4＋1／R6) ，R8＝2R7；

各元件的接线方式：从机座测量端子板上接出的两个动测信号D1、D2分别接至电位器W1及W2，电位器W1和电位器W2的活动端分别通过电阻R1、R5接至集成运算放大器A1和A2的同相输入端，A1的反相输入端经R2接测量地，A1的输出端通过R4接至A2的反相输入端，电阻R3跨接在A1的输出端和同相输入端之间，电阻R6跨接在A2的输出端和反相输入端之间，由电阻R3和电阻R6分别构成运算放大器A1、A2输出端与输入端之间的反馈回路，由信号变送器输出两个幅值相等，方向相反的动测信号D1、D2及经信号变送器的两个同相运算放大器A1、A2串联组成的差动放大电路输出的矢量合成信号H。光电定位信号的输出与实施例1相同。

Claims (9)

1、一种发电机转子绕组动态匝间短路探测装置主要由动测信号探测器、信号变送器、光电定位装置组成，光电定位装置主要由投光器、贴在转子轴上的光标及光电转换器组成，其特征在于：在发电机定子铁芯内，沿园周方向，在几何位置互差180°的空间位置上，对称安装了一对型号与参数都相同的动测信号探测器，两个动测信号探测器探测线圈的输出引线通过金属屏蔽层从发电机定子膛内引出，接到发电机座测量信号端子板上，信号线的金属屏蔽层与发电机壳地金属连接，从发电机测量信号端子板机外测对应编号的端子上，接出两个不同相位的动测信号，其引线通过金属屏蔽层接地后与信号变送器连接，经信号变送器调节、矢量合成、放大输出两个幅值相等、方向相反的动测信号D1、D2及这两个动测信号的矢量合成信号H，光电转换器将光脉冲信号转换成具有定位作用的电信号，输出引线经金属屏蔽接地后，接至反比例放大器，由反比例放大器输出的光电定位信号G，连同前述三个信号D1、D2、H一起接到数据采集及分析系统，根据信号波形分析、对比可判断发电机转子绕组动态匝间有无短路。

2、根据权利要求1所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置其特征在于：动测信号探测器主要由空心螺杆、探测线圈和信号输出引线组成，探测线圈绕制在空心螺杆上端予留的线圈槽内，探测线圈的输出引线从空心螺杆上予留的孔中穿入到空心螺杆的中心孔内，与具有金属屏蔽层的信号输出引线焊接，信号输出引线从中心孔的下端沿槽楔表面或沿槽楔下端面，或从空心螺杆壁上的工艺孔中穿出引到定子膛内。

3、根据权利要求1或2所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，其特征在于：信号变送器由电位器W1、W2；电阻R1、R2、R3、R4及集成运算放大器A1构成的反相加法器组成，从机座测量端子板上接出的两个动测信号D1、D2分别接至电位器W1及W2，电位器W1和电位器W2的活动端分别通过电阻R1和R2接至集成运算放大器A1的反相输入端，A1的同相输入端经电阻R3接测量地，电阻R4跨接在A1的输出端和反相输入端之间，构成A1的反馈回路，这样由信号变送器输出两个幅值相等，方向相反的动测信号D1、D2和这两个动测信号经矢量相加得到的矢量合成信号H。

4、根据权利要求1或2所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，其特征在于：信号变送器由电位器W1、W2；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6及两个集成运算放大器A1、A2构成的差动放大器组成，从机座测量端子板上接出的两个动测信号D1、D2分别接至电位器W1及W2，电位器W1和电位器W2的活动端分别通过电阻R1、R5接至集成运算放大器A1和A2的同相输入端，A1的反相输入端经R2接测量地，A1的输出端通过R4接至A2的反相输入端，电阻R3跨接在A1的输出端和同相输入端之间，电阻R6跨接在A2的输出端和反相输入端之间，这样由电阻R3和电阻R6分别构成运算放大器A1、A2输出端与输入端之间的反馈回路，由信号变送器输出两个幅值相等，方向相反的动测信号D1、D2及经信号变送器的两个同相运算放大器A1、A2串联构成具有较高输入电阻的差动放大器实现对这两个幅值相等、相位相反的独立动测信号D1、D2的矢量合成，输出信号H。

5、根据权利要求3所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，其特征在于：光电转换器输出引线连接的反比例放大器由电位器W3、电阻R7、R8、集成运算放大器A3组成，光电转换器的输出信号通过集成运算放大器A3输入端电阻R7接到A3的反相输入端，而同相输入端通过电阻R8接测量地，电位器W3跨接在输出端和反相输入端之间，电位器的活动端接到反相输入端，这样光电转换器的输出信号经由W3、R7、R8及A3组成的反比例放大器得到所需幅值的光电定位信号G。

6、根据权利要求4所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，其特征在于：光电转换器输出引线连接的反比例放大器由电位器W3、电阻R7、R8、集成运算放大器A3组成，光电转换器的输出信号通过集成运算放大器A3输入端电阻R7接到A3的反相输入端，而同相输入端通过电阻R8接测量地，电位器W3跨接在输出端和反相输入端之间，电位器的活动端接到反相输入端，这样光电转换器的输出信号经由W3、R7、R8及A3组成的反比例放大器得到所需幅值的光电定位信号G。

7、根据权利要求2所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，其特征在于：动测信号探测器在定子铁芯内的固定方式有如下两种：

①在定子铁芯胀管槽选定的位置上安装一个假槽楔二者之间紧配合，将绕有探测线圈的空心螺杆固定在假槽楔中间的螺纹孔内，中间孔的两测开有若干螺孔，装入螺纹顶杆并拧紧，空心螺杆、螺纹顶杆与螺孔之间加入粘结剂，以使动测装置与定子铁芯相对固定；

②将下端带有圆台的空心螺杆拧入空间位置选定的定子槽楔螺孔内，圆台与定子槽楔之间用粘合剂粘结，并用销钉固定。

8、根据权利要求3所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，其特征在于：信号变送器的各元件参数关系如下：

电位器：W1＝W2，W3＝5R5；

电阻：R1＝R2，

R4＝KR1＝KR2，

R3＝ 1/(1／R1＋1／R2＋1／R4)

R6＝2R5；

9、根据权利要求4所述的发电机转子绕组动态匝间短路探测装置，其特征在于：信号变送器的各元件参数关系如下：

电位器：W1＝W2，W3＝5R7

电阻：R1＝ 1/2 R2，R2＝R3，R6＝KR4，

R5＝ 1/(1／R4＋1／R6) ，R8＝2R7；

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