WO1985001581A1 - Method and device for detecting and evaluating the clamping of the bars into the stator notches of a large alternating current rotating machine under load - Google Patents
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Abstract
Method for detecting and evaluating the clamping of bars into stator notches of a large alternating current rotating machine under load, consisting in differentiating electric discharges into capacitive discharges or resistive notch discharges, and in selectively measuring them without stopping the machine. It also relates to a device for implementing such method. Application to all types of large alternating current rotating machines under load.
Description
Procédé et dispositif de détection et d'évaluation du calage des barres dans les encoches stator d'une grande machine tournante à courant alternatif en charge Method and device for detecting and evaluating the setting of the bars in the stator notches of a large rotating alternating current machine under load
La présente invention concerne un procédé de détection et d'éva luation du calage des barres dans les encoches stator d'une grand machine tournante à courant alternatif en charge.The present invention relates to a method for detecting and evaluating the setting of the bars in the stator notches of a large rotary machine with alternating current under load.
Elle concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.It also relates to a device for implementing this method.
La présente invention peut s'appliquer à tous les types de machines tournantes à courant alternatif de grande puissance, comme par exemple, les alternateurs hydrauliques, les alternateurs thermiques ou nucléaires, les compensateurs synchrones, les groupes pompes, les grands moteurs synchrones ou asynchrones.The present invention can be applied to all types of high-power alternating current rotating machines, such as, for example, hydraulic alternators, thermal or nuclear alternators, synchronous compensators, pump groups, large synchronous or asynchronous motors.
Dans les grandes machines tournantes à isolation souple ou semirigide, il apparaît des décharges capacitives qui ont fait l'objet de nombreuses études dans tous les types de matériels électriques, et leurs origines sont bien connues. Ces décharges capacitives transportent un courant en quadrature avec la tension qui leur donne naissance, et sont à l'origine de pertes diélectriques. Mais l'évolution récente des systèmes d'isolation haute tension devenus thermodurcissables donc rigides, et la montée en puissance unitaire des grandes machines tournantes ont fait évoluer les techniques pour obtenir un bon serrage des barres dans, les encoches, tandis que l'intensité du courant traversant l'encoche allait croissante. Il en résulte une plue grande susceptibilité des machines à l'apparition dans le temps de vibrations des barres dans les encoches, susceptibles d'engendrer un phénomène de décharges d'encoches résistives conduisant, s'il n'est pas stoppé à temps, à l'électroérosion plus ou moins rapide du mur isolant. On connaît, par le document IEEE "TRANSACTIONS ON POWER APPARATUS AND SYSTEMS" vol.PAS-98 n° 4 (1979-07/08) pages 1167-1173, un dispositif de mesure des fréquences radio analogue à un dispositif de mesure des décharges capacitives. Mais l'objectif unique de ce document, est de donner une méthode permettant de détecter sur les machines tournantes les amorces de ruptures de conducteurs élémentaires entraînant la créa
tion d'arcs électriques partiels sur le courant principal qui traverse l'enroulement.In large rotating machines with flexible or semi-rigid insulation, capacitive discharges appear which have been the subject of numerous studies in all types of electrical equipment, and their origins are well known. These capacitive discharges transport a current in quadrature with the voltage which gives rise to them, and are at the origin of dielectric losses. However, recent developments in high-voltage insulation systems which have become thermosetting and therefore rigid, and the unitary increase in power of large rotating machines have made techniques evolve to obtain good clamping of the bars in the notches, while the intensity of the current passing through the notch was increasing. This results in a greater susceptibility of the machines to the appearance over time of vibrations of the bars in the notches, capable of generating a phenomenon of discharges of resistive notches leading, if it is not stopped in time, to the more or less rapid EDM of the insulating wall. We know from the document IEEE "TRANSACTIONS ON POWER APPARATUS AND SYSTEMS" vol.PAS-98 n ° 4 (1979-07 / 08) pages 1167-1173, a device for measuring radio frequencies similar to a device for measuring discharges capacitive. But the sole objective of this document is to provide a method for detecting on rotating machines the beginnings of ruptures of elementary conductors causing the creation tion of partial electric arcs on the main current flowing through the winding.
