KR20030061945A - Multi-Function Sensors For Temperature, Partial Discharge And Magnetic Flux Of High Voltage Rotating Machines - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고압 회전기가 운전중인 상태에서 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전과, 온도 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 동시에 측정할 수 있는 고압 회전기의 온도, 부분 방전 및 자속 측정 겸용 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a combined temperature, partial discharge and flux measurement sensor of a high pressure rotor capable of simultaneously measuring the partial discharge generated in the stator winding of the rotor and the temperature and the magnetic flux distributed in the air gap while the high pressure rotor is in operation. .
종래 고압 회전기의 고정자 권선을 진단하기 위하여 부분 방전과 온도를 동시에 측정하는 센서는 도 1에 도시되어 있다. 동 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 센서는 에폭시 박판(10)내에 미세 간격을 두고 배치된 한 쌍의 저항온도검출소자(Resistance Temperature Detector; RTD)(20A,20B)와, 이들을 연결하는 연결부(30) 및, 상기 RTD 소자(20A,20B)의 한쪽 단에 연결되어 상기 RTD 소자(20A,20B)에서 검출된 신호를 출력하고 미세 전류신호를 입력하는 신호선(40A,40B)으로 구성된다. 여기서, 상기 연결부(30)는 상기 저항온도검출소자(20A,20B)와 동일한 재질로 구성된다.In order to diagnose a stator winding of a conventional high voltage rotor, a sensor for simultaneously measuring partial discharge and temperature is shown in FIG. 1. As shown in the figure, a conventional sensor has a pair of resistance temperature detectors (RTD) 20A, 20B disposed at minute intervals in an epoxy thin plate 10, and a connection portion connecting them ( 30) and signal lines 40A and 40B connected to one end of the RTD elements 20A and 20B to output signals detected by the RTD elements 20A and 20B and input a fine current signal. Here, the connection part 30 is made of the same material as the resistance temperature detecting element (20A, 20B).
그리고 회전자의 진동을 측정하기 위하여서는 베어링의 온도 혹은 진동을 측정할 수 있는 센서를 설치하는 것이 통상적인 방법이다. 또한 회전자 권선의 단락 및 단선을 측정하기 위해서 고정자 통풍구에 자속 센서를 별도로 설치하는 것이 일반적인 방법이다. 이 방법 이외에 고정자 입력 전류의 파형을 분석하여 회전자 권선의 단락 및 단선을 진단하는 방법이 있다.And in order to measure the vibration of the rotor, it is common to install a sensor that can measure the temperature or vibration of the bearing. In addition, in order to measure the short circuit and disconnection of the rotor winding, it is common to install a magnetic flux sensor separately in the stator vent. In addition to this method, there is a method of diagnosing a short circuit and disconnection of the rotor winding by analyzing a waveform of the stator input current.
회전기의 진단을 위하여 투입되는 비용과 운전 정지 시간을 최소화하기 위하여 온라인(on-line) 측정 기법이 보편화되고 있으나, 아직도 회전기 가격에 비하여 온라인 진단 기기가 상대적으로 고가이다. 따라서 회전기 사용자는 온라인 진단 기기의 설치를 기피하고 있는 실정이다. 또한 사용자는 전기적인 절연문제 뿐만 아니라 기계적인 진동 문제를 동시에 경제적으로 온라인 진단하는 것을 요구하고 있다.On-line measurement techniques are becoming common to minimize the cost and downtime of the rotor, but online diagnostic equipment is still relatively expensive relative to the cost of the rotor. Therefore, the user of the rotor is avoiding the installation of the online diagnostic device. In addition, users are required to economically diagnose not only electrical insulation problems but also mechanical vibration problems at the same time.
