SU951571A1 - Устройство дл контрол витковых замыканий в обмотке ротора электрической машины - Google Patents

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к устройствам для контроля витковых замыканий в роторах неявнополюсных синхронных машин, например турбогенераторов.

С повышением единичной мощности тур-^{1 * * * 5} богенераторов существенно возрастает величина тока возбуждения. Это особенно характерно для машин с водяным охлаждением обмотки ротора, в которых копи- ₁₀ чество витков в обмотке ротора ограничено числом водоподводов, паянных соединений и пр. Увеличение тока в обмотке возбуждения приводит к тому, что при возникновении виткового замыкания послед·]₅ нее может быстро перерасти в замыкание на корпус, привести к'повреждению бандажного кольца или ротора. Кроме того, появление даже одиночного виткового замыкания существенно ухудшает вибрацион-20 ное состояние турбоагрегата из^-за появления тепловой несимметрии в роторе. Это требует решения проблемы создания надежного и эффективного устройства дпя контроля и защиты обмотки ротора от витковых замыканий, а также для применения его в эксплуатационных условиях, в автоматических схемах контроля и защиты турбогенератора.

Известно устройство контроля витко, вых замыканий в обмотке ротора, осно- , ванное на измерении постоянной составляющей магнитного поля рассеяния, пронизывающего вал ротора в аксиальном направлении ti].

Однако это устройство позволяет лишь выявить факт виткового замыкания, но не дает возможности определить, в каком месте обмотки оно произошло.

Известно также устройство для контроля витковых и других замыканий в обмотке ротора, включающее две катушки, расположенные в воздушном зазоре на зубцах статора, электрически соединенные со средствами измерения четных гармоник магнитного потока, пронизывающего катушки £2].

3.

Недостатком устройства является то, что появление четных гармоник может быть обусловлено не только витковыми замыканиями, но и несимметрией результирующего магнитного поля из-за насыщения отдельных участков магнитной цепи, что приведет к ложному срабатыванию. Кроме того, устройство обладает недостаточной глубиной поиска дефекта, не может дать информацию о том, в какой ка~ тушке обмотки произошло витковое замыкание. '

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля ВИТКОВЫХ замыканий в обмотке ротора электрической машины, например турбогенератора, содержащее датчик магнитной индукции, установленный в воздушном зазоре машины вблизи поверхности ротора, подключенный к блоку индикации и к одному из входов блока дешифрации, блок измерения углового положения ротора, подсоединенный к первому входу двоичного, счетчика, выход которого соединен со вторым входом блока дешифрации, при этом выход последнего подключен к исполнительному органу защиты £3].

Однако известное устройство обладает недостаточной точностью, так как фиксирует абсолютное изменение уровня индукции над ротором, а не его относительное изменение в зависимости от наличия дефектов.

Цепь изобретения - повышение точности фиксации дефекта.

Для реализации поставленной цепи устройство снабжено вторым датчиком магнитной индукции и блоком формирования импульсов, второй датчик магнитной индукции смещен относительно первого по расточке машины на угол р Jl эл« радиан (где р - целое число пар полюсов), датчики включены последовательно — согласно, при этом второй датчик магнитной индукции через блок формирования импульсов подсоединен ко второму входу двоичного счетчика.

Кроме того, параллельно, по крайней мере, к одному из датчиков магнитной индукции может быть подключен блок коррекции сигнала по амплитуде и фазе.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на' фиг. 2 - развертка части активной зоны машины с установленными Дат— ‘чиками магнитной индукции;на фиг. 3 диаграмма сигнала устройства при появлении виткового замыкания в обмотке ротора.

Два датчика 1 и 2 магнитной индукции установлены в активной зоне машины в воздушном зазоре 3 между статором 4 и ротором 5 вблизи поверхности ротора 5.

Минимальное расстояние до поверхности ротора 5 ограничено по условиям безопасности датчиков 1 и 2 при каких-либо механических возмущениях ротора 5. С учетом технологических соображений в турбогенераторах мощностью 500 МВт и выше датчики 1 и 2 устанавливают на расстоянии 5-15 мм от поверхности ротора 5, Установка датчиков 1 и 2 на большем удалении нецелесообразна вследствие снижения чувствительности из-за (затухания потока пазового рассеяния ротора 5.

В качестве датчиков 1 и 2 магнитной индукции могут быть применены индукционные катушки или преобразователи Холла. Конструктивно датчики 1 и 2 могут быть закреплены различным способом, например в трубке из немагнитного материала, установленной в радиальном вентиляционном канале статора 4 и выдвинутой в воздушный зазор 3.