Le but de la présente invention est fondamentalement différent dans la mesure où il consiste à détecter les vibrations de barres à l'intérieur des encoches qui peuvent, lorsqu'elles ont atteint une certaine amplitude et qu'il se produit des ruptures de contact entre revêtement conducteur des barres et paroi de l'encoche, initier des décharges d'encoches résistives assimilables à de petites arcs électriques situés à l'extérieur de la barre et interrompant partiellement le courant qui traverse le diélectrique.The object of the present invention is fundamentally different insofar as it consists in detecting the vibrations of bars inside the notches which can, when they have reached a certain amplitude and that contact breaks between coating occurs conductor of the bars and wall of the notch, initiate discharges of resistive notches similar to small electric arcs located outside the bar and partially interrupting the current flowing through the dielectric.
En effet, si les décharges capacitives peuvent se produire à l'arrêt en appliquant une haute tension alternative sur l'enroulement, en revanche, les décharges d'encoches résistives ne peuvent se produire que lorsque la machine fonctionne et que les barres vibrent, c'est-à-dire en charge. Or, il est très important de pouvoir porter un diagnostic sur l'apparition de ces décharges et ceci dès l'origine et si possible sans arrêter la machine et sans examens visuels ou manuels quelconques qui sont toujours subjectifs.In fact, if capacitive discharges can occur at standstill by applying a high alternating voltage to the winding, on the other hand, resistive notch discharges can only occur when the machine is running and the bars vibrate, c is to say in charge. However, it is very important to be able to carry out a diagnosis on the appearance of these discharges and this from the outset and if possible without stopping the machine and without any visual or manual examinations which are always subjective.
La présente invention a pour objet un procédé de détection et d'évaluation du calage des barres dans les encoches stator d'une grande machine tournante à courant alternatif en charge, consistant à connecter une capacité sur le neutre de la machine, cette capacité étant suivie d'un élément basse tension et d'un adaptateur d'impédance, caractérisé en ce que - on connecte un transformateur de potentiel sur une phase quelconque de la machine,The subject of the present invention is a method for detecting and evaluating the setting of the bars in the stator notches of a large rotary machine with alternating current under load, consisting in connecting a capacitance to the neutral of the machine, this capacitance being followed a low voltage element and an impedance adapter, characterized in that - a potential transformer is connected to any phase of the machine,
- on rentre dans un oscilloscope à fenêtre un signal global sortant de l'adaptateur d'impédance et un signal de repère de phase sortant du transformateur de potentiel, - on repère sur la fenêtre de l'oscilloscope les décharges électriques,- a global signal leaving the impedance adapter and a phase reference signal leaving the potential transformer are entered into a window oscilloscope, - electric discharges are identified on the oscilloscope window,
- on agrandit la fenêtre de l'oscilloscope pour différencier les décharges électriques en décharges capacitives et en décharges d'encoches résistives,- the window of the oscilloscope is enlarged to differentiate the electrical discharges into capacitive discharges and into resistive notch discharges,
- on mesure sélectivement les différentes décharges. Le dispositif selon l'invention, branché sur une machine présen
tant une impédance d'ensemble de liaison à la terre et un transformateur de potentiel branché sur une phase quelconque, et comportant une capacité de mesure connectée au neutre de la machine, cette capacité étan suivie d'un élément basse tension et d'un adaptateur d'impédance, es caractérisé en ce qu'il comporte un oscilloscope à fenêtre et un mesureur.- the different discharges are selectively measured. The device according to the invention, connected to a machine present as a whole earth connection impedance and a potential transformer connected to any phase, and comprising a measurement capacity connected to the machine neutral, this etan capacity followed by a low voltage element and an adapter impedance, are characterized in that it comprises a window oscilloscope and a measurer.
De préférence, la capacité a une valeur comprise entre 0,1 etPreferably, the capacity has a value between 0.1 and
0,3 μ F.0.3 μ F.
