WO1990005919A1 - Ankopplungseinheit zur überwachung von hochspannungseinrichtungen auf teilentladungen - Google Patents

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WO1990005919A1
WO1990005919A1 PCT/DE1985/000527 DE8500527W WO9005919A1 WO 1990005919 A1 WO1990005919 A1 WO 1990005919A1 DE 8500527 W DE8500527 W DE 8500527W WO 9005919 A1 WO9005919 A1 WO 9005919A1
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measuring
coupling unit
voltage
line
contact
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Application number
PCT/DE1985/000527
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Inventor
Peter Grünewald
Reinhold Koziel
Original Assignee
Gruenewald Peter
Reinhold Koziel
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Application filed by Gruenewald Peter, Reinhold Koziel filed Critical Gruenewald Peter
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

Definitions

  • the invention relates to a coupling unit for operational monitoring of the high-voltage windings and the connected electrical discharge lines in electrical high-voltage machines and apparatus, according to the preamble of claim 1.
  • Such a coupling unit is basically known, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 1.
  • the stator winding of the turbogenerator has one between the common star point de Wicklun. and the transducer switched on to the earth potential, a low impedance of the transducer or an additional HF converter being switched on as the measuring impedance.
  • This known coupling unit or the associated measuring method is not sensitive enough; a distinction cannot be made between the individual phases of the high-voltage winding.
  • the invention has for its object to provide an improved coupling unit, the partial discharge measurement signals - abbreviated below: TE measurement signals - the individual NEN phases of the stator winding can be clearly assigned and which also reacts more sensitively to PD measurement signals that originate on the generator lead side, so that under certain circumstances error signals can also be received from the connected machine transformer.
  • the coupling unit should be applicable to different test objects, such as model samples, winding parts or running turbogenerators, and should be independent of an existing star point of the stator winding.
  • the advantages achievable with the invention can be seen above all in the fact that it is now possible to detect winding errors for each individual phase of the stator winding of an electrical high-voltage machine in general and of a turbogenerator in particular, including the sensitivity, i. H. the useful signal distance to the basic interference level should be emphasized.
  • the coupling unit is suitable for installation both as a retrofit unit for existing power plants and as part of a new build. Due to the good sensitivity, it contributes significantly to the early detection of damage in large electrical machines, because e.g. B. Winding errors due to partial conductor interruption, tearing of potential controls or discharges caused by movements of the conductors in the slot high-frequency sparks or partial discharges. By continuously monitoring the PD measurement signals during operation, one avoids the occurrence of larger insulation errors, which are costly Secondary damage, such as B. Earth fault with laminated core damage.
  • FIG. 2 shows the basic circuit diagram of a coupling unit according to the invention with schematically illustrated coupling four poles for forwarding the TE measuring signals to a TE measuring device (not shown here);
  • FIG. 3 shows the circuit diagram of the coupling unit according to FIG. 2, which is more detailed in comparison to FIG. 2, for a single winding phase of the associated turbogenerator;
  • FIG. 1 shows a schematic isometric illustration of the coupling unit for an individual phase according to FIG. 3 in its spatial assignment to the generator derivative
  • FIG. 5 shows a plan view of the high-voltage cell of an individual generator derivative with three line protection capacitors and the coupling unit;
  • 6 and 7 show the partial discharge or tear-off spark levels measured in a broadband HF interference voltage measurement via the coupling quadrupoles when operating a turbogenerator with nominal power, and specifically shows: 6 shows the 50 Hz fundamental wave of the three conductors or generator derivations R, S and T, shown on an elliptical time axis, with a uniform, impressed basic interference level of the partial discharges, overlaid with the high tear-off spark impulses which appear particularly high in the conductor S. ;
  • the stator winding of a turbogenerator shown as a whole in FIG. 1 has two winding phases sw1, sw2 and sw3, the winding connections or generator derivation terminals of which are denoted in detail by U, V and W, respectively.
  • the individual winding phases are interconnected to form a common star point or center point Mp, from which a common grounding line 3 via a star point choke z and a measuring impedance z B is connected.
  • 3.1 is the measuring voltage connection of the measuring impedance z, to which one is connected as an HF line.
  • device shielded TE measuring line is connected and to a TE measuring device, not shown in Fig.
  • the TE measuring device of this known coupling unit designated as a whole by AEo, cannot distinguish from which of the individual phase windings sw1, sw2 or sw3 the TE measuring signals indicating an insulation fault come.
  • the coupling unit according to the invention is shown in principle in relation to the representation according to FIG. 1.
  • This is also a coupling unit for operational monitoring of the winding (which also includes the testing of model samples and winding parts) and at least the electrical high-voltage machines connected to the leads, in particular the three-phase stator windings SW of turbogenerators with the individual phase windings sw1 , sw2 and sw3, which are interconnected at one winding end to form a star point Mp.