이와 같이 종래에는 회전기의 전기적인 진단과 기계적인 진단을 위하여 설치하여야 하는 센서가 너무 많고 각각의 측정 진단 기기도 별도로 설치하여야 하는 단점이 있었다. 이 경우에 회전기에 다양한 센서를 설치하기에는 너무 복잡하고 많은 경비 지출이 요구되고 있다. 또한 출력되는 신호선의 숫자도 많아 통합 제어실까지 모든 신호선의 연장 설치 작업에 경비와 시간이 많이 소요된다. 더구나 이 모든 신호를 진단하기 위한 측정 진단 기기의 종류도 다양하며 진단 기기의 운영에도 많은 경비와 인력 그리고 시간이 소요된다.As such, in the related art, there are too many sensors to be installed for electrical and mechanical diagnosis of the rotating machine, and each measurement diagnostic device has to be separately installed. In this case, it is too complicated and expensive to install various sensors in the rotor. In addition, the number of signal lines to be output is large, it takes a lot of time and money to extend the installation of all signal lines to the integrated control room. In addition, there are various types of measurement and diagnostic devices for diagnosing all these signals, and the operation of the diagnostic device is expensive, manpower and time consuming.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고압 회전기 진단에 소요되는 센서와 출력선의 인출을 단일화하여 고압 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전과, 온도 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 동시에 측정할 수 있는 고압 회전기의 온도, 부분 방전 및 자속 측정 겸용 센서를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and the partial discharge generated in the stator winding of the high pressure rotor, the temperature and the air gap are distributed by unifying the sensor and the output line for the high pressure rotor diagnosis. It is an object of the present invention to provide a sensor for measuring the temperature, partial discharge and magnetic flux of a high-pressure rotor capable of measuring the same time.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압 회전기의 온도, 부분 방전 및 자속 측정 겸용 센서는, 온도검출 소자와 자속측정 소자를 직렬로 접속하고 이 직렬 접속의 양단에 각각 신호선을 접속하며 상기 소자들을 에폭시 몰딩하여 구성한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the temperature, partial discharge, and magnetic flux measuring combined sensor of a high-voltage rotor according to a preferred embodiment of the present invention connects a temperature detecting element and a magnetic flux measuring element in series and signal lines respectively at both ends of the series connection. It is characterized in that the configuration by connecting the epoxy molding the elements.
상기와 같이 구성된 본 발명은 고압 회전기가 운전중인 상태에서 회전기의고정자 권선에서 발생되는 부분방전, 온도 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 동시에 측정할 수 있는 센서를 개발한 것이다. 기존에는 고정자 권선의 온도, 부분방전 그리고 진동을 별개의 센서로 측정하도록 되어 있었다. 본 발명에서는 온도, 부분 방전 그리고 공극에 분포되어 있는 자속을 측정함으로써 고정자 권선의 절연 진단과 회전자의 진동을 감시할 수 있으며 또한 회전자 권선의 단락 및 단선을 판단할 수 있게 된다. 따라서 1개의 센서로 온도, 부분 방전 그리고 공극의 자속을 동시에 측정함으로써 기존에 별도의 센서를 취부하는 방식에 비하여 경제성과 설치의 편리성을 확보할 수 있다.The present invention configured as described above has developed a sensor that can simultaneously measure the partial discharge, the temperature and the magnetic flux distributed in the air gap generated in the stator winding of the rotor while the high pressure rotor is in operation. Traditionally, the temperature, partial discharge and vibration of the stator windings were measured by separate sensors. In the present invention, by measuring the temperature, the partial discharge and the magnetic flux distributed in the air gap, the insulation diagnosis of the stator winding and the vibration of the rotor can be monitored, and the short circuit and disconnection of the rotor winding can be determined. Therefore, by measuring the temperature, partial discharge and the magnetic flux of the air gap at the same time with one sensor, it is possible to secure economy and convenience of installation compared to the conventional method of mounting a separate sensor.
도 1은 고정자 권선의 온도 및 부분방전의 동시 측정이 가능한 RTD(Resistance Temperature Detector) 형태의 기존 센서의 개략도,1 is a schematic diagram of an existing sensor in the form of resistance temperature detector (RTD) capable of simultaneously measuring the temperature and partial discharge of a stator winding;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a combined temperature, partial discharge and flux measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
10 : 에폭시 박판 20A,20B : 저항온도검출소자(RTD)10: epoxy thin plate 20A, 20B: resistance temperature detection element (RTD)
30 : 연결부 40A,40B : 신호선30: connection part 40A, 40B: signal line
50 : 서치 코일50: search coil
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압 회전기의 온도, 부분 방전 및 자속 측정 겸용 센서에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a sensor for measuring the temperature, partial discharge, and magnetic flux of the high-pressure rotor according to the preferred embodiment of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도, 부분방전 및 자속 측정 겸용 센서의 개략도로, 도 1의 종래예와 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 붙였다.Figure 2 is a schematic diagram of a combined temperature, partial discharge and magnetic flux measurement sensor according to an embodiment of the present invention, the same reference numerals are attached to the same parts as the conventional example of FIG.
