WO1994007151A1 - Auskopplung eines hochfrequenten fehlersignals in einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen grossmaschine - Google Patents

Auskopplung eines hochfrequenten fehlersignals in einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen grossmaschine Download PDF

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WO1994007151A1
WO1994007151A1 PCT/DE1993/000811 DE9300811W WO9407151A1 WO 1994007151 A1 WO1994007151 A1 WO 1994007151A1 DE 9300811 W DE9300811 W DE 9300811W WO 9407151 A1 WO9407151 A1 WO 9407151A1
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winding
error signal
frequency
earth line
earth
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PCT/DE1993/000811
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Inventor
Peter Grünewald
Jürgen WEIDNER
Reinhold Koziel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • G01R31/346—Testing of armature or field windings
    • 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 the decoupling of a high-frequency error signal from a high-frequency electromagnetic field in a large electrical machine with an electrical winding which extends along an axis and is delimited along the axis by two winding heads, and which is defined by a liquid one Coolant can be flowed through, which can flow into the winding on at least one winding head from an annular, arranged in front of this, consisting of an electrically conductive material and connected via an earth line to earth potential.
  • the invention relates in particular to the operational monitoring of a large electrical machine, especially to the detection and localization of damage due to a disturbance which is associated with the generation of a high-frequency electromagnetic field.
  • the invention is based on the object of specifying a possibility for decoupling a high-frequency error signal in a large electrical machine of the type mentioned in the introduction, in which largely only elements that are already present in the large machine are used. Both methods and devices are to be specified for this purpose.
  • the method according to the invention for decoupling a high-frequency error signal from a high-frequency electromagnetic field in a large electrical machine with an electrical winding which a) is stretched along an axis and is delimited along the axis by two winding heads; b) a liquid coolant can flow through, which coolant can flow into the winding on at least one winding head from an annular collecting chamber arranged in front of the winding head and made of an electrically conductive material and connected to earth potential via an earth line; is characterized in that the error signal is coupled out via the earth line of the collecting chamber.
  • the collection chamber which is already available for the supply or discharge of the liquid coolant, which according to the invention is an effective antenna for detecting the high-frequency electromagnetic field caused by partial discharges and other spark-generating processes in the large ⁇ machine was caused, was recognized.
  • the coupling of the collection chamber to this electromagnetic field is primarily capacitive; however, details in this regard are not important when implementing the invention.
  • Water is particularly suitable as the liquid coolant for cooling a large electrical machine, but it is also possible to use oil, among other things. Water has a low electrical conductivity and can therefore to a certain extent form electrical connections between an otherwise electrically insulated collecting chamber and other components of the large machine. However, it has been recognized in the context of the invention that such electrical connections do not significantly impair the action of the collecting chamber as an antenna for high-frequency error signals.
  • a water-cooled stator winding usually has winding bars which are inserted into grooves in a stator core stack consisting of layered ferromagnetic sheets and are partially hollow for guiding the coolant.
  • the winding ends at each end of the stator core in a so-called winding head, in which the winding bars are interconnected.
  • each winding rod has a connection to which a hose for connection to the collecting chamber for the coolant is connected.
  • the coolant usually flows through the winding from one winding head to the other; however, the application of the invention is not limited to such windings. Whether a collection chamber for the introduction of the coolant into the winding or the
  • coolant in the sense of the invention could also flow into the winding from a collecting chamber, which serves to discharge coolant from the winding within the scope of the specific embodiment.
  • It is expedient to decouple the error signal inductively from the ground line for which purpose, for example, a transformer that is effective for a high-frequency signal but practically ineffective for a signal with a frequency in the order of magnitude of common frequencies of power supply networks the earth line can be looped in or inserted.
  • a major advantage of this is that such an inductive coupling no longer depends on how the ground line is connected outside the large machine. As a rule, it is sufficient to lead the earth line to an earthing point over a sufficiently short path in accordance with customary practice.
  • a particularly advantageous development of the method according to the invention is characterized in that in a large electrical machine in which a collecting chamber with an associated earth line is arranged in front of each winding head, error signals are coupled out from each earth line; in other words, error signals are received from both axial ends of the winding, whereby more detailed statements about the causes of error signals are possible.