  • the generator leads assigned to the individual phases U, V, W are designated 5.1, 5.2 and 5.3 (as in FIG. 1).
  • FIG. 1 While in the circuit diagram according to FIG.
  • the coupling units AE1, AE2, AE3 are phase-specific, ie selectively coupled to one of the three lines 5.1, 5.2 and 5.3 of the generator lead 5.
  • the line protection capacitors C 1 to C-, each phase are connected to earth potential B via a measuring impedance (the measuring impedance is contained in the coupling four-pole X- ] to X respectively).
  • the shielded measuring lines 4.1 to 4.3 which are led from the measuring voltage connection of the respective measuring impedance to the " TE measuring device, are passed over a filter (this is not shown in detail in FIG. 2, but should be thought of as a ballast device for a partial discharge measuring device) .
  • FIG. 3 shows the circuit diagram of a phase-specific coupling unit for a single phase U of the generator derivative 5.1, here designated AE1 as a whole.
  • the line protection capacitor C from FIG. 2 is here divided into three line protection capacitors C .._,, C, and C .. which are connected in series with one another. This series connection is connected to the earth potential B via the measuring impedance R 1 .
  • the shielded TE measuring lines 4.1 which are led from the measuring voltage connection 3.1 of the measuring impedance R .. to the TE measuring device 6, have a
  • Filters 7 are guided, also via a measuring amplifier 8.
  • the filter can be a broadband, which only suppresses the network interference level, or a high-pass filter if you want to examine a certain frequency spectrum in more detail.
  • Parallel to the measuring impedance R_. a normally open earthing switch 9 is connected with its fixed contact 9.1 and its movable disconnecting knife 9-2.
  • a surge arrester 10 and an electrical breakdown protection 11 are connected in parallel to the parallel connection of measuring impedance R .. and earthing isolator 9.
  • the earthing switch 9 is closed when the Coupling unit AE1 is not in operation.
  • the surge arrester 10 and the breakdown protection 11 protect the measuring impedance from destruction in the event that transient overvoltages (eg due to lightning strikes) would arrive from the outside via the generator lead 5.1.
  • the measuring line 4.1 designed as a shielded coaxial cable (cf. the symbols in FIG. 3 that are not described in more detail), is led over the contact path of a coaxial relay 12.
  • the contact path comprises at least one changeover contact k1 and one make contact k2, of which the changeover contact k1 establishes a connection between measuring line 4.1 and measuring voltage connection 3-1 of measuring impedance R- during measuring operation, as shown.
  • the changeover contact k1 can be connected to an earth contact kl 1 when the measuring line 4.1 is taken out of operation.
  • the connection of the changeover contact k1 to a counter contact k12 of the measuring line is shown.
  • the normally open contact k2 is open during measuring operation, as shown, it closes itself briefly, and when it is decommissioned it connects the associated mating contact k12 of the measuring line 4.1 to the ground potential.
  • the relay coil is denoted by 12.1, the operative connection of the relay armature, not shown, to the changeover and normally open contacts is indicated by dashed lines.
  • the shielded relay switching cable is labeled 12.2.
  • FIG. 4 shows a spatial arrangement for the circuit diagram which is advantageous in accordance with the spatial conditions and the number of network protection capacitors used, ie the individual switching elements and lines according to FIG. 3, which have the same reference in FIG. 4 ⁇ characters are provided.
  • the connecting cables of the line protection capacitors C-- to C ⁇ - are retrofitted in the order from the generator lead 5.1 to for connection to the measuring impedance R .. denoted by a to d in FIG. 3 and likewise in FIG. 4.
  • the 3 line protection capacitors according to FIG. 3, 2, namely c ... and C_. p via dashed high-voltage support insulators SI._. and SI_.
  • the line protection capacitor C._. is directly connected to generator lead 5.1 via busbars a.
  • DI 11 and DI 12 denote the bushing insulators for the capacitor terminals carrying the high potential.
  • the other polarity of the capacitor C, _ is led via a housing switching connection b to the housing of the neighboring capacitor C. p . From this the high-lying capacitor terminal goes through the bushing insulator DI 12 and then as a busbar connection c to the third line protection capacitor C. ⁇ , ie to its high-lying capacitor terminal which is surrounded by the bushing insulator DI 13.
  • this lower line protection capacitor C ...-. is connected to its housing and is the switching connection line d (cf. FIG. 3) to the measuring voltage connection 3.1 of the measuring impedance R_. laid.
  • the third network protection capacitor C.- is thus arranged at a lower level than the other two capacitors C.sub.-, C. p , just above the ground level 13 of the high-voltage cell 14 (see FIG. 5), which is an accessible one Front 14.1, which is usually blocked off by a wire mesh against access from the outside.