동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 센서는 에폭시 박판(10)내에 소정 간격을 두고 배치된 한 쌍의 RTD소자(20A,20B)와, 이들 RTD소자(20A,20B)를 연결하는 연결부(30), 상기 RTD소자(10A,20B)와 직렬로 연결되어 자속 측정을 하기 위한 서치 코일(50) 및, 상기 한 쌍의 RTD소자(20A,20B)중 한쪽 RTD소자(20A)와 상기 서치 코일(50)에 각각 연결되어 상기 RTD 소자(20A,20B) 및 서치 코일에서 검출된 신호를 출력하고 또한 미세 전류신호를 입력하기 위한 신호선(40A,40B)으로 구성된다. 여기서, 상기 서치 코일(50)은 나선형으로 도시되어 있지만, 그 형상은 코일의 면적을 크게 할 수 있는 형상(예를 들면 직사각형 등)이면 어느 형상이라도 가능하다. 그리고, 상기 신호출력선(40A,40B)은 구리선으로 이루어지고, 상기 연결부(30)는 상기 저항온도검출소자(20A,20B)와 동일한 재질로 구성된다.As shown in the figure, the sensor of the present invention is a pair of RTD elements 20A, 20B disposed at a predetermined interval in the epoxy thin plate 10, and a connecting portion connecting these RTD elements 20A, 20B ( 30) a search coil 50 connected in series with the RTD elements 10A and 20B to measure magnetic flux, and one RTD element 20A and the search coil of the pair of RTD elements 20A and 20B. Respectively connected to 50, the signal lines 40A and 40B for outputting signals detected by the RTD elements 20A and 20B and the search coil and inputting a fine current signal. Here, the search coil 50 is shown in a helical shape, but the shape may be any shape as long as the shape of the coil can be enlarged (for example, rectangular). The signal output lines 40A and 40B are made of copper wires, and the connection part 30 is made of the same material as the resistance temperature detecting elements 20A and 20B.
상기한 본 발명에서 RTD 소자(20A,20B)는 백금으로 만들어져 있으며 온도가 상승하면 저항이 증가한다. 그리고 통상 미소 전류를 신호선(40A)을 통해서 외부에서 인가하도록 되어 있다. 따라서 이 변화되는 저항을 측정하기 위해서는 자속 측정을 위한 서치 코일(50)이 RTD소자(20A,20B)와 직렬로 연결되어야 한다. 또한, 서치 코일(50)에서 발생되는 신호의 크기가 RTD 소자(20A,20B)에서 발생되는 신호의 크기보다 작게 설계되어 온도 측정 시에 오차가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the RTD elements 20A and 20B are made of platinum, and the resistance increases as the temperature increases. Normally, a small current is applied externally through the signal line 40A. Therefore, in order to measure this changing resistance, the search coil 50 for measuring the magnetic flux must be connected in series with the RTD elements 20A and 20B. In addition, it is preferable that the magnitude of the signal generated by the search coil 50 is smaller than the magnitude of the signal generated by the RTD elements 20A and 20B so that an error does not occur during temperature measurement.
상기 RTD 소자(20A,20B)는 0℃에서 100 Ω을 유지하고 온도가 1℃ 상승시마다 0.385Ω의 저항이 증가하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 RTD 소자(20A,20B)에는 예를 들면 2 mA의 전류가 흐른다. 자속을 검출하는 서치 코일(50)에서 발생되는 신호의 크기는 예를 들면 약 10 mV 내외 (60 Hz) 정도로, RTD 소자(20A,20B)에서 발생되는 신호의 크기인 200 mV-300 mV (DC) 보다 작게 설계되어 온도 측정 시에 오차가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the RTD elements 20A and 20B maintain 100 Ω at 0 ° C and increase the resistance of 0.385Ω at every 1 ° C rise in temperature. In addition, for example, a current of 2 mA flows through the RTD elements 20A and 20B. The magnitude of the signal generated by the search coil 50 for detecting the magnetic flux is about 10 mV and around (60 Hz), for example, 200 mV-300 mV (DC) which is the magnitude of the signal generated by the RTD elements 20A and 20B. It is desirable to design smaller than) so that no error occurs during temperature measurement.
본 발명 센서의 출력선에서 세 가지 신호가 중첩된 파형이 출력되며, 이 세 가지 신호는 일정 신호 형태의 온도, 수 MHz 주파수 대역의 부분 방전 신호와 60 Hz - 수 KHz 주파수 대역의 자속 신호로 이루어져 있다. 이 중첩된 신호 파형을 아날로그 주파수 밴드 필터로 분리하여 온도, 부분 방전 그리고 자속의 측정이 모두 가능하도록 할 수 있다. 그러므로 본 발명 센서에 연결되는 측정 진단 기기도 일체형으로 제작이 가능하여 마이크로프로세서, 전원, 필터 등 측정 진단 기기의 모듈 제작에 사용되는 대부분의 부품을 공유할 수 있으므로 보다 경제적인 측정 진단 시스템의 개발이 가능하게 된다At the output line of the sensor of the present invention, a waveform in which three signals are superimposed is output, and these three signals are composed of a temperature in a constant signal form, a partial discharge signal in a few MHz frequency band, and a magnetic flux signal in a 60 Hz to several KHz frequency band have. This superimposed signal waveform can be separated by an analog frequency band filter to allow measurement of temperature, partial discharge and magnetic flux. Therefore, the measurement diagnostic device connected to the sensor of the present invention can also be manufactured integrally, so that most of the components used for module manufacturing of the measurement diagnostic device, such as a microprocessor, a power supply, and a filter, can be shared, so that a more economical measurement diagnostic system can be developed. Becomes possible
상기한 본 발명의 센서는 온도, 부분 방전 그리고 자속을 동시에 측정하여 회전기의 온라인 진단에 요구되는 세 가지 센서의 종류를 1개의 일체형 센서로 줄였다. 상기한 본 발명의 센서를 고압 회전기의 각 회전자에 설치하고 각각의 센서에서 출력되는 자속신호를 비교하여 자속신호의 변화(예를 들면 위상 변화)를 분석하면 각 회전자의 진동을 검출할 수 있다.The sensor of the present invention described above reduces the three types of sensors required for on-line diagnosis of the rotor to one integrated sensor by simultaneously measuring temperature, partial discharge and magnetic flux. When the sensor of the present invention is installed on each rotor of the high pressure rotor and the magnetic flux signals output from the respective sensors are compared and the change of the magnetic flux signal (for example, the phase change) is analyzed, the vibration of each rotor can be detected. have.