Avantageusement, l'oscilloscope à fenêtre permet de n'appliquer une mesure qu'à une fraction faible du signal global.Advantageously, the window oscilloscope makes it possible to apply a measurement only to a small fraction of the overall signal.
Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif selon l'invention.It is described below, by way of example and with reference to the figures of the accompanying drawing, a device according to the invention.
La figure 1 représente une vue d'ensemble d'une machine munie d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente plus en détail certains éléments du dispositif.FIG. 1 represents an overall view of a machine provided with a device according to the invention. Figure 2 shows in more detail certain elements of the device.
La figure 3 représente des courbes de repérage de phase en fonction du temps.Figure 3 shows phase tracking curves as a function of time.
La figure 4 représente un signal global lu sur l'oscilloscope. La figure 5 représente une vue agrandie d'une partie du signal global de la figure 4.FIG. 4 represents a global signal read from the oscilloscope. FIG. 5 represents an enlarged view of part of the overall signal of FIG. 4.
Dans la figure 1, représentant une vue d'ensemble d'une machine 1 munie d'un dispositif 10 selon l'invention, chaque enroulement A, B, C de la machine est couplé séparément à une phase A', B', C du réseau d'utilisation R, la machine 1 fonctionne donc en charge. Une impédance 2 d'une valeur de quelques dizaines à quelques centaines d'ohms représente une impédance d'ensemble de liaison à la terre de la machine en fonctionnement, et un transformateur de potentiel 3 mesure la tension de sortie d'une phase. Le dispositif 10 comporte :In FIG. 1, representing an overall view of a machine 1 provided with a device 10 according to the invention, each winding A, B, C of the machine is coupled separately to a phase A ', B', C of the use network R, the machine 1 therefore operates under load. An impedance 2 of a value of a few tens to a few hundred ohms represents an overall impedance of the earth connection of the machine in operation, and a potential transformer 3 measures the output voltage of a phase. The device 10 includes:
- une capacité haute tension 4, branchée sur le neutre du générateur, et de valeur comprise par exemple entre 0,1 et 0,3 μ F (1. à 3.10-7 Farad).- a high voltage capacity 4, connected to the generator neutral, and with a value for example between 0.1 and 0.3 μ F (1. to 3.10 -7 Farad).
Cette capacité doit être dépourvue de décharges capacitives, c'est-à-dire que celles-ci doivent être inférieures à 10-18 coulomb-carré par seconde jusqu'à une tension de 15 kilovolts. Cette capacité assure donc un niveau de protection au moins égal à la tension
simple de la machine, tension induite entre phase et masse, pour toutes les machines de tension assignée, inférieure ou égale à 26 kV,This capacity must be free of capacitive discharges, that is to say that these must be less than 10 -18 coulomb-square per second up to a voltage of 15 kilovolts. This capacity therefore provides a level of protection at least equal to the voltage simple of the machine, induced voltage between phase and earth, for all machines with rated voltage, less than or equal to 26 kV,
- un élément basse tension 5 relié au point basse tension de la capacité 4, et comportant une mise à. la terre 5', - un adaptateur d'impédance 6 relié à l'élément basse tension 5,- a low voltage element 5 connected to the low voltage point of the capacity 4, and comprising a setting. earth 5 ', - an impedance adapter 6 connected to the low voltage element 5,
- un oscilloscope 7 à large bande d'entrée relié à l'adaptateur d'impédance 6 et au transformateur de potentiel 3,- an input wide band oscilloscope 7 connected to the impedance adapter 6 and to the potential transformer 3,
- un mesureur de décharges partielles 8 disponible dans le commerce par exemple, le mesureur type arc en ciel de la marque "RVE". La figure 2 représente plus en détail, deux éléments du dispositif 10, à savoir, l'élément basse tension 5 et l'adaptateur d'impédance 6.a commercially available partial discharge meter 8, for example, the rainbow type meter of the brand "RVE". FIG. 2 represents in more detail two elements of the device 10, namely, the low voltage element 5 and the impedance adapter 6.
