RU2472168C2 - Method of early detection of turn-to-turn short circuits and diagnostics of technical state of turbine generator rotor winding with determination of rotor current as per stator parameters - Google Patents
Method of early detection of turn-to-turn short circuits and diagnostics of technical state of turbine generator rotor winding with determination of rotor current as per stator parameters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472168C2 RU2472168C2 RU2011109443A RU2011109443A RU2472168C2 RU 2472168 C2 RU2472168 C2 RU 2472168C2 RU 2011109443 A RU2011109443 A RU 2011109443A RU 2011109443 A RU2011109443 A RU 2011109443A RU 2472168 C2 RU2472168 C2 RU 2472168C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- rotor
- stator
- winding
- mode
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 title abstract 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000004164 analytical calibration Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic Effects 0.000 description 1
- 244000052769 pathogens Species 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике эксплуатации турбогенераторов, предназначено для технического контроля состояния турбогенераторов (ТГ) и оборудования систем ТГ и может быть использовано для диагностирования турбогенераторов любой мощности.The invention relates to techniques for operating turbogenerators, is intended for technical monitoring of the condition of turbogenerators (TG) and equipment of TG systems, and can be used to diagnose turbogenerators of any power.
Опыт эксплуатации ТГ показывает, что недооценка опасности скрытых дефектов при их быстром развитии приводит к повреждениям ТГ и длительным восстановительным ремонтным работам.Operating experience of TG shows that underestimation of the danger of latent defects during their rapid development leads to damage to the TG and lengthy restoration work.
Возникновению и развитию таких дефектов ротора ТГ, в основном, способствуют:The occurrence and development of such defects of the TG rotor is mainly facilitated by:
- динамические нагрузки на вращающиеся части ТГ, температурные воздействия внутри корпуса ТГ, загрязнения: пыль, масло;- dynamic loads on the rotating parts of the TG, temperature effects inside the TG case, pollution: dust, oil;
- невозможность при работе ТГ непосредственного визуального или инструментального контроля и обнаружения на ранней стадии развивающего дефекта элемента ротора;- the impossibility during operation of the TG of direct visual or instrumental control and detection at an early stage of a developing defect of the rotor element;
- отсутствие возможности непосредственного измерения тока ротора ТГ в случае установки бесщеточной системы возбуждения на ТГ;- the inability to directly measure the current of the TG rotor in the case of installing a brushless excitation system on the TG;
- отсутствие автоматизированного непрерывного контроля и диагностирования сравнения и анализа текущих показаний различных датчиков прямого и косвенного измерения тока ротора, с расчетными значениями тока ротора.- lack of automated continuous monitoring and diagnosis of comparison and analysis of the current readings of various sensors of direct and indirect measurement of rotor current, with calculated values of the rotor current.
Под током ротора в данном случае подразумевается основной ток ротора - ток возбуждения ТГ, соответствующий исправному состоянию генератора. Известен способ диагностики и контроля витковых замыканий в роторе синхронной машины, заключающийся в использовании на входе измерительного вольтметра сигнала с установленного вблизи поверхности вращающегося ротора синхронной машины неподвижного индукционного датчика при подаче в обмотку ротора постоянного тока, отличающийся тем, что производят спектральный анализ электродвижущей силы, наведенной в индукционном датчике (патент РФ №2192649, ОАО «Электросила», дата публикации 10.11.2002). Недостатком способа является отсутствие заключения и отображения о количестве короткозамкнутых витков при появлении дефекта и необходимость перевода ТГ в режим холостого хода, по сигналу возможного виткового замыкания для анализа и сравнения кривых ЭДС, амплитуд и фаз спектральных составляющих с паспортными данными и определения степени тяжести аварии.In this case, the rotor current means the main rotor current — the TG excitation current, which corresponds to the working state of the generator. A known method for the diagnosis and control of winding circuits in the rotor of a synchronous machine, which consists in using a fixed induction sensor installed near the surface of a rotating rotor of a synchronous machine at the input of a measuring voltmeter when a DC rotor is fed into the winding, characterized in that they perform a spectral analysis of the electromotive force induced in the induction sensor (RF patent No. 2192649, OJSC Electrosila, publication date 10.11.2002). The disadvantage of this method is the lack of conclusions and displays on the number of short-circuited turns when a defect occurs and the need for the TG to go into idle mode, according to a signal of a possible short circuit for analysis and comparison of EMF curves, amplitudes and phases of spectral components with passport data and determining the severity of the accident.
Известен способ нахождения междувитковых замыканий в обмотках роторов при питании их переменным током (см. Гемке Р.Г. Неисправности электрических машин. Энергоатомиздат, Л., 1989, стр.182-185). Для турбогенераторов этот способ дает надежные результаты, если сняты бандажи и выведены междуполюсные и междукатушечные соединения, что означает практически разборку ротора и ведет к большим потерям времени и средств, поскольку при снятии бандажей возможен перегрев подбандажной изоляции и часто требуется ее замена. Во время вращения ротора этот способ применяется при установке вспомогательного контактного кольца и щетки.A known method of finding inter-turn faults in the windings of rotors when powered by alternating current (see Gemke R.G. Faults in electrical machines. Energoatomizdat, L., 1989, pp. 182-185). For turbine generators, this method gives reliable results if the bandages are removed and the interpolar and intercoil connections are removed, which means that the rotor is disassembled and leads to large losses of time and money, since removing the bandages can overheat the bandage insulation and often require replacement. During rotation of the rotor, this method is used when installing an auxiliary contact ring and brush.