이에 따라 본 발명은 전기적 절연 문제와 기계적인 진동 문제를 동시에 진단할 수 있으며 센서 설치 시간 및 비용이 최소화 되도록 할 수 있다. 또한 본 발명의 일체형 센서로 인하여 온라인 측정 진단 기기의 일체화를 달성할 수 있다. 이에 따라 경제적인 회전기 온라인 진단 시스템의 구현이 가능하게 되어 온라인 진단 시스템이 확대 보급될 것으로 판단된다.Accordingly, the present invention can diagnose the electrical insulation problem and mechanical vibration problem at the same time, and can minimize the sensor installation time and cost. The integrated sensor of the present invention also enables the integration of on-line measurement diagnostic devices. As a result, it is possible to implement an economical online diagnosis system for the rotating machine, and thus, the online diagnosis system is expected to be widely spread.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be carried out by various modifications and variations within the scope not departing from the gist of the present invention, the technical idea that such modifications and variations are also applied to the following claims Should be regarded as belonging to
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고정자 권선의 절연 진단과 회전자의 진동을 감시할 수 있으며 또한 회전자 권선의 단락 및 단선을 판단할 수 있다. 따라서 1개의 센서로 온도, 부분 방전 그리고 공극의 자속을 동시에 측정함으로써 기존에 별도의 센서를 취부하는 방식에 비하여 경제성과 설치의 편리성을 확보할 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, the insulation diagnosis of the stator winding and the vibration of the rotor can be monitored, and a short circuit and disconnection of the rotor winding can be determined. Therefore, by measuring the temperature, partial discharge and the magnetic flux of the air gap at the same time with one sensor, it is possible to secure economy and convenience of installation compared to the conventional method of mounting a separate sensor.
또, 회전기의 온도, 부분방전 및 자속(진동) 진단에 소요되는 센서와 신호선을 단일화하여 측정 진단 기기의 통합을 위한 기반을 마련하고 경제적인 온라인 진단 시스템을 구축할 수 있게 된다.In addition, by unifying the sensors and signal lines for the temperature, partial discharge, and magnetic flux (vibration) diagnosis of the rotor, it is possible to lay the groundwork for the integration of measurement diagnostic devices and to build an economical online diagnosis system.
또한, 본 발명인 일체형 센서의 개발로 이를 측정할 수 있는 경제적인 일체형 진단 측정 기기가 개발되며, 현재의 온도 측정 기기도 일체화된 측정 진단 기기에 포함될 수 있게 된다.In addition, an economical integrated diagnostic measuring device capable of measuring the same is developed by the development of the integrated sensor of the present invention, and the current temperature measuring device may be included in the integrated measuring diagnostic device.
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|---|---|---|---|---|
| KR100928536B1 (en) * | 2002-12-23 | 2009-11-26 | 주식회사 포스코 | Synchronous generator rotor winding short circuit monitoring method |
| KR100952226B1 (en) * | 2007-11-21 | 2010-04-09 | 한국전기연구원 | Hybrid Measurement Sensor of Flux, Surge, and Temperature for On-line Condition Monitoring in Generator and Motor |
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| KR100952226B1 (en) * | 2007-11-21 | 2010-04-09 | 한국전기연구원 | Hybrid Measurement Sensor of Flux, Surge, and Temperature for On-line Condition Monitoring in Generator and Motor |
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| J2X1 | Appeal (before the patent court) |
Free format text: APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL |
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| J302 | Written judgement (patent court) |
Free format text: JUDGMENT (PATENT COURT) FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20080124 Effective date: 20081030 |