L'élément basse tension 5 est un filtre passe-haut destiné à éliminer la fréquence fondamentale du courant. Il comprend une self d'écoulement 12 de 0,8 millihenry environ et pouvant supporter une intensité d'au moins 2 ampères avec en parallèle sur cette self deux parafoudres de protection 11, 11'. Le parafoudre 11 est un parafoudre néon amorçant en dessous de 200 volts et le parafoudre 11' est un parafoudre mica-charbon ou d'un autre type pouvant écouler un courant de plusieurs dizaines d'ampères pendant un temps limité en cas de défaut provoquant une surtension de neutre et un amorçage ou claquage sur la capacité 4.The low-voltage element 5 is a high-pass filter intended to eliminate the fundamental frequency of the current. It includes a flow choke 12 of about 0.8 millihenry and capable of withstanding an intensity of at least 2 amperes with two protective surge arresters 11, 11 'in parallel on this choke. The arrester 11 is a neon arrester that ignites below 200 volts and the arrester 11 'is a mica-charcoal arrester or of another type which can flow a current of several tens of amperes for a limited time in the event of a fault causing a overvoltage of neutral and an ignition or breakdown on the capacity 4.
L'adaptateur d'impédance 6 est destiné à ramener à 50 ohms l'impédance de mesure aux bornes de l'oscilloscope. Il comporte d'abord un circuit bouchon pour l'harmonique 3 de la fréquence fondamentale, 50 ou 60 Hz, composé d'une self 13 de 5 millihenry et d'une capacité 14 de 225 ou 156 microfarad suivant le cas, 50 ou 60 Hz. Il comporte ensuite un transformateur d'impédance 16 à noyau ferromagnétique et deux enroulements 16A, 16B. L'enroulement primaire 1δA côté prise de signal est court-circuité par une résistance 15 de valeur voisine de 5 ohms. L'enroulement secondaire 16B côté mesure, est court-circuité par une résistance 17 de valeur voisine de 100 ohms.The impedance adapter 6 is intended to bring the measurement impedance across the oscilloscope to 50 ohms. It first comprises a plug circuit for the harmonic 3 of the fundamental frequency, 50 or 60 Hz, composed of a self 13 of 5 millihenry and a capacity 14 of 225 or 156 microfarad as the case may be, 50 or 60 Hz. It then includes an impedance transformer 16 with a ferromagnetic core and two windings 16A, 16B. The primary winding 1δA on the signal intake side is short-circuited by a resistor 15 with a value close to 5 ohms. The secondary winding 16B on the measurement side is short-circuited by a resistor 17 with a value close to 100 ohms.
L'élément basse tension 5 et l'adaptateur d'impédance 6 sont interconnectés par leur blindage 6' (représentés schématiquement) et reliés à la mise à la terre 5'. La figure 3 représente les courbes de repérage de phase A', B', C
en fonction du temps, ce repérage étant effectué par le transformateur de potentiel 3.The low-voltage element 5 and the impedance adapter 6 are interconnected by their shield 6 '(shown diagrammatically) and connected to the ground 5'. Figure 3 shows the phase identification curves A ', B', C as a function of time, this identification being carried out by the potential transformer 3.