  • Such a comparison can relate both to the amplitudes of the error signals and to the phase position of the error signals relative to one another. In this way, a statement can be made about the positioning of the source of the high-frequency electromagnetic field causing the error signals along the axis.
  • the device for carrying out the method according to the invention has a high-frequency transformer with a primary winding looped into the ground line and a secondary winding from which the error signals can be removed.
  • a high-frequency transformer is understood to mean a transformer that is largely ineffective for a signal with a frequency that is in the order of the usual network frequencies of 50 Hz or 60 Hz, for a signal with a frequency above of approximately 100 kHz (this information is not to be understood as a restriction), however, is effective. Accordingly, a high-frequency transformer would be characterized as a transformer with windings whose inductances are not above the microhenry range.
  • the high-frequency transformer advantageously does not have a special primary winding, but the primary winding is provided by the earth line itself. This is the case, for example, in the case of a high-frequency transformer, in which the secondary winding is wound up in a toroidal shape and surrounds the earth line. This can be implemented relatively easily by means of a secondary winding wound on a toroidal core, the earth line being pushed through the toroidal core.
  • the toroidal core advantageously consists of a ferromagnetic material, preferably a ferrite or another material with high permeability.
  • a high-frequency transformer formed with such a ring core is sometimes also referred to as a "high-frequency current transformer".
  • the method according to the invention can be used in particular to determine spark formation in a large electrical machine, in particular in a turbogenerator, wherein sparking is concluded from the occurrence of a high-frequency error signal.
  • the method is particularly qualified for detecting a high-frequency error signal which has a frequency above approximately 100 kHz, in particular between 100 kHz and 300 MHz, preferably between 1 MHz and 100 MHz; This is particularly so because the dimensions of a common collecting chamber in a large liquid-cooled electrical machine enable an effective antenna effect, especially for frequencies in these areas, and because high-frequency transformers in particular are readily available for frequencies in these areas.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a large electrical machine strengthened according to the invention
  • Fig. 2 shows an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 1 shows essential components of a large electrical machine that is used to implement the invention.
  • the large electrical machine has an electrical winding 1 which is stretched along the axis 2.
  • the winding 1 runs for the most part within a stator core 10 which is also elongated along the axis 2 and is delimited along the axis 2 by two winding heads 3 which are outside the Stator laminated core 10 lie.
  • Stator core 10 form the stator of the large electrical machine; A rotor that can be rotated about axis 2 is arranged in this stand, which is not shown for the sake of clarity.
  • a liquid coolant in particular water
  • the coolant is supplied from a collecting chamber 5 via coolant hoses 18 to the winding 1 at one of the winding heads 3 and is removed from the winding 1 again in the same way at the other winding head 3.
  • a collecting chamber 5 usually consists of an electrically conductive material, usually of a metal such as a steel alloy.
  • a collecting chamber 5 In order to avoid electrostatic charging and to avoid impairments to the magnetic field required for operating the large electrical machine, such a collecting chamber 5 must be connected to earth potential, preferably via an earth line 4, as shown.
  • a high-frequency electromagnetic field which arises in the event of a malfunction in the large electrical machine produces a high-frequency error signal which can be coupled out via the ground line 4 of the collecting chamber 5, for which, as shown, the primary winding 7 of a high-frequency transformer 6 is looped into the ground line 4 .
  • the high-frequency transformer 6 has a secondary winding 8, into which the high-frequency error signal is coupled by induction and from which it is derived via a high-frequency cable 19, in particular a coaxial cable.
  • Each winding head 3 has an associated collecting chamber 5 with a respective earth line 4, and a high-frequency transformer 6 is looped into each earth line 4. In this way, high-frequency errors Received signals at both axial ends of the large electrical machine and compared to determine a location where they were caused.
  • a supply pipe 11 is connected to the collecting chamber 5 and is cut out by a recess in the machine housing 14 of the large electrical machine this is brought out.
  • the feed pipe 11 is supported with a flange 12 against the machine housing 14, a first insulation 13 being inserted between the flange 12 and the machine housing 14.
  • Connected to the feed pipe 11 is a feed pipe 15 leading away from the large electrical machine, which is supported with a flange 16 against a second insulation 17 resting on the flange 12 of the feed pipe 11.