Известен способ контроля витковых замыканий в роторе с помощью прибора типа ИВЗ (индикатор витковых замыканий), подобного выпускаемому фирмой "Парсонс" генератору, посылающему импульсы с крутизной фронта 75 нс (Wood J.W., Hindmarch R.T. Rotor winding short detection. // IEEE Proceedings. 1986. Vol.133, pt B, N 3. P.181-189). Сравнивая форму отраженных сигналов с калибровочными кривыми, делают заключение о наличии витковых замыканий в роторе. При истолковании полученных результатов возникают трудности ввиду неоднозначности качественного сравнения. Этот недостаток характерен и для других способов контроля витковых замыканий.There is a method of monitoring turn-in circuits in a rotor using an IVZ type device (turn-off indicator), similar to a generator manufactured by Parsons sending pulses with a steepness of the front of 75 ns (Wood JW, Hindmarch RT Rotor winding short detection. // IEEE Proceedings. 1986 Vol.133, pt B,
Известен способ контроля витковых замыканий в роторе с помощью выдвинутой в воздушный зазор из статора испытательной катушки, электродвижущая сила которой, наведенная полем ротора, подается на осциллограф, и по форме кривой делают заключение об отсутствии витковых замыканий в роторе (см. Алексеев А.Е., Костенко М.П. Турбогенераторы, ГЭИ, М. - Л., 1939, стр.201, 341). Этот способ нашел широкое применение. Например, половина турбогенераторов мощностью 500 и 660 МВт в Великобритании оснащена датчиками магнитного поля для обнаружения витковых замыканий в роторе (Jackson R.J., Roberts I.A., Thurston R.C., Worsfold J.H. Generator rotor monitoring in the United Kingdom. // CIGRE. 1986. Report 11-04, 8 p.). Недостатком этого способа является субъективность качественного заключения по форме кривой. Отсутствие количественных критериев приводит к неоднозначности выводов о наличии витковых замыканий в роторе.There is a method of controlling coil short circuits in the rotor by using a test coil extended into the air gap from the stator, the electromotive force of which is induced by the rotor field is supplied to the oscilloscope, and, based on the shape of the curve, make a conclusion about the absence of coil short circuits in the rotor (see A.E. Alekseev , Kostenko M.P. Turbogenerators, SEI, M. - L., 1939, p. 201, 341). This method has found wide application. For example, half of the 500 and 660 MW turbo generators in the UK are equipped with magnetic field sensors for detecting windings in the rotor (Jackson RJ, Roberts IA, Thurston RC, Worsfold JH Generator rotor monitoring in the United Kingdom. // CIGRE. 1986. Report 11- 04, 8 p.). The disadvantage of this method is the subjectivity of the qualitative conclusion of the shape of the curve. The lack of quantitative criteria leads to the ambiguity of the conclusions about the presence of coil closures in the rotor.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности оценки состояния ТГ путем использования математической модели электрических параметров ТГ в режиме реального времени, позволяющей выполнять на ранней стадии определение развивающихся дефектов обмотки ротора ТГThe technical result of the invention is to increase the reliability of the assessment of the state of the TG by using a mathematical model of the electrical parameters of the TG in real time, which allows you to carry out early detection of developing defects of the winding of the TG rotor
Способ раскрыт на примере выявления виткового замыкания в обмотке ротора, согласно структурной схеме расчета (фиг.2), с применением блок-схемы устройства (фиг.1).The method is disclosed by the example of detecting a winding in the rotor winding, according to the structural calculation scheme (Fig. 2), using a block diagram of the device (Fig. 1).
Сущность изобретения заключается в том, что по измеряемым одновременно текущим электрическим параметрам статора производится расчет эталонного тока ротора, соответствующего данному режиму работы, производится расчет количества короткозамкнутых витков в роторе и по началу появления количества короткозамкнутых витков, на ранней стадии выявляется дефект ротора в режиме нормальной эксплуатации ТГ. Это позволяет принять меры по предупреждению повреждения ротора.The essence of the invention lies in the fact that the measured current current parameters of the stator calculates the reference current of the rotor corresponding to this mode of operation, calculates the number of short-circuited turns in the rotor and at the beginning of the number of short-circuited turns, the rotor defect is detected at an early stage in normal operation TG. This allows you to take measures to prevent damage to the rotor.