Датчики 1 и '2 смещены в тангенциальном направлении (по расточке воздушного зазора 3) один относительно другого на pJ/ -электрических радиан) где р целое число пар полюсов машины).

Оба датчика 1 и 2 должны быть ориентированы по отношению к одной и той же составляющей магнитного поля, например тангенциальной.

Датчики 1 и 2 включены в электрическую цепь последовательно-согласное Эта цепь подключены ко входу блока индикации 6. Блок индикации 6 может содержать, например, усилитель и реле пикового напряжения. Выход блока индикации 6 включен в цепи сигнализации, защиты и управления генератора. По крайней мере параллельно к одному из датчиков 1 или 2, например 1, включены блок коррекции сигнала по амплитуде и блок коррекции сигнала по фазе.

Часть устройства, включающая блоки 1, 2/ 6, 7, 8, обеспечивает автоматический контроль появления виткового замыкания и передачу соответствующего сигнала в цепи сигнализации, защиты и управления генератора. Вместе с тем, достаточно эффективная работа устройства может быть обеспечена в том случае, если будет не только установлен факт появления виткового замыкания, но и определен номер катушки и полюса, где про5 ⁹⁵¹ изошло замыкание. Ниже дано описание соответствующей части устройства. ί

Параллельно к одному из датчиков магнитной индукции, например 2, подключен блок формирования импульсов 9. Вы- 5 ход блока 9 включен на вход двоичного счетчика 10. На шину сброса этого счетчика включен отметчик 11 углового положения ротора. Отметчик 11 может быть выполнен, например, на базе фотоэпемен- ю та, вырабатывающего сигнал при прохождении метки на роторе. Для лучшей привязки к нумерации катушек указанную метку предпочтительно нанести на свободной части вала в плоскости, проходящей 15 через середину полюса.

Выход счетчика 10 подключен ко входу блока Дешифрации 12, а второй вход блока 12 подключен к дополнительному выходу с усилителя блока 6. Выход бпо- ₂₀ ка дешифрации 12 включен в цепи защиты и управления генератора. В блоке дешифрации предусмотрена логическая схема, которая позволяет произвести выборку номера катушки из числа передан- ₂₅ ных на вход блока 12 импульсов от двоичного счетчика 10 в зависимости от ха-, рактера сигнала, поступившего на второй вход блока 12 с усилителя блока 6.

На фиг. 3 позициями 13, 14 и .15 ₃₀ соответственно обозначены сигналы одного из датчиков 1 или 2, подаваемый на вход блока формирования импульсов 9, далее сигнал на выходе этого блока, и наконец, сигнал на входе блока индикации 6. ³⁵

При вращении ротора с поданным в обмотку током возбуждения в датчиках 1, 2 при прохождении мимо них' каждого паза ротора потоком рассеяния по коронкам зубцов ротора наводится электродвижущая сипа (ЭДС), значение которой зависит от объема тока в пазу, параметров преобразователя, его расположения, размеров паза и пр. Если в пазу находится проводник,^ являющийся частью короткозамкнутого витка, по нему полностью не протекает ток, либо протекает ток меньшей величины, если в месте короткого замыкания витка переходное сопротивление соизмеримо с сопротивлением витка. У меньше- ⁵⁰ ние объема тока в пазу приводит к уменьшению потока рассеяния по коронкам смежных с пазом зубцов. Следовательно, когда датчик индукции .1 или 2 окажется в зоне этого паза, значение ЭДС на вы- ⁵⁵ ходе преобразователя будет меньшим. Поскольку датчики 1 и 2 смешены один относительно другого в тангенциальном на—

571 6 правлении на Л эп. радиан, то в моменты времени, когда один из них находится в зоне паза с короткозамкнутым витком, датчик 2 располагается в зоне паза, в котором лежит идентичная катушка другого полюса без короткозамкнутых витков (случай одновременного появления короткозамкнутых витков в двух идентичных катушках разных полюсов практически исключен). Ток в пазах ротора, сдвинутых на Л эл. радиан находится в противофазе, поэтому при согласном последовательном включении двух датчиков 1 и 2 получим разность их ЭДС. Если параметры датчиков 1 и 2, их установка полностью идентичны, то разность их ЭДС в указанные моменты времени не равна нулю. За один оборот ротора таких периодов будет четыре. В остальное время, когда оба датчика Г и 2 находятся в зоне пазов, не имеющих короткозамкнутых витков, разность их сигналов равна нулю. Так как идеально одинаковыми датчики 1 и 2 и их установка быть не могут, то небольшое 'значение разности сигналов получаем при прохождении мимо датчиков 1 и 2 пазов, не имеющих короткозамкнутых витков. Это определяет уровень 'шумов', показанный на диаграмме. Для снижения уровня шумов подстройкой блоков 7 и 8 производят коррекцию амплитуды и фазы сигнала одного из датчиков 1 или 2, или каждого датчика. Блок 7 может содержать регулируемое сопротивление, а блок 8 фазосдвигающую цепочку R-С. Таким образом, сигнал, с амплитудой А, пропорциональный разности ЭДС датчиков 1,2, четко выделяют над уровнем 'шумов' и подают на вход блока индикации 6, где он поступает на вход усилителя. После ^усиления сигнал поступает в цепь пикового напряжения в блоке 6 и вызывает его срабатывание. После срабатывания репе напряжения сигнал о появлении виткового замыкания с выхода блока 6 поступает в цепи сигнализации и зашиты генератора. При этом зажигается сигнал Витковое замыкание в роторе генератора*. В цепях защиты, особенно ответственных генераторов, например, мощностью 500 МВт и выше, при появлении указанного сигнала может быть предусмотрена немедленная разгрузка блока и отключение машины от сети.

