CZ284614B6 - Způsob odebírání vysokofrekvenčního chybového signálu z vysokofrekvenčního elektromagnetického pole v elektrickém velkostroji a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Abstract

Způsob se týká elektrického velkostroje se statorem (5), nesoucího tyče (1, 2) elektrického vinutí a osazeného nejméně jedním teplotním snímačem (3, 4). Vysokofrekvenční chybový signál se odebírá od teplotního snímače (3, 4) použitého jako anténa. Při použití více teplotních snímačů (3, 4) je možná lokalizace poškození (15), kde byl chybový signál způsoben. Dále je popsáno i zařízení k provádění způsobu. ŕ

Description

Vynález se týká způsobu provozní kontroly elektrického velkostroje se statorem opatřeným vinutím, tvořeným vodivými tyčemi, uloženými v drážkách statoru, pro rozpoznání poškození, které způsobuje jiskření. Vynález se týká i zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Pod pojmem elektrické velkostroje se v dané souvislosti rozumí velkogenerátory, jako například turbogenerátory, jejichž elektrické výkony jsou 50 MVA a více.

Rozpoznání škod v zařízením s elektrickými velkostroji má stále větší význam v tom smyslu, aby se zvýšila provozní pohotovost zařízení a škody aby se rozpoznaly co nejdříve, dokonce aby se mohly předvídat během regulárního provozu. Přitom má také velký význam to, aby byla ve vzrůstajícím rozsahu s malými náklady k dispozici číslicová počítací zařízení pro vyhodnocování signálů z komplexních kontrolních zařízení.

Dosavadní stav techniky

Způsob a zařízení pro rozpoznávání a případně také lokalizaci chyb v elektrických strojích, zejména zařízeních s elektrickými velkostroji, vycházejí z DE 34 08 256 C2, DE 35 26 149 Al, DE 39 18 116 Al, EP 02 28 613 Bl a EP 02 41 764 Bl. Z těchto spisů jsou seznatelné jednak celé systémy pro rozpoznávání a lokalizaci škod v elektrických zařízeních s vyhodnocováními vysokofrekvenčních chybových signálů, tak také podrobnosti pro odebírání vysokofrekvenčních chybových signálů z vysokofrekvenčních polí v elektrických velkostrojích. Pat. spis US 4 949 001 se týká prokazování částečných výbojů ve statoru elektrodynamického velkostroje, zejména turbogenerátoru. Podle patentu se na stator uloží snímač naměřené hodnoty na způsob směrového vazebního členu, sloužící jako anténa pro odebíraný vysokofrekvenční chybový signál a vytvořený technikou páskových vodičů, a prostřednictvím odpovídajících přípojných vedení se spojí s vyhodnocovacím zařízením. Vyhodnocením výšky a/nebo časového průběhu chybového signálu se provede lokalizace místa, ze kterého chybový signál vyšel. Obsah všech uvedených dokumentů byl na tomto místě uveden z toho důvodu, aby se zabránilo dalšímu jejich opakování.

Důležité hledisko při odvádění vysokofrekvenčních chybových signálů z elektrického velkostroje je co nej lepší možnost využití stávajících konstrukčních dílů v zařízeních, aby se vady nebo podobně, způsobené vysokofrekvenčními elektromagnetickými poli, neovlivňovaly přídavnými konstrukčními díly, nebo aby se dokonce neodstiňovaly. Kromě toho je třeba vžiti v úvahu také ekonomická hlediska, neboť příliš komplexní systémy snímačů mohou se jevit jako nevýhodné. Konečně proti příliš velkorysému poskytování místa pro systémy provozní kontroly mluví také úvahy o zatížitelnosti a stupni využití elektrických velkostrojů.

Z pojednání „Měření a kontrola teplot u velkých asynchronních motorů“ od W. Raasche, Elektro-Jahr 1979, Vogel Verlag, Wiirzburg, DE, str. 27 až 30, lze seznat elektrický velkostroj ve formě asynchronního motoru se statorem, nesoucím elektrické vinutí, přičemž vinutí je vloženo v drážkách statoru a v jedné drážce je uloženo měřidlo teploty.