Достигается технический результат за счет того, что предварительно в систему обработки данных устройства:A technical result is achieved due to the fact that previously in the device data processing system:
- заносятся в таблицу 1 фиг.4 для каждого ТГ заводские номинальные исходные данные и данные последних испытаний на нагревание, калибровочные данные индукционных датчиков тока ротора, расчетные данные тока ротора по нагрузочной характеристике возбудителя (для бесщеточной системы возбуждения):- the factory nominal initial data and data of the latest heating tests, calibration data of the induction rotor current sensors, calculated data of the rotor current according to the load characteristic of the pathogen (for brushless excitation system) are entered into table 1 of figure 4 for each TG:
Р - активная мощность, МВт,P - active power, MW,
Q - реактивная мощность, МВАр,Q - reactive power, MVAr,
U - напряжение, кВ,U is the voltage, kV,
f - частота тока, Гц,f is the current frequency, Hz,
Iрн - ток ротора номинальный,I rn - rated rotor current,
n - количество витков обмотки ротора,n is the number of turns of the rotor winding,
xd* ! - продольное переходное индуктивное сопротивление генератора,x d * ! - longitudinal transient inductive resistance of the generator,
r15 - сопротивление обмотки ротора постоянному току при температуре 15°C,r 15 - resistance of the rotor winding to direct current at a temperature of 15 ° C,
Ifa - расчетное значение тока реакции статора ТГ,I fa is the calculated value of the reaction current of the stator TG,
Ifk - значение тока возбуждения по ХКЗ, соответствующий номинальному току статора,I fk - value of the excitation current according to HKZ, corresponding to the rated current of the stator,
х.х.х. - характеристика холостого хода,h.kh.kh. - idle characteristic
х.к.з. - характеристика короткого замыкания,h.k.z. - short circuit characteristic,
- производят расчет дополнительных параметров, расчет номинального тока ротора, результаты расчета вносят в базу исходных данных устройства - в таблицу 1 фиг.4;- calculate additional parameters, calculate the rated current of the rotor, the calculation results are entered in the source data base of the device in table 1 of figure 4;
- измеряют электрические параметры текущего режима работы ТГ:- measure the electrical parameters of the current mode of operation of the TG:
Р - активная мощность, МВт, Q = реактивная мощность, МВАр, U - напряжение статора, кВ, f - частота тока, Гц, Iр изм - ток ротора А,P - active power, MW, Q = reactive power, MVAr, U - stator voltage, kV, f - current frequency, Hz, I p meas - rotor current A,
- рассчитывается текущий эталонный ток ротора IPЭ по математической модели фиг.3.- calculates the current reference current of the rotor I PE according to the mathematical model of figure 3.
Определяется количество короткозамкнутых витков по формуле:The number of short-circuited turns is determined by the formula:
гдеWhere
nкз - количество витков, которые замкнулись,n KZ - the number of turns that are closed,
n - общее количество витков обмотки ротора,n is the total number of turns of the rotor winding,
IРЭ - эталонный ток ротора (т.е. рассчитанный по параметрам статора),I RE - reference current of the rotor (i.e. calculated according to the stator parameters),
IP изм - ток ротора, измеренный в текущем режиме.I P ISM - rotor current measured in the current mode.
При наличии короткозамкнутых витков nкз≥1 (более одного витка) срабатывает сигнализация, что свидетельствует о начале повреждения в обмотке ротора.In the presence of short-circuited turns n kz ≥1 (more than one turn), an alarm is triggered, which indicates the onset of damage in the rotor winding.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 - блок-схема устройства, позволяющего реализовать способ выявления виткового замыкания в обмотке ротора по результатам сравнения расчетного эталонного и измеренного значений тока ротора и расчета короткозамкнутых витков в роторе при текущей электрической нагрузке, и их изменений.Figure 1 is a block diagram of a device that allows you to implement a method for detecting a winding circuit in the rotor winding by comparing the calculated reference and measured values of the rotor current and calculating the short-circuited turns in the rotor at the current electric load, and their changes.
Фиг.2 - структурная схема расчета эталонного тока ротора.Figure 2 is a structural diagram of the calculation of the reference current of the rotor.
Фиг.3 - математическая модель расчета IPЭ и nкз.Figure 3 is a mathematical model for calculating I RE and n KZ .
Фиг.4 - таблица 1, которая содержит заводские исходные данные и данные последних испытаний на нагревание, дополнительные расчетные данные.Figure 4 - table 1, which contains the factory source data and data of the latest heating tests, additional calculated data.
Фиг.5 - поясняющая диаграмма Потье.5 is an explanatory diagram of Potier.
Фиг.6-9 - XXX и ХКЗ с таблицами данных, полиномы уравнений XXX.6-9 - XXX and HKZ with data tables, polynomials of equations XXX.
Фиг.10 - полином уравнения зависимости корректирующего коэффициента kp=f(Ep) от ЭДС Ер по результатам тепловых испытаний.Figure 10 is a polynomial of the equation of the dependence of the correction coefficient k p = f (E p ) from the EMF E r according to the results of thermal tests.
Устройство содержит:The device contains:
Блок 1 обработки параметров теплового состояния генератора для j-го режима текущей нагрузки.
Датчики температуры 2.
Датчики тока и напряжения 3.Current and
Блок 4 обработки электрических параметров и расчета S, Ic, cosφ, sinφ, для j-го режима текущей нагрузки.
Блок 5 обработки исходных, дополнительно расчетных данных и обработанных данных текущего режима ТГ, поступающих с блоков 1 и 4 для расчета эталонного тока ротора и количества короткозамкнутых витков.
Блок 6 отображения параметров технического состояния генератора на экране монитора.
Блок 7 индикации.Block 7 indication.
В качестве примера приведен рассчитываемый эталонный ток ротора ТГ типа ТВВ-500-2УЗ по структурной схеме расчета фиг.2:As an example, the calculated reference current of the rotor TG type TVV-500-2UZ according to the structural diagram of the calculation of figure 2:
Предварительно определяется эталонный расчетный ток ротора и коэффициенты приведения параметров статора к обмотке возбуждения ротора при номинальных параметрах статора.The reference design current of the rotor and the coefficients of bringing the stator parameters to the rotor field winding at nominal stator parameters are preliminarily determined.