  • the third or lowest line protection capacitor C. ⁇ is underlaid by means of an insulating plate 15, so that there is therefore no direct earth connection to the lower floor level 13 from its housing.
  • a metallic, earthed mounting plate 17, in particular an aluminum plate with a thickness of approximately 20 to 30 mm, of the coupling unit AE1 is on a supporting frame (indicated at 16) in a substantially vertical position with its flat side in the front.
  • the measuring resistor R, the surge arrester 10, the breakdown protection 11, the coaxial relay 12 and the connecting switching and connecting lines are attached or laid on the front side of this mounting plate 17.
  • line protection capacitors shown have a box-shaped or cuboid sheet metal housing, but this goes without saying.
  • the measuring resistor R an impedance of 50 ohms; it was designed for a bandwidth between 0 and 250 MHz and for a continuous power of 300 W or a power of 1 kW for a maximum duration of one minute.
  • the closer type designation of the measuring resistor R_ j is WELZ CT 300.
  • the coaxial relay was of the type CX-520 D, it has a switching capacity of 300 W.
  • the performance data of the surge arrester 10 are 40 A / 20 kV.
  • the insulating material plate 15 of the lower mains protection capacitor C. is designed as a hard glass fabric plate. It is supported flatly on supports that cannot be seen in more detail.
  • the RF interference levels measured in each case with a coupling unit according to the invention in the three generator leads R, S and T of a 300 MW power plant block in operation are shown in FIGS. 6 to 8.
  • Clearly higher interference levels can be seen, caused by an error in one of the high-voltage windings or devices connected to conductor or derivative S, both by the broadband measurement in FIGS. 6 and 7 and by the narrowband measurement in FIG. 8

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Abstract

Ankopplungseinheit zur betriebsmäßigen Überwachung der Hochspannungswicklung (SW) und der angeschlossenen elektrischen Ableitungen bei elektrischen Hochspannungsmaschinen und -apparaten, insbesondere der dreiphasigen Ständerwicklungen bei Turbogeneratoren einschließlich ihrer Generatorableitungen (5.1, 5.2, 5.3) und/oder bei Transformatoren und Wandlern mittels Teilentladungserfassung und Abreißfunkenmessung im Hochfrequenzbereich, wobei die vorgenannten Maschinen und Apparate über Generatorableitungen oder andere Verbindungsleitungen miteinander verbunden und über Netzschutzkondensatoren an Erdpotential angeschlossen sind. Die jeweilige Ankopplungseinheit (AE1, AE2, AE3) ist an je eine der drei Stränge (5.1, 5.2, 5.3) der Generatorableitung (5) angekoppelt, und die Netzsuchutzkondensatoren (C1, C2, C3) jeder Phase sind über eine Meßimpedanz an Erdpotential (B) angeschlossen. Ferner sind die vom Meßspannungsanschluß der Meßimpedanz zum Teilentladungsmeßgerät geführten abgeschirmten Meßleitungen (4.1, 4.2, 4.3) über ein Filter geführt.

Description

ANKOPPLUNGSEINHEIT ZUR ÜBERWACHUNG VON HOCHSPANNUNGS¬ EINRICHTUNGEN AUF TEILENTLADUNGEN
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ankopplungseinheit zur betriebsmäßigen Überwachung der Hochspannungswicklungen und der angeschlossenen elektrischen Ableitungen bei elek¬ trischen Hochspannungs-Maschinen und -Apparaten, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Ankopplungseinheit ist grundsätzlich bekannt, wie es weiter unten anhand von Fig. 1 noch näher erläutert wird. Dabei weist die Ständerwicklung des Turbogenerators einen zwischen dem gemeinsamen Sternpunkt de Wicklun . und dem Erdpotential eingeschalteten Wandler auf, wobei eine Unterimpedanz des Wandlers oder ein zusätzlicher HF-Wand- le als Meßimpedanz eingeschaltet ist. Diese bekannte An¬ kopplungseinheit bzw. die zugehörige Meßmethode ist nicht empfindlich genug; es kann nicht zwischen den einzelnen Phasen der Hochspannungswicklung unterschieden werden. Obwohl Teilentladungen in der Hochspannungsisolierung der Wicklung sowie auch Abreißfunken bei möglichen Leiter¬ unterbrechungen oder zwischen Wicklungsstäben und Blech¬ paket kurzzeitige, impulsartige Ausgleichströme sind, die an sich mit HF- (Hochfrequenz-) Meßmethoden gut zu er¬ fassen sind, so arbeitet die bekannte Ankopplungseinheit noch nicht zufriedenstellend, was ihre Empfindlichkeit, insbesondere in bezug auf Teilentladungen auf der Seite der Generatorableitungen, betrifft. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte An¬ kopplungseinheit zu schaffen, deren Teilentladungs-Meßsig- nale - im folgenden abgekürzt: TE-Meßsignale - den einzel- nen Phasen der Ständerwicklung eindeutig zugeordnet werden können und die auch auf TE-Meßsignale, die ihren Ursprung auf der Seite der Generatorableitungen haben, empfindlicher reagiert, so daß unter Umständen auch Fehlersignale vom an- geschlossenen Maschinentransformator her empfangen werden können. Die Ankopplungseinheit soll bei unterschiedlichen Prüfobjekten, wie Modellproben, Wicklungsteilen oder lau¬ fenden Turbogeneratoren anwendbar und unabhängig von einem vorhandenen Sternpunkt der Ständerwicklung sein.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer An¬ kopplungseinheit gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nunmehr eine Erfassung von Wicklungs¬ fehlern für jede einzelne Phase der Ständerwicklung einer elektrischen Hochspannungsmaschine im allgemeinen und eines Turbogenerators im besonderen ermöglicht ist, auch die Empfindlichkeit, d. h. der Nutzsignalabstand zum Grundstörpegel, ist hervorzuheben. Die Ankopplungseinheit eignet sich zur Installation sowohl als Nachrüsteinheit bei bestehenden Kraftwerkanlagen als auch im Rahmen einer Neuerstellung. Aufgrund der guten Empfindlichkeit trägt sie wesentlich zur Schadensfrüherkennung bei großen elek¬ trischen Maschinen bei, weil z. B. Wicklungsfehler durch Teilleiterunterbrechung, Abriß von Potentialsteuerungen oder Entladungen durch Bewegungen der Leiter in der Nut hochfrequente Funken oder Teilentladungen erzeugen.Indem man die TE-Meßsignale während des Betriebes laufend über¬ wacht, vermeidet man das Entstehen größerer Isolations¬ fehler, die zu kostspieligen Sekundärschäden, wie z. B. Erdschluß mit Blechpaketschaden, führen.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in welcher das Prinzipschaltbild einer bekannten Ankopplungseinheit, an¬ schließend ein Auführungsbeispiel der Erfindung und schließlich mit der Ankopplungseinheit nach der Erfindung gewonnene Meßergebnisse dargestellt sind, die Erfindung noch näher erläutert. Im einzelnen zeigt:
Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer bekannten Ankopplungseinheit, wie bereits eingangs erwähnt;
Fig. 2 das Prinzipschaltbild einer Ankopplungs¬ einheit nach der Erfindung mit schematisch dargestellten Ankopplungsvierpolen zur Weiter¬ leitung der TE-Meßsignale an ein (hier nicht dargestelltes) TE-Meßgerät;
Fig. 3 der im Vergleich zu Fig. 2 detailliertere Schaltplan der Ankopplungseinheit nach Fig. 2 für eine einzelne Wicklungsphase des zugehörigen Turbogenerators ;
Fig. 1. eine schematisierte isometrische Dar¬ stellung der Ankopplungseinheit für eine ein¬ zelne Phase nach Fig. 3 in ihrer räumlichen Zuordnung zur Generatorableitung;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Hochspannungs¬ zelle einer einzelnen Generatorableitung mit drei Netzschutzkondensatoren und der An- kopplungseinheit;
Fig. 6 und 7 die bei einer breitbandigen HF- Störspannungsmessung über die Ankopplungsvier- pole gemessenen Teilentladungs- bzw. Abreiß- funkenpegel bei Betrieb eines Turbogenerators mit Nennleistung, und zwar zeigt im einzelnen: - - Fig. 6 die auf einer elliptischen Zeitachse dargestellte 50 Hz-Grundwelle der drei Leiter bzw. Generatorableitungen R, S und T mit einem gleichmäßigen, aufgeprägten Grundstörpegel der Teilentladungen, dem hohe Abreißfunkenimpulse überlagert sind, die im Leiter S besonders hoch in Erscheinung treten;
Fig. 7 die maximale scheinbare ^Ladung q in nC (Nano-Coulomb) dieser Abreißfunkenimpulse für die drei Leiter über der Zeit (in Minuten, min) aufgetragen.
Schließlich zeigt
Fig. 8 die mit einem schmalbandigen Pegelmesser gewonnenen TE-Meßkurven aR und a„ der Leiter R und S im Bereich zwischen 50 kHz und 800 kHz, ein sogenanntes Amplitudenfrequenz-Spektrum (Amplituden a1 über Frequenz f), wobei der Ma߬ stab auf der Ordinate in dB (= Dezibel) und auf der Abszisse in kHz angegeben ist.