- 1 CZ 284614 B6

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je navrhnout způsob a zařízení pro provozní kontrolu elektrického velkostroje se statorem opatřeným vinutím tvořeným vodivými tyčemi, uloženými v drážkách statoru, pro rozpoznání poškození, které způsobuje jiskření.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tím způsobem, že se měří teplota v každé drážce vinutí statoru, takto získané elektrické signály každé drážky se rozdělí na chybový signál, vyvolávaný jiskřením v místě poškození vinutí a na teplotní signál, vyvolaný provozní teplotou při provozu velkostroje a porovnáním velikosti chybových signálů se určí místo poruchy v drážce.

Rozvinutí způsobu podle vynálezu pak spočívá v tom, že teplotní signál, vyvolaný provozní teplotou, je nízkofrekvenční signál, zejména stejnosměrný signál.

Význakem způsobu podle vynálezu rovněž je, že chybový signál, vyvolaný jiskřením v místě poškození, je vysokofrekvenční signál, přičemž tento signál má frekvenci mezi 1 MHz až 300 MHz, zejména mezi 3 až 100 MHz.

Zařízení pro provádění shora uvedeného způsobu se podle vynálezu řeší tak, že v každé drážce elektrického vinutí statoru je uspořádán nejméně jeden teplotní snímač, jehož přípojná vedení jsou vyvedena ze statoru a připojena na vstup diplexoru s prvním výstupem pro nízkofrekvenční teplotní signál a s druhým výstupem pro vysokofrekvenční chybový signál.

Rozvinutí vynálezu spočívá v tom, že diplexor je vytvořen jako dolnokmitočtový filtr vzhledem k prvnímu výstupu a jako homokmitočtový filtr vzhledem k druhému výstupu.

Význakem řešení podle vynálezu rovněž je, že teplotní snímač je uspořádán v elektricky izolující vložce, která je uspořádaná v drážce mezi dvěma nad sebou ležícími tyčemi vinutí, přičemž teplotní snímač je elektrický teplotní snímač s teplotně závislým odporem, který je zapojen na zdroj stejnosměrného proudu nebo napětí.

Posledním význakem řešení zařízení podle vynálezu je, že obsahuje více než dva teplotní snímače, které jsou rovnoměrně rozděleny po délce statoru.

Výhodnost provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vývody teplotního snímače, provozovaného s elektrickým stejnosměrným napětím nebo proudem, který je uložen ve statoru elektrického stroje, se mohou použít bezprostředně jako antény, zejména jako čtvrtvlnné antény. Takovýmto teplotním snímačem se mohou získat také vysokofrekvenční signály, které nejsou ovlivňovány snímacím prvkem, sloužícím k získávání teplotních signálů. Například od snímacího prvku vedou dva navzájem zkroucené elektrické přípojné vodiče, které pro odvádění vysokofrekvenčních chybových signálů jsou stejně upraveny. Potom přípojná vedení působí jako jediná anténa a snímací prvek neovlivňuje buď vůbec, nebo jen velmi málo chybové signály. Je výhodné odebírat chybové signály současně s teplotními signály od teplotního snímače a potom je od sebe oddělit. Toto je zejména jednoduché tehdy, když teplotní signály jsou nízkofrekvenční signály, a jak již bylo uvedeno, zejména stejnosměrné proudové signály, nebo stejnosměrné napěťové signály.

Zvlášť výhodné je, jestliže se více teplotních snímačů, vyskytujících se v elektrickém stroji, použije jako antény.

Vynález dále poskytuje zejména výhodným způsobem důkaz o vzniku jiskření v elektrických velkostrojích, přičemž z výskytu vysokofrekvenčního chybového signálu na teplotním snímači se usuzuje na vznik jiskření.

-2CZ 284614 B6

Vynález zejména výhodným způsobem umožňuje rozpoznání a v rámci rozvinutí vynálezu i lokalizaci škody.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším textu blíže vysvětlen na příkladech provedení, znázorněných na výkresech. Pro větší zřetelnost určitých význaků je výkres proveden částečně schematicky a/nebo nikoliv v měřítku. Zejména nebyly znázorněny všeobecně známé a v dané souvislosti nepodstatné složky.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn axiální podélný řez elektrickým velkostrojem s teplotními snímači, použitými podle vynálezu.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn radiální příčný řez strojem, znázorněným na obr. 1.