Номинальные данные:Rating data:
Р = 500 МВт, Q = 310 MBAp, Uc = 20 кВ, Cosφ=0,85, f = 50 Гц, n=126 витков, Ifa = 2310 A, Ifк = 2550 A, xd* !=0,355, Iрн=3530A - расчетное значение номинального тока ротора.P = 500 MW, Q = 310 MBAp, U c = 20 kV, Cosφ = 0.85, f = 50 Hz, n = 126 turns, I fa = 2310 A, I fk = 2550 A, x d * ! = 0,355, I pH = 3530A - the nominal design value of the rotor current.
Рассчитывается полная мощность S по формуле:The total power S is calculated by the formula:
, ,
где S - полная мощность,where S is the total power,
- вычисляется поправочный коэффициент kf, учитывающий изменение падения напряжения на расчетном индуктивном сопротивлении рассеивания Потье xp при отклонении текущей частоты fT от номинальной, равной 50 Гц, по формуле:- the correction factor k f is calculated taking into account the change in voltage drop at the calculated inductive resistance of the Potje dispersion x p when the current frequency f T deviates from the nominal frequency equal to 50 Hz, according to the formula:
, ,
kf=50/50=1,k f = 50/50 = 1,
- рассчитывается ток статора по формуле Ic.- the stator current is calculated by the formula I c .
- определяется sinφ угла сдвига фаз между напряжением Uc и током Ic по формуле:- determined by the sinφ of the phase angle between the voltage U c and current I c according to the formula:
, ,
sinφ=(1-0,852))^0,5=0,5268sinφ = (1-0.85 2 )) ^ 0.5 = 0.5268
- определяется xp* - расчетное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря, по формуле:- determined by x p * is the calculated inductive resistance of the scattering of the armature winding, according to the formula:
, ,
xp*=0,81972*0,355=0,291x p * = 0.81972 * 0.355 = 0.291
- определяется xp в именованных единицах по формуле:- determined by x p in named units by the formula:
x p = 0,355*0,81972*20/ √3 * 1 7 = 0,19766 Ом; x p = 0.355 * 0.81972 * 20 / √3 * 1 7 = 0.19766 Ohms;
- определяется ΔUXp падение напряжения на xp по формуле:- determined by ΔU Xp voltage drop at x p according to the formula:
, ,
ΔUXp=√3*17*0,19766*1=5,82 кВ;ΔU Xp = √3 * 17 * 0.19766 * 1 = 5.82 kV;
- определяется по исходным данным составляющая тока возбуждения Ifsн, индуктирующая электродвижущую силу ЭДС рассеивания, пропорциональная и равная падению напряжения ΔUXp на индуктивном сопротивлении Потье,- is determined from the source data, the component of the excitation current I fsн , inducing the electromotive force of the dispersion EMF, proportional to and equal to the voltage drop ΔU Xp on the inductive resistance Potier,
I fsн = 2550-2310 = 240 A I fsn = 2550-2310 = 240 A
- определяется по начальной прямолинейной части XXX (поясняющая диаграмма Потье фиг.5, XXX для ТВВ-500-2УЗ фиг.7) коэффициент ks - приведения намагничивающей силы рассеивания или тока рассеяния статора к обмотке возбуждения и соответствующий току ротора Ifsн для создания падения напряжения ΔUXp, в режиме короткого замыкания при токе статора, равном номинальному току Iсн по формуле:- is determined by the initial rectilinear part XXX (explanatory Potier diagram of Fig. 5, XXX for TVB-500-2UZ of Fig. 7) coefficient k s - reduction of the magnetizing dissipation force or stator dissipation current to the field winding and corresponding to the rotor current I fsн to create a drop voltage ΔU Xp , in the short circuit mode with a stator current equal to the rated current I sn according to the formula:
, ,
ks=√3*17*0,19766/0,240=24,25 кВ/кАk s = √3 * 17 * 0.19766 / 0.240 = 24.25 kV / kA
- определяется по ХКЗ (фиг.5, фиг.7) коэффициент kβ - приведения полной намагничивающей силы или номинального тока статора к обмотке возбуждения в режиме короткого замыкания по формуле:- is determined by HKZ (Fig. 5, Fig. 7) the coefficient k β is the reduction of the total magnetizing force or the rated stator current to the field winding in the short-circuit mode according to the formula:
kβ=17/2,55=6,6666k β = 17 / 2.55 = 6.6666
- определяют по XXX и ХКЗ (фиг.5, фиг.7) коэффициент ka - приведения намагничивающей силы или тока реакции статора к обмотке возбуждения в режиме короткого замыкания по формуле:- determine by XXX and HKZ (Fig.5, Fig.7) the coefficient k a - bringing the magnetizing force or the stator reaction current to the field winding in the short circuit mode according to the formula:
ka=(24,25-√3*0,19766*6,6666)/24,25*6,6666=0,1359;k a = (24.25-√3 * 0.19766 * 6.6666) / 24.25 * 6.6666 = 0.1359;
- определяется результирующая электродвижущая сила ЭДС ЕP по векторной диаграмме напряжений генератора (фиг.5) и по формуле:- determines the resulting electromotive force EMF E P according to the vector diagram of the voltage of the generator (figure 5) and the formula:
- определяется sin(γ+φ) - угла между векторами EP и IC по формуле:- determined by sin (γ + φ) - the angle between the vectors E P and I C according to the formula:
sin(γ+φ)=(5,8+20*0,5268)/23,59=0,693sin (γ + φ) = (5.8 + 20 * 0.5268) / 23.59 = 0.693
- определяется cos(γ+φ+90°) - угла между составляющими тока ротора по совмещенной диаграмме напряжений и диаграмме намагничивающих сил генератора (по диаграмме Потье фиг.5) по формуле:- determined by cos (γ + φ + 90 °) - the angle between the components of the rotor current according to the combined voltage diagram and the diagram of the magnetizing forces of the generator (according to the Potier diagram of figure 5) according to the formula:
- после этого производится экстраполяция XXX ТГ зависимости If=f(U) для получения полинома:- after this, XXX TG is extrapolated according to the dependence I f = f (U) to obtain a polynomial:
гдеWhere
а 0-a n - коэффициенты полинома. and 0 - a n are the coefficients of the polynomial.