Die in Fig. 1 dargestellte, als Ganzes mit SW bezeichnete Ständerwicklung eines Turbogenerators weist 2 Wicklungs¬ phasen sw1 , sw2 und sw3 auf, deren Wicklungsanschlüsse bzw. Generatorableitun-gs-Klemmen im einzelnen mit U bzw. V bzw. W bezeichnet sind. Auf der den Generatorklemmen U, V, W abgelegenen Seite der Ständerwicklung SW sind die einzelnen Wicklungsphasen zu einem gemeinsamen Sternpunkt oder Mittelpunkt Mp zusammengeschaltet, von welchem eine gemeinsame Erdungsleitung 3 über eine Sternpunktdrossel z und eine damit verbundene Meßimpedanz z.. an das Erd¬ potential B angeschlossen ist. 3.1 ist der Meßspannungs- anschluß der Meßimpedanz z«., an welchen eine als HF-Lei- tung angeschirmte TE-Meßleitung angeschlossen und zu einem in Fig. 1 nicht- näher dargestellten TE-Meßgerät geführt ist, was durch den Pfeil symbolisiert wird. Das TE-Me߬ gerät dieser bekannten, als Ganzes mit AEo bezeichneten Ankopplungseinheit kann aufgrund dieser Schaltung nicht unterscheiden, von welcher der einzelnen Phasenwicklungen sw1 , sw2 oder sw3 die einen Isolationsfehler andeutenden TE-Meßsignale kommen.
In Fig. 2 ist die Ankopplungseinheit nach der Erfindung sinngemäß zur Darstellung nach Fig. 1 im Prinzip darge¬ stellt. Auch dabei handelt es sich um eine Ankopplungs¬ einheit zur betriebsmäßigen Überwachung der Wicklung (was auch die Prüfung von Modellproben und Wicklungstei- len einschließt) und mindestens der an die Ableitungen angeschlossenen elektrischen Hochspannungsmaschinen, insbesondere der dreiphasigen Ständerwicklungen SW von Turbogeneratoren mit den einzelnen Phasenwicklungen sw1 , sw2 und sw3, die auch hier an einem Wicklungsende zu einem Sternpunkt Mp zusammengeschaltet sind. Am anderen Ende der Phasenwicklungen sind die den einzelnen Phasen U, V, W zugeordneten Generatorableitungen mit 5.1, 5.2 und 5.3 be¬ zeichnet (ebenso wie in Fig. 1).: Während aber bei dem Schaltbild nach Fig. 1 diese Generatorableitungen 5.1 bis 5-3 indirekt, d. h. über die einzelnen Phasenwicklungen sw1 usw. und die Sternpunktdrossel z am .Erdpotential an¬ geschlossen sind, sind die Generatorableitungen 5-1 bis 5.3 bei der Schaltung nach Fig. 2 direkt über ihre Netz¬ schutzkondensatoren C- , Cp, C , d. h. separat für jede einzelne Phase U, V, W, an das Erdpotential B angeschlos¬ sen, und zwar je einen HF-Ankopplungsvierpol x^ bzw. 2 bzw. x . Diese Ankopplungsvierpole mit den von ihnen ab¬ gehenden TE-Meßleitungen 4.1, 4.2, 4.3-gehören zu je einer phasenspezifischen Ankopplungseinheit AE1 , AE2, AE3, wobei die gesonderten TE-Meßleitungen 4.1 bis 4.3 zu einem auch in Fig. 2 nicht näher dargestellten TE-Meßgerät führen. Man erkennt also aus Flg. 2 bereits den Grundgedanken der Erfindung: Die Ankopplungseinheiten AE1 , AE2, AE3 sind phasenspezifisch, d. h. selektiv an je eine der drei Strän ge 5.1 , 5.2 und 5.3 der Generatorableitung 5 angekoppelt. Hierzu sind die Netzschutzkondensatoren C1 bis C-, jeder Phase über eine Meßimpedanz am Erdpotential B angeschlos¬ sen (die Meßimpedanz ist in den Ankopplungsvierpolen X-] bis X jeweils enthalten). Schließlich sind die von dem Meßstpannungsanschluß der jeweiligen Meßimpedanz zum "TE- Meßgerät geführten abgeschirmten Meßleitungen 4.1 bis 4.3 über ein Filter geführt (dieses ist in Fig. 2 je¬ weils nicht im einzelnen dargestellt, sondern als Vor- schalteinrichtung zu einem Teilentladungsmeßgerät zu denken) .