  • the ground line 4 is connected to the feed pipe 11 anchored to the machine housing 14 as described, e.g. screwed on; it leads from the feed pipe 11 to a grounding point, not shown.
  • the earth line 4 is inserted through a ring core 9 wound with a secondary winding 8 and thus forms the primary winding of a high-frequency transformer 6.
  • a high-frequency cable 19, in the present example a double line, is connected to the secondary winding 8 of the high-frequency transformer 6.
  • a coaxial cable could also be used.
  • the decoupling according to the invention of a high-frequency error signal from a high-frequency electromagnetic field in a coolable with a liquid coolant Large electrical machine largely uses a component that is already present in the large machine and takes advantage of the effect of this component, namely the collecting chamber for the coolant, as an antenna.
  • the decoupling can be implemented with relatively simple means and is qualified for the operational monitoring of a large electrical machine, possibly in conjunction with further sensors and methods.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Auskopplung eines hochfrequenten Fehlersignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld in einer elektrischen Großmaschine, insbesondere einem Turbogenerator, mit einer elektrischen Wicklung (1), die entlang einer Achse (2) gestreckt und entlang dieser Achse (2) von zwei Wickelköpfen (3) begrenzt ist, und die von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist, welches an zumindest einem Wickelkopf (3) aus einer vor diesem angeordneten, ringförmigen, aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehenden und über eine Erdleitung (4) an Erdpotential angeschlossenen Sammelkammer (5) in die Wicklung (1) einströmen kann. Erfindungsgemäß wird das Fehlersignal über die Erdleitung (4) der Sammelkammer (5) ausgekoppelt. Zu diesem Zweck ist vorteilhafterweise in die Erdleitung (4) ein Hochfrequenz-Transformator (6) eingeschleift. Erfindungsgemäß ist die Feststellung einer Funkenbildung in einer elektrischen Großmaschine durch Nachweis des von einem Funken verursachten hochfrequenten Feldes relativ einfach möglich. Die Erfindung ermöglicht besonders effiziente Verfahren zur betrieblichen Überwachung einer elektrischen Großmaschine, insbesondere eines Turbogenerators.

Description

AUSKOPPLUNG EINES HOCHFREQUENTEN FEHLERSIGNALS IN EINER FLÜSSIGKEITSGEKÜHLTEN ELEKTRISCHEN GROSSMASCHINE
Die Erfindung betrifft die Auskopplung eines hochfrequen¬ ten Fehlersignals aus einem hochfrequenten elektromagne¬ tischen Feld in einer elektrischen Großmaschine mit einer elektrischen Wicklung, welche entlang einer Achse ge¬ streckt und entlang der Achse von zwei Wickelköpfen be- grenzt ist, und welche von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist, welches an zumindest einem Wickelkopf aus einer vor diesem angeordneten, ringförmigen, aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehenden und über eine Erdleitung an Erdpotential angeschlossenen Sammelkammer in die Wicklung einströmen kann.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die betrieb¬ liche Überwachung einer elektrischen Großmaschine, vor allem auf die Erkennung und Lokalisierung eines Schadens aufgrund einer Störung, die mit der Erzeugung eines hoch¬ frequenten elektromagnetischen Feldes verbunden ist. Im Einzelnen wird Bezug genommen auf Störungen beim Betrieb einer elektrischen Großmaschine, bei denen im Rahmen von Teilentladungen oder dergleichen Funken entstehen.
Unter "elektrischen Großmaschinen" werden im vorliegenden Zusammenhang insbesondere Großgeneratoren wie z. B. Turbo¬ generatoren mit elektrischen Leistungen von 50 MVA und mehr verstanden; speziell wird Bezug genommen auf wassergekühlte Turbogeneratoren mit Leistungen im Bereich von 1000 MVA.