В режиме холостого хода E=U и ток ротора Ifrj для j-го режима определяется по соответствующей этому току, результирующей ЭДС Epj. Подставив в (16) полученные при экстраполяции XXX коэффициенты полинома, уравнение полинома для конкретного генератора принимает вид:In idle mode E = U and the rotor current I frj for the j-th mode is determined by the corresponding current, the resulting EMF E pj . Substituting in (16) the coefficients of the polynomial obtained by extrapolating XXX, the polynomial equation for a particular generator takes the form:
Ifrj=-623567,89+183460*Ерj-22434,1*Ерj^2+1460,4*Еpj^3-53,346*Ерj^4+1,0363*Epj^5-0,0083576*Epj^6,I frj = -623567.89 + 183460 * Е рj -22434.1 * Е рj ^ 2 + 1460.4 * Е pj ^ 3-53.346 * Е рj ^ 4 + 1.0363 * E pj ^ 5-0.0083576 * E pj ^ 6,
- определяется ток возбуждения Ifrн, по соответствующей этому току результирующей ЭДС Ер=23,59 для номинального режима:- the excitation current I frn is determined, according to the resulting current EMF E p = 23.59 for the nominal mode:
Ifrн=-623567,89+183460*23,59-22434,1*23,59^2+1460,4*23,59^3-53,346*23,59^4+1,0363*23,59^5-0,0083576*23,59^6=1,511 кАI frn = -623567.89 + 183460 * 23.59-22434.1 * 23.59 ^ 2 + 1460.4 * 23.59 ^ 3-53.346 * 23.59 ^ 4 + 1.0363 * 23.59 ^ 5-0.0083576 * 23.59 ^ 6 = 1.511 kA
- определяется расчетный номинальный ток ротора Ifн по диаграмме намагничивающих сил генератора фиг.5 по формуле:- determined by the rated rated current of the rotor I fn according to the diagram of the magnetizing forces of the generator of figure 5 according to the formula:
Полученные дополнительные расчетные данные ks, ka, полиномы с рассчитанными коэффициентами имеют для каждого конкретного генератора вполне определенные значения и вносятся в базу данных блока 5 устройства, таблицу 1 - «Заводские исходные данные, дополнительно, рассчитанные данные и данные последних испытаний на нагревание» (фиг.4). Аналогично рассчитываются параметры и для остальных типов ТГ.The obtained additional calculated data k s , k a , polynomials with calculated coefficients have well-defined values for each specific generator and are entered into the database of
Далее с помощью устройства фиг.1 рассчитывается эталонный ток ротора в режимах, различных от номинального режима, с использованием математической модели фиг.3 и данных таблицы 1 (фиг.4). Для примера приведен расчет для ТГ типа ТВВ-500-2УЗ:Next, using the device of figure 1, the reference rotor current is calculated in modes different from the nominal mode, using the mathematical model of figure 3 and the data of table 1 (figure 4). For example, the calculation for the TG type TVV-500-2UZ:
Режим ТГ типа ТВВ-500-2УЗ:TG mode type TVV-500-2UZ:
Р=304 МВт, Q=12 МВАр, Uc=19,90 кВ, f = 50 Гц, Ip=1784 А - измеренный ток ротора.P = 304 MW, Q = 12 MVAr, U c = 19.90 kV, f = 50 Hz, I p = 1784 A is the measured rotor current.
Датчики тока и напряжения 3 устройства измеряют соответственно ток, протекающий по обмотке статора, и напряжение статора, активную и реактивную мощность, частоту в энергосистеме, датчик тока ротора измеряет соответственно ток, протекающий по обмотке ротора. Сигналы, несущие информацию о величине тока и напряжения статора, активной и реактивной мощности, поступает на вход блока 4, который вычисляет:Current and
- текущее значение полной мощности;- current value of apparent power;
; ;
- ток статора;- stator current;
- коэффициент, определяемый по формуле (3)- coefficient determined by the formula (3)
kf=50/50=1;k f = 50/50 = 1;
- cosφ - угла сдвига фаз между током и напряжением по формуле:- cosφ - phase angle between current and voltage according to the formula:
- sinφ - угла сдвига фаз между током и напряжением по формуле (5)- sinφ - phase angle between current and voltage according to the formula (5)
sinφ=(1-cosφ2)^0,5sinφ = (1-cosφ 2 ) ^ 0.5
sinφ=(1-0,99672)^0,5=0,041.sinφ = (1-0.9967 2 ) ^ 0.5 = 0.041.