Fig. 3 zeigt detaillierter für eine einzelne Phase U der Generatorableitung 5.1 das Schaltbild einer phasenspezi¬ fischen Ankopplungseinheit, hier als Ganzes mit AE1 be¬ zeichnet. Der Netzschutzkondensator C, aus Fig. 2 ist hier in drei zueinander in Reihe geschaltete Netzschutz¬ kondensatoren C.._, , C, und C.. aufgeteilt. Diese Reihen¬ schaltung Ist über die Meßimpedanz R1 an das Erdpotential B angeschlossen. Man erkennt auch, daß die vom Meßspan- nungsanschluß 3.1 der Meßimpedanz R.. zum TE-Meßgerät 6 geführten abgeschirmten TE-Meßleitungen 4.1 über ein
Filter 7 geführt sind, außerdem über einen Meßverstärker 8. Das Filter kann ein breitbandiges sein, welches nur den Netzstörpegel unterdrückt, oder ein Hochpaßfilter, wenn man ein bestimmtes Frequenzspektrum näher untersuchen will. Parallel zur Meßimpedanz R_. ist ein normalerweise geöffneter Erdungstrenner 9 mit seinem Festkontakt 9.1 und seinem beweglichen Trennmesser 9-2 angeschlossen. Parallel zu der Parallelschaltung aus Meßimpedanz R.. und Erdungstrenner 9 ist je ein Überspannungsabieiter 10 und eine elektrische Durchschlagsicherung 11 angeschlos¬ sen. Der Erdungstrenner 9 wird geschlossen, wenn die Ankopplungseinheit AE1 nicht in Betrieb ist. Der über- spannungsableiter 10 und die Durchschlagsicherung 11 schützen die Meßimpedanz vor Zerstörung im Falle, daß von außen über die Generatorableitung 5.1 transiente- Überspannungen (z. B. aufgrund von Blitzeinschlägen) ankommen würden.
Die als geschirmtes Koaxialkabel ausgeführte Meßleitung 4.1 (vgl. dazu die nicht näher bezeichneten Symbole in Fig. 3) ist über die Kontaktstrecke eines Koaxial-Relais 12 geführt. Die Kontaktstrecke umfaßt mindestens einenUm¬ schaltkontakt k1 und einen Schließerkontakt k2, von denen der Umschaltkontakt k1 bei Meßbetrieb - wie dargestellt - eine Verbindung zwischen Meßleitung 4.1 und Meßspannungs- anschluß 3-1 der Meßimpedanz R- herstellt. Der Umschalt- kontakt k1 ist bei Außerbetriebnahme der Meßleitung 4.1 mit einem Erdkontakt kl 1 verbindbar. Dargestellt ist die Verbindung des Umschaltkontaktes k1 mit einem Gegenkon¬ takt k12 der Meßleitung. Der Schließerkontakt k2 ist bei Meßbetrieb, wie dargestellt, geöffnet,, er schließt sich dabei selbst kurz, und bei Außerbetriebnahme verbindet er den zugeordneten Gegenkontakt k12 der Meßleitung 4.1 mit dem Erdpotential. Die Relaisspule ist mit 12.1 be¬ zeichnet, die Wirkverbindung des nicht näher dargestellten Relaisankers mit den Umschalt- und Schließerkontakten ist gestrichelt angedeutet. Die abgeschirmte Relais- Schaltleitung ist mit 12.2 bezeichnet.
Fig. 4 zeigt eine entsprechend den räumlichen Gegeben- heiten und der Anzahl der verwendeten Netzschutz-Konden¬ satoren vorteilhafte räumliche Anordnung für das Schalt¬ bild, d. h. die einzelnen Schaltelemente und Leitungen nach Fig. 3, welche in Fig. 4 mit den gleichen Bezugs¬ zeichen versehen sind. Nachträglich sind die Anschluß- leitungen der Netzschutzkondensatoren C-- bis C~ - in der Reihenfolge von der Generatorableitung 5.1 bis hin zum Anschluß an die Meßimpedanz R.. mit a bis d in Fig. 3 bezeichnet und ebenso In Fig. 4. Von den 3 Netzschutzkon¬ densatoren nach Fig. 3 sind 2, nämlich c... und C_. p , über gestrichelt angedeutete Hochspannungs-Stützisolatoren SI._. und SI_.p auf geodätisch höherem Niveau angeordnet, bezogen auf das Flurniveau 13 der zugehörigen Hochspannungszelle. Der Netzschutzkondensator C._. ist über Stromschienen a direkt an die Generatorableitung 5.1 angeschlossen. Mit DI 11 bzw. DI 12 sind die Durchführungs-Isolatoren für die das hochliegende Potential führenden Kondensator¬ klemmen bzeichnet. Die andere Polarität des Kondensators C,_, ist über eine Gehäuse-Schaltverbindung b zum Gehäuse des Nachbar-Kondenstors C.p geführt. Von diesem geht die hochliegende Kondensatorklemme durch den Durchführungs- Isolator DI 12 und anschließend als Stromschienenver¬ bindung c zum dritten Netzschutzkondensator C.^, d. h. zu seiner hochliegenden Kondensatorklemme, die vom Durch¬ führungsisolator DI 13 umgeben ist. Die andere Polarität dieses unteren Netzschutzkondensators C...