Die Erkennung und Lokalisierung eines Schadens in .einer Anlage mit einer elektrischen Großmaschine findet ein ständig wachsendes Interesse im Bestreben, die Verfügbar- keit der Anlage zu erhöhen und einen Schaden möglichst frühzeitig, womöglich sogar vorausschauend und vorzugs¬ weise während des regulären Betriebs der Anlage, zu er¬ kennen. Dabei ist auch von Bedeutung, daß digitale Rechen¬ anlagen zur Auswertung der Signale aus komplexen Über- wachungssystemen in zunehmendem Umfang kostengünstig zur Verfügung stehen.
Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung und Lokalisie¬ rung von Schäden in Anlagen mit elektrischen Großmaschinen gehen hervor aus der DE-34 08 256 C2, der DE-35 26 149 AI, der DE-39 18 116 AI, der EP 0 228 613 Bl, der EP 0 241 764 Bl sowie dem US- Patent 4,949,001. Aus diesen Schriften sind sowohl ganze Systeme zur Erkennung und Lokalisierung von Schäden in Anlagen mit elektrischen Großmaschinen mit Auswertungen von hochfrequenten Fehler¬ signalen als auch Einzelheiten zur Auskopplung hochfre¬ quenter Fehlersignale aus hochfrequenten elektromagne¬ tischen Feldern in elektrischen Anlagen erkennbar. Auf den Inhalt dieser Schriften wird zur Vermeidung weiterer Wiederholungen ausdrücklich Bezug genommen.
Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Auskopplung eines hoch¬ frequenten Fehlersignals aus einem hochfrequenten elektro¬ magnetischen Feld in einer elektrischen Großmaschine ist die bestmögliche Ausnutzung ohnehin vorhandener Bauele¬ mente und Einrichtungen, um ein von Betriebsstörungen und dergleichen verursachtes hochfrequentes elektromagne¬ tisches Feld sicher nachzuweisen, ohne es zu beeinträch¬ tigen oder gar abzuschirmen; darüberhinaus sind auch ökono- mische Gesichtspunkte wichtig, da diese allzu komplexe
Systeme von Sensoren zur Betriebsüberwachung elektrischer Großmaschinen unvorteilhaft erscheinen lassen können. Schließlich sprechen auch Erwägungen zur Belastbarkeit und zum Wirkungsgrad einer elektrischen Großmaschine gegen eine allzu großzügige Gewährung von Platz für Systeme zur Betriebsüberwachung. Dementsprechend basiert die Erfindung auf der Aufgabe, bei einer elektrischen Großmaschine der in der Einleitung genannten Art eine Möglichkeit zur Aus¬ kopplung eines hochfrequenten Fehlersignals anzugeben, bei der weitestgehend ausschließlich auf ohnehin vorhandene Elemente in der Großmaschine zurückgegriffen wird. Es sollen hierzu sowohl Verfahren als auch Vorrichtungen an¬ gegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auskopplung eines hoch¬ frequenten Fehlersignals aus einem hochfrequenten elektro¬ magnetischen Feld in einer elektrischen Großmaschine mit einer elektrischen Wicklung, welche a) entlang einer Achse gestreckt und entlang der Achse von zwei Wickelköpfen begrenzt ist; b) von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist, welches Kühlmittel an zumindest einem Wickelkopf aus einer vor dem Wickelkopf angeordneten, ringförmigen, aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehenden und über eine Erdleitung an Erdpotential angeschlossen¬ en Sammelkammer in die Wicklung einströmen kann; ist dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal über die Erdleitung der Sammelkammer ausgekoppelt werden.
Zur Auskopplung des hochfrequenten Fehlersignals wird zu¬ rückgegriffen auf die ohnehin für die Zu- oder Abführung des flüssigen Kühlmittels vorhandene Sammelkammer, welche erfindungsgemäß als wirksame Antenne zum Nachweis des hoch¬ frequenten elektromagnetischen Feldes, das durch Teilent- ladungen und andere funkenbildende Prozesse in der Gro߬ maschine verursacht wurde, erkannt worden ist. Die Kopp¬ lung der Sammelkammer an dieses elektromagnetische Feld ist dabei in erster Linie kapazitiv; auf diesbezügliche Einzelheiten kommt es allerdings bei der Realisierung der Erfindung nicht an. Als flüssiges Kühlmittel kommt zur Kühlung einer elektri¬ schen Großmaschine insbesondere Wasser in Frage, es ist jedoch unter anderem auch die Verwendung von Öl möglich. Wasser hat zwar eine geringe elektrische Leitfähigkeit und vermag somit zu einem gewissen Grad elektrische Verbindun¬ gen zwischen einer ansonsten elektrisch isolierten Sammel¬ kammer und anderen Komponenten der Großmaschine zu bilden. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch erkannt worden, daß derartige elektrische Verbindungen die Wirkung der Sammel- kammer als Antenne für hochfrequente Fehlersignale nicht wesentlich beeinträchtigen.