Na obr. 3 a 4 jsou znázorněny příklady provedení teplotních snímačů, upravených a zapojených podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 ukazuje podél osy 13 provedený podélný řez elektrickým velkostrojem se statorem 5 a rotorem 12, uspořádaným otočně kolem osy 13 ve vybrání statoru 5. Stator 5 má drážky 10. viz obr. 2, ve kterých jsou uspořádány dvě elektricky vodivé tyče 1, 2 vinutí jako součást celého elektrického vinutá statoru 5. Každá vodivá tyč 1, 2 má přímý úsek, který leží v drážce 10, a dva oblouky 2 vždy jeden na každém konci přímého úseku. Oblouky 2 probíhají vně drážky 10 a slouží ke spojení vodivých tyčí spolu navzájem. Mezi přímými úseky leží vložka 11 z izolujícího materiálu. Na každém konci statoru 5 je ve vložce 11 uspořádán teplotní snímač 3 se snímacím prvkem, zejména odporovým prvkem s teplotně závislým odporem s přípojnými vedeními 4, která vedou ze statoru 5 a na které je napojeno zařízení pro zpracování signálu pro vyhodnocení teplotních signálů a chybových signálů. Tato zařízení na zpracování signálů nejsou na obr. 1 znázorněna. Dva teplotní snímače 3 s přípojnými vedeními 4 se mohou použít pro lokalizaci poškození 15, na kterém při poškození elektrického velkostroje dochází k jiskření, například v rámci částečného výboje. Tím, že poškození 15 leží blíže k vlevo znázorněnému teplotnímu snímači 3 s přípojnými vedeními 4 nežli ke znázorněnému vpravo, je v levém teplotním snímači 3 vyskytující se chybový signál podstatně větší, nežli chybový signál, který je odebírán od pravého teplotního snímače 3. Z tohoto jednoduchého příkladu je zřejmé, jak je možná lokalizace poškození 15. Tento stávající systém lokalizace pro chybové signály je výhodně doplnitelný o další teplotní snímače 3, zejména o teplotní snímače přibližně ve středu statoru 5.

Budiž ještě jednou poukázáno, na to, že na obr. 1 nejsou znázorněny obvyklé znaky elektrického velkostroje. Tak je stator 5 znázorněn jako kompaktní blok, což neodpovídá bezpodmínečně obvyklé praxi. Také nejsou znázorněny prostředky pro uzavření drážek 10, ve kterých jsou uloženy vodivé tyče 1, 2 vinutí. Dále znázorněné velikostní poměry neodpovídají měřítku velikosti. Pro doplnění údajů a návodů, vyplývajících z obr. 1 a následujících obrázků se odkazuje na všeobecné odborné znalosti fundovaného průměrného odborníka.

Obr. 2 ukazuje kolmo k ose vedený příčný řez stroje, znázorněného na obr. 1. Stator 5 má drážky 10, do kterých jsou vloženy přímé úseky vodivých tyčí 1, 2 vinutí. Znázorněny jsou tři drážky 10, které reprezentují velký počet drážek 10, vyskytujících se obvykle v elektrických velkostrojích.

V každé drážce 10 se nacházejí nad sebou dva přímé úseky a mezi nimi je upravena vložka 11.

V každé vložce 11 se nachází teplotní snímač 3 s přípojnými vedeními 4.

-3 CZ 284614 B6

Obr. 3 a 4 ukazují dva příklady provedení pro teplotní snímače 3, použitelné jako antény, sestávající z teplotních snímačů 3, zejména odporových prvků s teplotně závislými elektrickými odpory, přípojnými vedeními 4 a diplexory 6 pro odebírání chybových signálů z teplotních signálů. Podle obr. 3 jsou přípojná vedení 4 zapojena na koaxiální kabel 16, a sice jedno přípojné vedení 4 na vnitřní vodič a druhé přípojné vedení 4 na vnější vodič, který je uzemněn. Z koaxiálního kabelu 16 se z teplotního snímače 3 obdržená směs teplotního signálu a chybového signálu přivede na vstup 7 diplexoru 6. V diplexoru 6 se provede vyvázání chybového signálu od teplotního signálu. Teplotní signál se přivede od vstupu 7 přes cívku 18, která tvoří dolnokmitočtový filtr pro propouštění signálů s nízkými frekvencemi, k prvnímu výstupu 8 diplexoru 6 a chybový signál dospěje od vstupu 7 přes kondenzátor 17 k druhému výstupu 9 diplexoru 6. Kondenzátor 17 tvoří homokmitočtový filtr, který propouští jen vysokofrekvenční signály. Od druhého výstupu 9 diplexoru 6 je chybový signál přiváděn k neznázoměnému vyhodnocovacímu zařízení 14. Přesná funkce teplotního snímače 3 s přípojnými vedeními 4 jako anténami vysokofrekvenčního chybového signálu závisí přirozeně podstatnou měrou od frekvence chybového signálu a geometrických rozměrů teplotního snímače 3. Teplotním snímačem 3 podle obr. 3 se dosáhne kapacitní vazby na vysokofrekvenční elektromagnetické pole v elektrickém velkostroji.