-. ist an dessen Gehäuse angeschlossen und ist als Schaltverbindungs- leitung d (vgl. Fig. 3) zum Meßspannungsanschluß 3.1 der Meßimpedanz R_. verlegt. Der dritte Netzschutzkonden¬ sator C.-, ist also auf tieferem Niveau als die anderen beiden Kondensatoren C- .. , C.p angeordnet, und zwar kurz oberhalb des Flurniveaus 13 der Hochspannungszelle 14 (vgl. Fig. 5), welche eine zugängliche Frontseite 14.1 aufweist, welche üblicherweise durch ein Drahtgitter ge¬ gen Zugang von außen abgesperrt ist. Der dritte bzw. un¬ terste Netzschutzkondensator C.^ ist mittels einer Iso- lierstoffplatte 15 unterlegt, so daß also von seinem Gehäuse keine direkte Erdverbindung zum unteren Flur¬ niveau 13 besteht. Eine metallische, geerdete Montage¬ platte 17, insbesondere eine Aluminiumplatte einer Stärke von ca. 20 bis 30 mm, der Ankopplungseinheit AE1 ist an einem Traggerüst (bei 16 angedeutet) in im wesentlichen vertikaler Position mit ihrer flächigen Seite in Front- richtung der Hochspannungszelle 14 weisend und vor dem dritten Schutzkondensator C. ^ und vor seiner Isolier¬ stoffplatte 15 montiert. Auf der Frontseite dieser Mon¬ tageplatte 17 sind der Meßwiderstand R , der überspannungs- ableiter 10, die Durchschlagsicherung 11, das Koaxial-Re¬ lais 12 und die verbindenden Schalt- und Anschlußleitungen befestigt bzw. verlegt.
Es wurde bisher nicht im einzelnen erläutert, daß die dargestellten Netzschutz-Kondensatoren ein kastenförmiges bzw. quaderförmiges Blechgehäuse aufweisen, was sich aber von selbst versteht. Jedoch ist die Erfindung auf solche NSK-Ao (= Netzschutzkondensator-Anordnungen) nicht be¬ schränkt; diese können auch zylindrisch und mit Kunst- stoffmantel ausgeführt sein.
Aus dem Grundriß der Fig. 5 erkennt man, daß innerhalb der Hochspannungszelle 14 von dem Koaxial-Relais 12 die koaxiale Meßleitung 4.1 und eine nicht näher dargestellte Schaltleitung (12.2 in Fig. 3) zur Betätigung des Ko¬ axial-Relais 12 durch ein Isolierrohr 18 hindurch zu einer Anschlußbuchsen-Anordnung 19 am frontseitigen Be¬ grenzungsgitter 20 der Hochspannungszelle 14 geführt sind; Im dargestellten Ausführungsbeispiel hatte der Meßwider- stand R,. eine Impedanz von 50 Ohm; er war für eine Band¬ breite zwischen 0 und 250 MHz ausgelegt und für eine Dau¬ erleistung von 300 W bzw. eine Leistung von 1 kW für eine Höchstdauer von einer Minute. Die nähere Typenbezeichnung des Meßwiderstandes R_j ist WELZ CT 300. Das Koaxial-Re- lais war von der Type CX-520 D, es hat eine-Schaltleistung von 300 W. Die Leistungsdaten des Überspannungsabieiters 10 sind 40 A/20 kV. Die Isolierstoffplatte 15 des un¬ teren Netzschutzkondensators C., ist als Hartglasgewebe¬ platte ausgeführt. Sie ist auf nicht näher ersichtlichen Stützen flächig abgestützt. Die mit je einer Ankopplungseinheit nach der Erfindung In den drei Generatorableitungen R, S und T eines in Be¬ trieb befindlichen 300 MW-Kraftwerkblockes gemessenen HF- Störpegel sind in den Fig. 6 bis 8 wiedergegeben. Man er- kennt deutlich höhere Störpegel, verursacht durch einen Fehler in einer der an Leiter bzw. Ableitung S angeschlos¬ senen Hochspannungswicklungen oder -gerate, sowohl durch die breitbandige Messung in Fig. 6 und 7 als auch durch die schmalbandige Messung in Fig. 8. Durch sukzessives Abschalten des Generators, des Maschinentrafos und der an die Ableitung S angeschlossenen Wandler für Schutzein¬ richtungen wurde ein fehlerhafter Hochspannungswandler für die Erdschlußüberwachung gefunden.
Ein Vergleich der Amplituden-Frequenzspektren im Bereich der größten Pegelunterschiede zwischen Leiter R bzw. T und Leiter "-S ergab dabei die folgende Tabelle:
Maximale Pegelunterschiede
Figure imgf000012_0001
Weitere Einzelheiten zum Arbeiten mit Teilentladungs-Meß- geräten, dessen Erläuterung im Rahmen dieser Anmeldung zu weit führen würde, finden sich in dem Aufsatz "Wicklungs- überwachung von elektrischen Maschinen durch Hochfrequenz- Meßverfahren" von Peter Grünewald, Jürgen Weidner und Arnold Wichmann, erschienen in der Zeitschrift "Sie ens- Energietechnik" 6 (1984) Heft 6 auf den Seiten 286 bis 289, mit weiteren Literaturhinweisen EU bis 193.