Als mit einem flüssigen Kühlmittel kühlbare Wicklung einer elektrischen Großmaschine kommt in erster Linie eine räum- lieh feststehende wassergekühlte Ständerwicklung in Frage, wie sie als solche aus dem Stand der Technik hervorgeht. Eine wassergekühlte Ständerwicklung weist üblicherweise Wicklungsstäbe auf, die in Nuten eines aus geschichteten ferromagnetischen Blechen bestehenden Ständerblechpaketes eingelegt und zur Führung des Kühlmittels teilweise hohl sind. Die Wicklung endet an jedem Ende des Ständerblech¬ paketes in einem sogenannten Wickelkopf, in dem die Wick¬ lungsstäbe untereinander verschaltet sind. In einem Wickelkopf hat jeder Wicklungsstab einen Anschluß, an den ein Schlauch zur Verbindung mit der Sammelkammer für das Kühlmittel angeschlossen ist. Das Kühlmittel durchströmt die Wicklung üblicherweise von einem Wickelkopf zum anderen; die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf solche Wicklungen beschränkt. Ob eine Sammelkammer der Einleitung des Kühlmittels in die Wicklung oder der
Abführung des Kühlmittels aus der Wicklung dient, ist für die Belange der Erfindung nicht wesentlich; es wird be¬ merkt, daß Kühlmittel im Sinne der Erfindung auch aus einer Sammelkammer in die Wicklung einströmen könnte, welche im Rahmen der konkreten Ausgestaltung der Abführung von Kühlmittel aus der Wicklung dient. Günstig ist es, das Fehlersignal induktiv aus der Erdlei¬ tung auszukoppeln, wofür beispielsweise ein für ein Hoch¬ frequenz-Signal wirksamer, für ein Signal mit einer Fre¬ quenz in der Größenordnung üblicher Frequenzen von Strom- Versorgungsnetzen jedoch praktisch unwirksamer Transfor¬ mator in die Erdleitung eingeschleift oder eingefügt sein kann. Ein wesentlicher Vorteil davon liegt darin, daß es bei einer solchen induktiven Auskopplung nicht mehr wesent¬ lich daauf ankommt, wie die Erdleitung außerhalb der Groß- maschine verschaltet ist. Es ist in der Regel ausreichend, die Erdleitung entsprechend üblicher Praxis über einen hinreichend kurzen Weg zu einem Erdungspunkt zu führen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektrischen Großmaschine, in der vor jedem Wickel¬ kopf eine Sammelkammer mit einer zugehörigen Erdleitung angeordnet ist, von jed_er Erdleitung Fehlersignale ausge¬ koppelt werden; mit anderen Worten werden Fehlersignale von beiden axialen Enden der Wicklung erhalten, wodurch detailliertere Aussagen über Ursachen von Fehlersignalen möglich sind. Insbesondere ist es möglich, die von verschiedenen Erdleitungen ausgekoppelten Fehlersignale miteinander zu vergleichen zur Ermittlung eines Bereiches in der Großmaschine, wo die Fehlersignale verursacht wurden. Ein solcher Vergleich kann sich sowohl auf die Amplituden der Fehlersignale als auch auf die Pha¬ senlage der Fehlersignale relativ zueinander beziehen. Auf diese Weise kann jedenfalls eine Aussage gewonnen werden über die Positionierung der Quelle des die Fehlersignale verursachenden hochfrequenten elektromagnetischen Feldes entlang der Achse. Unter Berücksichtigung von Eich-messungen und/oder vorher gemachten Erfahrungen sind möglicherweise weiter detaillierte Aussagen ableitbar. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung weist einen Hochfrequenz-Transformator auf mit einer in die Erdleitung eingeschleiften Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, von der die Fehlersignale abnehm- bar sind.