La figure 4 représente une courbe lue sur l'oscilloscope 7 pouvant être par exemple un oscilloscope de 100 mégahertz à 2 ou 3 voies, et muni d'un dispositif à surbrillance. Cet oscilloscope permet de découper le signal et de n'appliquer la mesure qu'à une fraction aussi faible qu'on le désire du signal global, 1/10 à 1/200 ou moins, et d'étudier ainsi les caractéristiques d'un foyer de décharges capacitives ou de décharges d'encoche résistives à l'aide d'un mesureur classique. Dans les grandes machines modernes, les excitations statiques à thyristors et diodes engendrent des signaux importants, souvent 20 décibels plus élevés que les niveaux des plus grandes décharges électriques. La référence 20 représente un signal engendré par un thyristor, et la référence 21 par une diode. La référence 22 représente alors une fraction seulement du signal global, et en se plaçant de telle façon que les signaux importants dus aux thyristors ou diodes ne soient pas pris en compte.FIG. 4 represents a curve read on the oscilloscope 7 which can be, for example, a 100 megahertz oscilloscope with 2 or 3 channels, and provided with a highlighting device. This oscilloscope makes it possible to cut the signal and to apply the measurement only to a fraction as small as desired of the global signal, 1/10 to 1/200 or less, and thus to study the characteristics of a focus of capacitive discharges or resistive notch discharges using a conventional meter. In large modern machines, static thyristor and diode excitations generate large signals, often 20 decibels higher than the levels of larger electrical discharges. Reference 20 represents a signal generated by a thyristor, and reference 21 by a diode. The reference 22 then represents only a fraction of the overall signal, and being placed in such a way that the important signals due to the thyristors or diodes are not taken into account.
Les deux caractéristiques de la capacité 4, c'est à dire une capacité de très forte valeur branchée sur le neutre du générateur, permettent un abaissement sensible du niveau parasite ambiant et une bonne linéarisation du signal fondamental.The two characteristics of the capacitor 4, that is to say a capacitor of very high value connected to the neutral of the generator, allow a significant lowering of the ambient parasitic level and a good linearization of the fundamental signal.
La figure 5 représente donc la fraction du signal global 22, agrandie par exemple 10 fois, permettant de visualiser les décharges capacitives 23 et les décharges d'encoches résistives 24, et de mesurer sélectivement et à l'aide du mesureur 8 les grandeurs caractéristiques des impulsions provenant de ces décharges capacitives 23 et de ces décharges d'encoches résistives 24 sόit : - le débit quadratique moyen des décharges,FIG. 5 therefore represents the fraction of the overall signal 22, enlarged for example 10 times, making it possible to display the capacitive discharges 23 and the resistive notch discharges 24, and to selectively and with the aid of the meter 8 measure the quantities characteristic of the pulses from these capacitive discharges 23 and these resistive notch discharges 24 are: - the average quadratic flow of the discharges,
- l'amplitude maximale de la plus grande décharge apparente en picocoulombs ou en millivolts,- the maximum amplitude of the largest apparent discharge in picocoulombs or in millivolts,
- l'énergie moyenne des décharges,- the average energy of landfills,
- ou tout autre grandeur permettant de caractériser les décharges, de les compter ou de les classer en décharges capacitives ou en décharges d'encoches résistives. Sans sortir du cadre de l'invention, le dispositif selon l'inven
tion peut par exemple, être installé rapidement ou même sans arrêt obligatoire de la machine moyennant certaines mesures de sécurité, et ainsi équiper une ou plusieurs machines en permanence. Certaines grandeurs peuvent donc être soit enregistrées, soit mesurées périodiquement avec un appareillage portatif et ce sans aucune modification du programme d'exploitation, réalisant ainsi un dispositif de surveillance permanent qui permet un diagnostic sur l'état du calage de l'enroulement dans les encoches et sur son évolution dans le temps, par la distinction visuelle du type des décharges électriques observées ou par la comparaison de mesures en un point donné du signal à courant fort et à courant faible en faisant varier la charge de la machine.
- or any other quantity making it possible to characterize the discharges, to count them or to classify them in capacitive discharges or in discharges of resistive notches. Without departing from the scope of the invention, the device according to the invention tion can for example be installed quickly or even without compulsory stopping of the machine with certain safety measures, and thus equip one or more machines permanently. Certain quantities can therefore be either recorded or measured periodically with a portable device and this without any modification of the operating program, thus realizing a permanent monitoring device which allows a diagnosis on the state of the setting of the winding in the notches. and on its evolution over time, by the visual distinction of the type of electric discharges observed or by the comparison of measurements at a given point of the signal with strong current and with weak current by varying the load of the machine.