ЭДС датчика 2 поступает на вход блока 9 формирования импульсов. Таким образом, при прохождении мимо датчика 2 каждого паза ротора с поданным в обмотку током возбуждения на выходе блока получаем соответствующий нормализованный импульс, который затем подается на вход Двоичного счетчика 10. На шину сброса счетчика 10 поступает сигнал от отметчика 11 углового положения ротора. Таким образом, счетчик 10 выдает номера пазов в двоичном коде, начиная с Паза № 1, если метка расположена по оси первого полюса. Соответствующие сигналы поступают на вход блока дешифрации 12. В блоке 12 логическая схема анализирует отстроенный от шумов сигнал, пропорциональный разности ЭДС датчиков 1 и 2, с учетом полярности контактных копен ротора. При удовлетворении заданного условия логическая схема воздействует на однократное открытие вы· хода блока .12, куда выдается поступивший в этот момент от счетчика 1.0 номер паза, после чего выход блока 12 запирается. Повторное открытие выхода блока 12 происходит только после начала счета пазов с номера один. Сигнал номера паза с блока 12 поступает в устройство регистрации и управления генератором, например в память управляющей ЭВМ.

Предложенное устройство обеспечивает в эксплуатации сигнализацию при появлении виткового замыкания в обмотке ротора. При этом устройство может ®ыть настроено на определенную величину сигна ла на входе в блок индикации 6. Этим достигается не только отстройка сигнала от ^уровня помех (шумов), но может быть достигнуто автоматическое выявление бо~ , ной надежности турбогенераторов большой мощности.

Технико—экономическая эффективность разработанного устройства состоит преж5 Де всего в том, что по сравнению с известными устройствами при работе машины обеспечивается автоматический контроль и защита обмотки ротора турбогенератора от витковых замыканий, что повы>0 шает точность фиксации дефекта. Причем эксплуатационная надежность турбогенераторов повышается не только за счет своевременного обнаружения виткового замыкания и идентификации катушки и полюса, 15 где оно произошло, но и за счет того, что устройство позволяет судить об интенсивности этого замыкания и степени его опасности для работающей машины.

Claims (3)

1. Устройство дп  контрол  витковых замыканий в обмотке ротора электрической машины, например турбогенератора, содержащее датчик магнитной индукции, установленный в воздугином зазоре машины вблизи поверхности ротора, подключенный к блоку индикации и к одному из входов блока дешифрации, блок измерени  углового положени  ротора, подсоединенный к первому входу двоичного счетчика , выход которого соединен с вторым входом блока дешифрации, при этом выхо последнего подключен -к исполнительному органу защиты, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности фиксации дефекта, устройство снабжено вторым датчиком магнитной индукции и блоком формировани  импульсов, второй датчик магнитной индукции смещен относительно первого по расточке машины на угол pj( эл, радиан (где р - целое чис ло пар полюсов), датчики включены последовательно-согласно , при этом второй датчик магнитной индукции через блок формировани  импульсов подсоединен к второму входу двоичного счетчика.

2о Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что параллельно, по крайней мере к одному из датчиков магнитной индукции подключен блок коррекции сигнала по амплитуде.

.3. Устройство по п. 1, отличают е е с   тем, что параллельно, по крайней мере, к одному из датчиков маг БИТНОЙ индукции подкшочен блок коррекции сигнала по фазе.

951571

Источники информации, прин тъ1е во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетепьство СССР № 677038, кп, Н 02 К 15/ОО, 1979.

2.Патент США NO 4136312, кп. QOI R 31/02, 1979.

3.Авторское свидетельство СССР

№ 333656, кл. Н О2 К 11/ОО, 1967.

-

Риг .1

лши