Unter einem Hochfrequenz-Transformator wird im vorliegenden Zusammenhang ein Transformator verstanden, der für ein Signal mit einer Frequenz, die in der Größenordnung der üblichen Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz liegt, weit¬ gehend unwirksam, für ein Signal mit einer Frequenz ober¬ halb von etwa 100 KHz (diese Angabe ist nicht als Be¬ schränkung zu verstehen) jedoch wirksam ist. Dementsprech¬ end wäre ein HochfrequenzTransformator zu charakterisieren als Transformator mit Wicklungen, deren Induktivitäten nicht oberhalb des Mikrohenry-Bereichs liegen.
Vorteilhafterweise weist der Hochfrequenz-Transformator keine besondere Primärwicklung auf, sondern die Primär- Wicklung ist durch die Erdleitung selbst gegeben. Dies ist beispielsweise bei einem Hochfrequenz-Transformator der Fall, bei dem die Sekundärwicklung etwa toroidförmig auf¬ gewickelt ist und die Erdleitung umgibt. Solches ist relativ einfach ausbildbar mittels einer auf einen Ring- kern gewikkelten Sekundärwicklung, wobei die Erdleitung durch den Ringkern hindurchgesteckt wird. Der Ringkern besteht vorteilhafterweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff, vorzugsweise einem Ferrit oder einem anderen Werkstoff mit hoher Permeabilität. Ein mit einem solchen Ringkern gebildeter Hochfrequenz-Transformator wird ge¬ legentlich auch als "Hochfrequenz-Stromwandler" be¬ zeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar zur Feststellung von Funkenbildungen in einer elektrischen Großmaschine, insbesondere in einem Turbogenerator, wobei aus dem Auftreten eines hochfrequenten Fehlersignals auf eine Funkenbildung geschlossen wird.
Das Verfahren ist besonders qualifiziert zum Nachweis eines hochfrequenten Fehlersignals, welches eine Frequenz ober¬ halb von etwa 100 kHz, insbesondere zwischen 100 kHz und 300 MHz, vorzugsweise zwischen 1 MHz und 100 MHz hat; dies insbesondere deshalb, weil die Abmessungen einer üblichen Sammelkammer in einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen Großmaschine eine wirksame Antennenwirkung vor allem für Frequenzen in diesen Bereichen ermöglichen, und weil für Frequenzen in diesen Bereichen insbesondere Hochfrequenz- Transformatoren problemlos verfügbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der
Zeichnung erläutert. Zur Verdeutlichung bestimmter Einzel¬ heiten sind die Zeichnungen teilweise schematisch und/oder leicht verzerrt gehalten; für eventuell nicht aus der Zeichnung hervorgehende übliche Merkmale einer elektrisch- en Großmaschine wird auf die zitierten Dokumente des
Standes der Technik sowie das einschlägige allgemeine Fach¬ wissen verwiesen. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäß ertüchtigten elektrischen Großmaschine; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt wesentliche Komponenten einer elektrischen Großmaschine, die zur Realisierung der Erfindung ertüch- tigt ist. Die elektrische Großmaschine weist eine elek¬ trische Wicklung 1 auf, welche entlang der Achse 2 ge¬ streckt ist. Die Wicklung 1 verläuft zum großen Teil innerhalb eines ebenfalls entlang der Achse 2 gestreckten Ständerblechpaketes 10 und ist entlang der Achse 2 be- grenzt von zwei Wickelköpfen 3, welche außerhalb des Ständerblechpaketes 10 liegen. Die Wicklung 1 und das