6 Ansprüche 8 Figuren

Claims

Patentansprüche
1. Ankopplungseinheit zur betriebsmäßigen Überwachung der Hochspannungswicklungen und der angeschlossenen elektri- sehen Ableitungen bei elektrischen Hochspannungs-Maschinen und -Apparaten, insbesondere der dreiphasigen Ständerwick¬ lung bei Turbogeneratoren einschließlich ihrer Generator¬ ableitungen und/oder bei Transformatoren un "Wandlern, mittels Teilentladungserfassung und Abreißfunkenmessung, wobei die vorgenannten Maschinen und Apparate über Gene¬ ratorableitungen oder andere Verbindungsleitungen mitein¬ ander verbunden und über Netzschutzkondensatoren am Erd¬ potential angeschlossen sind, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t,
- daß die Ankopplungseinheit (AE1 ; AE2; AE3) selektiv an je eine der drei Stränge (5.1, 5.2, 5-3) der Generator¬ ableitung (5) angekoppelt ist,
- daß hierzu die Netzschutzkondensatoren (C.,, C... , C_.p, G,-; C ; C-, ) jeder Phase über je eine Meßimpedanz (R_,)an
Erdpotential (B) angeschlossen sind,
- und daß die vom Meßspannungsanschluß (3.1) der Meßimpe¬ danz (R1 ) zum Teilentladungsmeßgerät (6) geführten ab¬ geschirmten Meßleitungen (4.1; 4.2; 4.3) über ein Fil- ter (7) geführt sind.
2. Ankopplungseinheit nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß parallel zur Meßimpe¬ danz (R..) ein normalerweise geöffneter Erdungstrenner (9) angeschlossen ist.
3. Ankopplungseinheit nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß parallel zu der Parallelschaltung aus Meßimpedanz (R1 ) und Erdungs- trenner (9) je ein Überspannungsabieiter (10) und eine elektrische Durchschlagsicherung (11) angeschlossen sind.
4. Ankopplungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die als abgeschirmtes Koaxialkabel ausgeführte Meßleitung (4.1) über die Kontaktstrecke eines Koaxial-Relais (12) geführt ist und die Kontaktstrecke mindestens einen Um¬ schaltkontakt (k1 - k12 - k11 ) und einen Schließerkontakt (k2 - k!2) umfaßt, von denen der Umschaltkontakt bei Meßbetrieb eine Verbindung zwischen Meßleitung (4.1) und Meßspannungsanschluß (3.1) der "Meßimpedanz ( . ) herstellt und bei Außerbetriebnahme der Meßleitung (4.1) mit einem Erdkontakt (k11) verbindbar ist, wogegen der Schließer¬ kontakt (k2 - k12) die Meßleitung (4.1) bei Außerbetrieb- nähme mit Erdpotential (B) verbindet und bei Meßbetrieb geöffnet ist.
5. Ankopplungseinheit nach Anspruch 3, mit einem oder meh¬ reren, insbesondere drei, in Reihe zueinander geschalteten Netzschutzkondensatoren je Generatorableitung, von denen zwei über Hochspannungs-Stützisolatoreri auf geodätisch höherem Niveau angeordnet, direkt an die Generatorablei¬ tung angeschlossen bzw. miteinander verbunden sind und von denen der dritte auf tieferem Niveau auf oder kurz über dem Flur des eine zugängliche Frontseite aufweisenden Hochspannungszelle angeordnet und über den Erdungstrenn¬ schalter mit dem Erdpotential verbindbar ist, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der dritte Schutzkondensator (C-, mittels einer Isolierstoffplatte (15) unterlegt ist und daß eine metallische, geerdete
Montageplatte (17) der Ankopplungseinheit (AE1 ) an einer Tragkonstruktion (16) montiert ist und daß auf der Front¬ seite der Montageplatte (17) der Meßwiderstand ( 1 ) der Überspannungsabieiter (10), die Durchschlagsicherung (11), das Koaxial-Relais (12) und die verbindenden Schalt- und Anschlußleitungen (d) befestigt bzw. verlegt sind. .6. Ankopplungseinheit. nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß von dem Koaxial-Relais (12) die koaxiale Meßleitung (4.1) und eine Schaltlei¬ tung (12.2) zur Betätigung des Koaxial-Relais (12) durch ein Isolierrohr (18) hindurch zu einer Anschlußbuchse (19) am frontseitigen Begrenzungsgitter (20) der Hochspannungs¬ zelle (14) geführt sind.
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