Далее, сигналы, несущие информацию о величине измеренного тока ротора и результатов расчетов, полученных в блоке 4, поступают в блок 5 - расчета эталонного тока ротора IfЭ при текущей нагрузке и определения количества короткозамкнутых витков nкз в роторе.Further, signals carrying information about the magnitude of the measured rotor current and the calculation results obtained in
В блоке 5, по данным, поступившим с блока 4, по исходным и рассчитанным для номинального режима дополнительным параметрам, при наличии сигнала с блока 1 в блок 5, об установившемся тепловом режиме генератора, определяется базовый ток ротора, рассчитывается количество короткозамкнутых витков по формуле (1). Для этого в блоке 5 предварительно рассчитывается:In
- падение напряжения на индуктивном сопротивлении Потье ΔUXp при полученном расчетном текущем токе статора Ic по формуле:- voltage drop across the inductive resistance Potier ΔU Xp at the calculated current value of the stator current I c according to the formula:
, ,
гдеWhere
Ifsн - ток возбуждения для создания ЭДС рассеяния в режиме короткого замыкания при токе статора, равном номинальному - Iн, определенный по формуле (9),I fsn - the excitation current to create EMF scattering in the short circuit mode with a stator current equal to the nominal - I n determined by the formula (9),
ks - коэффициент приведения намагничивающей силы или тока рассеяния статора к обмотке возбуждения в режиме короткого замыкания при токе статора, равном Iн, определенный по формуле (10),k s is the coefficient of reduction of the magnetizing force or stator dissipation current to the field winding in the short-circuit mode at a stator current of I n , determined by the formula (10),
kf - коэффициент, учитывающий отклонение частоты, определяемый в текущем режиме по формуле (3)k f - coefficient taking into account the frequency deviation, determined in the current mode by the formula (3)
ΔUXp=0,240*24,25*1*8,849/17=3,029 кВΔU Xp = 0.240 * 24.25 * 1 * 8.849 / 17 = 3.029 kV
- ток реакции статора Ifa при токе Iс по формуле:- stator reaction current I fa at current I s according to the formula:
, ,
гдеWhere
ka - коэффициент приведения намагничивающей силы или тока реакции статора к обмотке возбуждения в режиме короткого замыкания при токе статора, равном номинальному, определенный по формуле (12),k a is the coefficient of reduction of the magnetizing force or the stator reaction current to the field winding in the short circuit mode at a stator current equal to the nominal one, determined by the formula (12),
Ifa=8,849*0,1359=1,202 кА;I fa = 8.849 * 0.1359 = 1.202 kA;
- результирующая электродвижущая сила ЭДС генератора по формуле (13),- the resulting electromotive force of the EMF of the generator according to the formula (13),
-sin(γ+φ) - угла между векторами ЕР и IС по формуле (14),-sin (γ + φ) - the angle between the vectors Е Р and I С according to the formula (14),
sin(γ+φ)=(3,029+19,9*0,5268)/20,256=0,190;sin (γ + φ) = (3.029 + 19.9 * 0.5268) / 20.256 = 0.190;
-cos(γ+φ+90°) - угла между составляющими тока ротора по формуле (15):-cos (γ + φ + 90 °) - the angle between the components of the rotor current according to the formula (15):
cos(γ+φ+90°)=-sin(γ+φ)=-0,190;cos (γ + φ + 90 °) = - sin (γ + φ) = - 0.190;
- определяется составляющая расчетного тока ротора, для создания результирующей ЭДС Ер=20,256 кВ по формуле (16):- the component of the calculated rotor current is determined to create the resulting EMF E p = 20,256 kV according to the formula (16):
Ifp=-623567,89+183460*20,256-22434,1*20,256^2+1460,4*20,256^3-53,346*20,256^4+1,0363*20,256^5-0,0083576*20,256^6=1,127 кА.I fp = -623567.89 + 183460 * 20.256-22434.1 * 20.256 ^ 2 + 1460.4 * 20.256 ^ 3-53.346 * 20.256 ^ 4 + 1.0363 * 20.256 ^ 5-0.0083576 * 20.256 ^ 6 = 1.127 kA.