Claims
REVENDICATIONS
1/ Procédé de détection et d'évaluation du calage des barres dans les encoches stator d'une grande machine tournante (1) à courant alternatif en charge, consistant à connecter une capacité (4) sur le neutre de la machine, cette capacité étant suivie d'un élément basse tension (5) et d'un adaptateur d'impédance (6), caractérisé en ce que :1 / Method for detecting and evaluating the setting of the bars in the stator slots of a large rotary machine (1) with alternating current under load, consisting in connecting a capacitor (4) to the machine neutral, this capacitor being followed by a low voltage element (5) and an impedance adapter (6), characterized in that:
- on connecte un transformateur de potentiel (3) sur une phase quelconque de la machine (1), - on rentre dans un oscilloscope à fenêtre (7) un signal global sortant de l'adaptateur d'impédance (6) et un signal de repère de phase sortant du- transformateur de potentiel (3),- we connect a potential transformer (3) to any phase of the machine (1), - we enter into a window oscilloscope (7) a global signal leaving the impedance adapter (6) and a signal phase marker leaving the potential transformer (3),
- on repère sur la fenêtre de l'oscilloscope les décharges électriques (22), - on agrandit la fenêtre de l'oscilloscope pour différencier les décharges électriques (22) en décharges capacitives (23) et en décharges d'encoches résistives (24),- the electric discharges (22) are identified on the oscilloscope window, - the oscilloscope window is enlarged to differentiate the electric discharges (22) into capacitive discharges (23) and resistive notch discharges (24) ,
- on mesure sélectivement les différentes décharges.- the different discharges are selectively measured.
2/ Dispositif (10) de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, la machine (1) présentant une impédance (2) d'ensemble de liaison à la terre et un transformateur de potentiel (3) branché sur une phase quelconque, comportant une capacité de mesure (4) connectée au neutre de la machine (1), cette capacité étant suivie d'un élément basse tension (5) et d'un adaptateur d'impédance (6), caractérisé en ce qu'il comporte un oscilloscope à fenêtre (7) et un mesureur (8).2 / Device (10) for implementing the method according to claim 1, the machine (1) having an impedance (2) of the earth connection assembly and a potential transformer (3) connected to any phase, comprising a measurement capacity (4) connected to the machine neutral (1), this capacity being followed by a low voltage element (5) and an impedance adapter (6), characterized in that it comprises a window oscilloscope (7) and a measurer (8).
3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la capacité (4) a une valeur comprise entre 0,1 et 0,3 μ F.3 / Device according to claim 2, characterized in that the capacity (4) has a value between 0.1 and 0.3 μ F.
4/ Dispositif selon la revendication.2, caractérisé en ce que l'oscilloscope à fenêtre permet de n'appliquer une mesure qu'à une fraction faible du signal global.
4 / Device according to claim.2, characterized in that the window oscilloscope makes it possible to apply a measurement only to a small fraction of the overall signal.
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| IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, volume PAS-98, no. 5, septembre/octobre 1979, New York (US) M. Kurtz et al.: "Generator insulation diagnostic testing", pages 1596-1603, voir page 1599, colonne de gauche, paragrpahe 2 (a partir du bas de page); page 1600, table 2, colonne de gauche, paragraphe 1; page 1601, colonne de gauche; page 1602, discussion; 1er article * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0228012A1 (en) * | 1985-12-18 | 1987-07-08 | General Electric Company | Internal armature current monitoring in large three-phase generator |
| US4808932A (en) * | 1987-05-15 | 1989-02-28 | Electric Power Research Institute, Inc. | Rotor fault and location detector for induction motors |
| FR2725851A1 (en) * | 1994-10-13 | 1996-04-19 | Electricite De France | Measurement of clamping state of conducting bars in alternator stator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PT79311A (en) | 1984-11-01 |
| GR80549B (en) | 1985-02-05 |
| PT79311B (en) | 1986-10-20 |
| ZA847804B (en) | 1985-05-29 |
| FR2552882B1 (en) | 1986-02-14 |
| BR8407124A (en) | 1985-10-08 |
| FR2552882A1 (en) | 1985-04-05 |
| CA1261918A (en) | 1989-09-26 |
| KR850700072A (en) | 1985-10-21 |
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