Obr. 4 ukazuje jiné provedení, u kterého teplotní snímač 3 a přípojná vedení 4 slouží v podstatě jako induktivně působící anténa pro vysokofrekvenční signály. Podle obr. 4 je teplotní snímač 3 zapojen na dva koaxiální kabely 16 s uzemněnými vnějšími vodiči. Přípojná vedení 4 jsou napojena na vnitřní vodiče koaxiálních kabelů 16. Vyvažování chybového signálu od teplotního se provádí prostřednictvím transformátoru 19. Primární vinutí transformátoru 19. které je spojeno se vstupem 7, má střední vývod, nebo je vinuto bifilámě, přičemž je uspořádán přípoj, odpovídající střednímu vývodu. Na střední vývod primárního vinutí je napojen první výstup 8 pro odvod nízkofrekvenčního teplotního signálu. Vysokofrekvenční chybový signál se v transformátoru 19 dále předává na sekundární vinutí a odtud k druhému výstupu 9 diplexoru 6. Na druhý výstup 9 je napojeno vyhodnocovací zařízení 14, které může obsahovat další filtry a ve kterém je chybový signál vyhodnocován. Způsob vyhodnocování odpovídá požadavkům jednotlivého případu. Zejména je možné vyhodnocování s ohledem na poruchy v elektrickém stroji. Pro indikaci takovýchto poruch je vyhodnocovací zařízení 14 opatřeno indikačním prvkem 20, například žárovkou.

Vynález umožňuje zejména jednoduchý a spolehlivý’ způsob vyvozování vysokofrekvenčního chybového signálu z vysokofrekvenčního elektromagnetického pole v elektrickém velkostroji a umožňuje zejména rozpoznání poškození jiskřením.

Claims (9)

1. Způsob provozní kontroly elektrického velkostroje se statorem, opatřeným vinutím, tvořeným vodivými tyčemi, uloženými ve drážkách statoru, pro rozpoznání poškození, které způsobuje jiskření, vyznačující se tím, že se měří teplota v každé drážce vinutí statoru, takto získané signály každé drážky se rozdělí na chybový signál, vyvolaný jiskřením v místě poškození vinutí, a na teplotní signál, vyvolaný provozní teplotou při provozu velkostroje a porovnáním velikosti chybových signálů se určí místo poruchy v drážce.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplotní signál, vyvolaný provozní teplotou, je nízkofrekvenční signál, zejména stejnosměrný signál.

-4CZ 284614 B6

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že chybový signál, vyvolaný jiskřením v místě poškození, je vysokofrekvenční signál.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že vysokofrekvenční chybové signály, vyvolávané jiskřením v místě poškození, mají frekvenci mezi 1 MHz až 300 MHz, zejména mezi 3 MHz až 100 MHz.

5. Zařízení pro provádění způsobu podle nároků laž4, vyznačující se tím, že v každé dráže (10) elektrického vinutí statoru (5) je uspořádán nejméně jeden teplotní snímač (3), jehož přípojná vedení (4) jsou vyvedena ze statoru (5) a připojena na vstup diplexoru (6) s prvním výstupem (8) pro nízkofrekvenční teplotní signál a s druhým výstupem (9) pro vysokofrekvenční chybový signál.

6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že diplexor (6) je vytvořen jako dolnokmitočtový filtr vzhledem k prvnímu výstupu (8) a jako homokmitočtový filtr vzhledem k druhému výstupu (9).

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že teplotní snímač (3) je uspořádán v elektricky izolující vložce (11), která je uspořádána v drážce (10) mezi dvěma nad sebou ležícími tyčemi (1) vinutí.

8. Zařízení podle nároků 5a 7, vyznačující se tím, že teplotní snímač (3) je elektrický teplotní snímač s teplotně závislým elektrickým odporem, který je zapojen na zdroj stejnosměrného proudu nebo napětí.

9· Zařízení podle nároku 5 nebo 7, vyznačující se tím, že obsahuje více než dva teplotní snímače (3), které jsou po statoru (5) rozděleny rovnoměrně.