По рассчитанным Ifa, Ifp определяется расчетный ток If по формуле (17);According to the calculated I fa , I fp , the calculated current I f is determined by the formula (17);
- определяется корректирующий коэффициент kp, учитывающий статистическое изменение синхронного индуктивного сопротивления обмотки статора xd при изменении значения результирующей ЭДС Ерн=23,59 кВ для номинального режима, до значения результирующей ЭДС Epj=20,256 кВ j-го текущего режима, которое соответствует реальному состоянию насыщения магнитной цепи в данном режиме работы по графику зависимости kpj=f(Epj), полинома исходной базовой характеристики (фиг.4 таблица1), полученной при проведении испытаний на нагревание, когда генератор считается заведомо исправным, по формуле:- is determined by the correction coefficient k p, taking into account statistical variation synchronous inductive resistance of the stator windings x d when the value of the resultant emf E rn = 23.59 kW for rated operation to the value of the resultant emf E pj = 20,256 kW j-th current mode, which corresponds to the actual state of saturation of the magnetic circuit in this mode of operation by plotting k pj = f (E pj) , the source base characteristic polynomial (4 table1) obtained in tests on heat when the generator is deemed known to be working, according to the formula:
а 0-a n - коэффициенты полинома для конкретного генератора, and 0 - a n are the polynomial coefficients for a particular generator,
kp=1,678*10^-8+1,224*10^-4*20256-4,749*10^-9*20256^2+5,742*10^-14*20256^3=1,008k p = 1.678 * 10 ^ -8 + 1.224 * 10 ^ -4 * 20256-4.749 * 10 ^ -9 * 20256 ^ 2 + 5.742 * 10 ^ -14 * 20256 ^ 3 = 1.008
- определяется эталонный ток ротора с учетом kp по формуле:- the reference rotor current is determined taking into account k p according to the formula:
IРЭ=1,798/1,008=1,784 кАI RE = 1,798 / 1,008 = 1,784 kA
- определяется количество короткозамкнутых витков по формуле (1)- the number of short-circuited turns is determined by the formula (1)
nкз=n(1-IРЭ/IP изм)=126(1-1,784/1,784)=0 витковn short = n (1-I RE / I P rev ) = 126 (1-1.784 / 1.784) = 0 turns
Сигналы, несущие информацию с выходов блоков 1, 2, 3, 4 и 5, поступают на соответствующие входы блока 6 отображения параметров технического состояния генератора на экране монитора.The signals that carry information from the outputs of
Сигнал с выхода блока 5, несущий информацию о величине nкз, поступает на вход блока 7 отображения индикации сигнала, который осуществляет контроль параметра nкз в интервале 0<nкз<1.The signal from the output of
В случае, когда количество короткозамкнутых витков nкз превышает более 1-го витка, блок 7 отображает сигнал о появлении дефекта в роторе генератора.In the case when the number of short-circuited turns n kz exceeds more than 1 turn, block 7 displays a signal about the appearance of a defect in the rotor of the generator.
Предложенный способ отличается простотой, дает однозначные выводы о наличии витковых замыканий в роторе, не требует дополнительного изменения конструкции ТГ, установки дополнительных измерительных приборов.The proposed method is simple, gives unambiguous conclusions about the presence of turns in the rotor, does not require additional changes in the design of the TG, the installation of additional measuring instruments.
Claims (3)
nкз=n(1-IРЭ/IP изм),
где nкз - количество витков, которые замкнулись;
n - общее количество витков обмотки ротора;
IРЭ - эталонный ток ротора (т.е., рассчитанный по параметрам статора);
IP изм - ток ротора измеренный,
судят о начале повреждения в обмотке ротора при наличии короткозамкнутых витков nкз≥1.1. A method for early detection of coil faults and diagnosing the technical condition of the turbogenerator rotor winding with determining the rotor current by the stator parameters, which consists in the fact that preliminary initial data for a specific generator are previously determined from the initial nominal factory data, the stator electrical parameters are measured in the steady-state thermal mode of the generator measure the rotor current if it is possible to directly measure the rotor current, and if not, with a brushless system excitation - by other indirect methods, at a given moment of time corresponding to a given TG operating mode, the rotor reference current is calculated and the number of short-circuited turns is determined from the measured and calculated reference values of the rotor current by the formula
n KZ = n (1-I RE / I P ISM ),
where n KZ - the number of turns that are closed;
n is the total number of turns of the rotor winding;
I RE - reference current of the rotor (i.e., calculated according to the stator parameters);
I P ISM - rotor current measured,
judge the onset of damage in the rotor winding in the presence of short-circuited turns n kz ≥1.
ks=√3·Iсн·хр/Ifsн;
kβ=Iсн/Ifк;
ka=(ks-√3·xp·kβ)/ks·kβ,
где ks - коэффициент приведения тока рассеяния статора к обмотке возбуждения в режиме короткого замыкания;
kβ - коэффициент приведения номинального тока статора к обмотке возбуждения в режиме короткого замыкания;
ka - коэффициент приведения тока реакции статора к обмотке возбуждения в режиме короткого замыкания;
Iсн - номинальный ток статора;
Ifsн - ток возбуждения для создания ЭДС рассеяния в режиме короткого замыкания при токе статора, равном номинальному;
Ifк - ток возбуждения при коротком замыкании, соответствующий номинальному току статора;
xp - индуктивное сопротивление рассеивания Потье.2. The method according to claim 1, characterized in that the coefficients of bringing the stator parameters to the field winding are determined from the initial nominal factory data, the idling characteristic and the short circuit characteristic, which have specific values for each particular generator, for calculating the reference current in all modes according to the formulas
k s = √3 · I sn · x p / I fsн ;
k β = I cn / I fc ;
k a = (k s -√3 · x p · k β ) / k s · k β ,
where k s is the coefficient of reduction of the stator scattering current to the field winding in the short circuit mode;
k β is the coefficient of reduction of the rated current of the stator to the field winding in the short circuit mode;
k a is the coefficient of reduction of the stator reaction current to the field winding in the short circuit mode;
I sn - rated current of the stator;
I fsn is the excitation current for creating EMF scattering in the short circuit mode at a stator current equal to the nominal;
I fк - field current during short circuit, corresponding to the rated current of the stator;
x p is the inductive dissipation of Potier.
IРЭj=Ifj/kpj,
где kpj - корректирующий коэффициент для j-го режима испытаний на нагревание, определенный по полиному исходной базовой характеристики, полученной при проведении испытаний на нагревание, когда генератор считается заведомо исправным, по формуле
kpj=a0+a1·Epj+a2·Epj 2+…+an·Epj n,
где kpj - корректирующий коэффициент, учитывающий изменение синхронного индуктивного сопротивления обмотки статора xd, которое соответствует реальному состоянию насыщения магнитной цепи в j-м текущем режиме работы;
Epj - результирующая ЭДС для j-го текущего режима работы;
a0-an - коэффициенты полинома для конкретного генератора. 3. The method according to claim 1, characterized in that the reference rotor current I REj is calculated for the j-th current mode with the correction of the rated current according to the stator parameters I fj by the coefficient k pj according to the formula
I REj = I fj / k pj ,
where k pj is the correction coefficient for the j-th heating test mode, determined by the polynomial of the initial basic characteristic obtained during the heating test, when the generator is considered to be known to be working, according to the formula
k pj = a 0 + a 1 · E pj + a 2 · E pj 2 + ... + a n · E pj n ,
where k pj is a correction coefficient that takes into account the change in the synchronous inductive resistance of the stator winding x d , which corresponds to the actual saturation state of the magnetic circuit in the j-th current mode of operation;
E pj - resulting EMF for the j-th current operating mode;
a 0 -a n - polynomial coefficients for a particular generator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109443A RU2472168C2 (en) | 2011-03-15 | Method of early detection of turn-to-turn short circuits and diagnostics of technical state of turbine generator rotor winding with determination of rotor current as per stator parameters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109443A RU2472168C2 (en) | 2011-03-15 | Method of early detection of turn-to-turn short circuits and diagnostics of technical state of turbine generator rotor winding with determination of rotor current as per stator parameters |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011109443A RU2011109443A (en) | 2012-09-20 |
RU2472168C2 true RU2472168C2 (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2623696C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-06-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Way and generator rotor current measuring device with the brushless excitation |
RU2629708C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-08-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for diagnosing turn faults in rotor winding of synchronous generator |
RU2681266C2 (en) * | 2017-05-15 | 2019-03-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for detection of locks between electric machine threads, determination of the share of closed turns and re-voltage of phases |
RU2687987C2 (en) * | 2016-05-11 | 2019-05-17 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of early detection of interturn circuit in the winding of a working electric machine |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2623696C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-06-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Way and generator rotor current measuring device with the brushless excitation |
RU2687987C2 (en) * | 2016-05-11 | 2019-05-17 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of early detection of interturn circuit in the winding of a working electric machine |
RU2629708C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-08-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for diagnosing turn faults in rotor winding of synchronous generator |
RU2681266C2 (en) * | 2017-05-15 | 2019-03-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for detection of locks between electric machine threads, determination of the share of closed turns and re-voltage of phases |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tallam et al. | A survey of methods for detection of stator-related faults in induction machines | |
Drif et al. | Stator fault diagnostics in squirrel cage three-phase induction motor drives using the instantaneous active and reactive power signature analyses | |
Grubic et al. | A survey on testing and monitoring methods for stator insulation systems of low-voltage induction machines focusing on turn insulation problems | |
Mirafzal et al. | On innovative methods of induction motor inter-turn and broken-bar fault diagnostics | |
US9261562B2 (en) | Portable system for immotive multiphasic motive force electrical machine testing | |
Lee et al. | A new strategy for condition monitoring of adjustable speed induction machine drive systems | |
CN206975158U (en) | A kind of detection means of generator rotor interturn short-circuit situation | |
Baranski et al. | Selected diagnostic methods of electrical machines operating in industrial conditions | |
Stojčić et al. | Detecting faults in doubly fed induction generator by rotor side transient current measurement | |
Ahmed et al. | Detection of eccentricity faults in machine usingfrequency spectrum technique | |
Melero et al. | Study of an induction motor working under stator winding inter-turn short circuit condition | |
Grubic et al. | A survey of testing and monitoring methods for stator insulation systems in induction machines | |
Blanquez et al. | New fault-resistance estimation algorithm for rotor-winding ground-fault online location in synchronous machines with static excitation | |
Deeb et al. | Three-phase induction motor short circuits fault diagnosis using MCSA and NSC | |
RU2537744C1 (en) | Method of diagnostics of induction motor stator windings insulation | |
Ehya et al. | Pattern recognition of inter-turn short circuit fault in wound field synchronous generator via stray flux monitoring | |
RU2544267C1 (en) | Single-phase ground short circuit detection adapting method | |
Dongare et al. | Online Inter-Turn Fault Detection in Wound Rotor Induction Motors Based on VI Loci Pattern | |
Sobczyk et al. | Characteristic features of rotor bar current frequency spectrum in cage induction machine with inner faults | |
RU2425390C1 (en) | Method to diagnose and assess residual resource of ac electric drives | |
Doorsamy et al. | Multiple fault diagnosis on a synchronous 2 pole generator using shaft and flux probe signals | |
Li et al. | Simulation study on interturn short circuit of rotor windings in generator by RSO method | |
Pardo et al. | Detection and location of a ground-fault in the excitation circuit of a 106 MVA synchronous generator by a new on-line method | |
Hamatwi et al. | Development of a Test Rig for Fault Studies on a scaled-down DFIG | |
RU2472168C2 (en) | Method of early detection of turn-to-turn short circuits and diagnostics of technical state of turbine generator rotor winding with determination of rotor current as per stator parameters |