Ständerblechpaket 10 bilden den Ständer der elektrischen Großmaschine; in diesem Ständer anzuordnen ist ein um die Achse 2 drehbarer Rotor, welcher der Übersicht halber nicht dargestellt ist. Die Wicklung 1 ist zum Zwecke der Kühlung von einem flüssigen Kühlmittel, insbesondere Wasser, durchströmbar. Das Kühlmittel wird aus einer Sammelkammer 5 über Kühlmittelschläuche 18 der Wicklung 1 an einem der Wickelköpfe 3 zugeführt und auf dieselbe Art an dem anderen Wickelkopf 3 von der Wicklung 1 wieder ab¬ geführt. Weitere Rohrsysteme, Pumpen, Wärmetauscher und dergleichen Komponenten zur Realisierung eines vollständi¬ gen Kreislaufs für das Kühlmittel sind der Übersicht halber nicht dargestellt. Eine Sammelkammer 5 besteht üblicher- weise aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, und zwar in der Regel aus einem Metall wie z.B. einer Stahllegie¬ rung. Zur Vermeidung von elektrostatischer Aufladung und zur Vermeidung von Beeinträchtigungen für das zum Betrieb der elektrischen Großmaschine erforderliche Magnetfeld muß eine solche Sammelkammer 5 auf Erdpotential gelegt werden, vorzugsweise über eine Erdleitung 4, wie dargestellt. Er¬ findungsgemäß bewirkt ein bei einer Betriebsstörung in der elektrischen Großmaschine entstehendes hochfrequentes elektromagnetisches Feld ein hochfrequentens Fehlersignal, das über die Erdleitung 4 der Sammelkammer 5 auskoppelbar ist, wofür, wie dargestellt, in die Erdleitung 4 die Primärwicklung 7 eines Hochfrequenz-Transformators 6 eingeschleift ist. Der Hochfrequenz-Transformator 6 hat eine Sekundärwicklung 8, in die das hochfrequente Fehler- signal durch Induktion eingekoppelt und aus der es über ein Hochfrequenzkabel 19, insbesondere ein Koaxialkabel, abgeleitet wird. Jeder Wickelkopf 3 weist eine zugehörige Sammelkammer 5 mit jeweiliger Erdleitung 4 auf, und in jede Erdleitung 4 ist ein Hochfrequenz-Transformator 6 eingeschleift. Auf diese Weise können hochfrequente Feh- lersignale an beiden axialen Enden der elektrischen Gro߬ maschine erhalten und zur Ermittlung eines Ortes, an dem sie verursacht wurden, miteinander verglichen werden.
Fig. 2 zeigt im Rahmen einer Ausgestaltung der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung eine Möglichkeit zur Einbeziehung einer Erdleitung 4 in einen Hochfrequenz-Transformator 6. An die Sammelkammer 5 schließt sich ein Zuleitungsrohr 11 an, welches durch eine Ausnehmung in dem Maschinengehäuse 14 der elektrischen Großmaschine aus dieser herausgeführt ist. Das Zuleitungsrohr 11 stützt sich mit einem Flansch 12 gegen das Maschinengehäuse 14 ab, wobei zwischen den Flansch 12 und das Maschinengehäuse 14 eine erste Isolie¬ rung 13 eingefügt ist. An das Zuleitungsrohr 11 schließt sich ein von der elektrischen Großmaschine wegführendes Ableitungsrohr 15 an, welches mit einem Flansch 16 gegen eine auf dem Flansch 12 des Zuleitungsrohres 11 aufliegen¬ de zweite Isolierung 17 abgestützt ist. Mittel zur Fixie¬ rung des Zuleitungsrohres 11 und des Ableitungsrohres 15 an dem Maschinengehäuse 14 sind nicht dargestellt; hierfür wird auf die einschlägigen Kenntnisse des Fachmanns ver¬ wiesen. An das wie beschrieben isoliert an dem Maschinen¬ gehäuse 14 verankerte Zuleitungsrohr 11 ist die Erdleitung 4 angeschlossen, z.B. angeschraubt; sie führt von dem Zu- leitungsrohr 11 zu einem nicht dargestellten Erdungspunkt. Die Erdleitung 4 ist durch einen mit einer Sekundärwick¬ lung 8 bewickelten Ringkern 9 hindurchgesteckt und bildet somit die Primärwicklung eines Hochfrequenz-Transformators 6. An die Sekundärwicklung 8 des Hochfrequenz-Transfor- mators 6 angeschlossen ist ein Hochfrequenzkabel 19, im vorliegenden Beispiel eine Doppelleitung. Selbstverständ¬ lich könnte auch ein Koaxialkabel verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Auskopplung eines hochfrequenten Fehlersignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld in einer mit einem flüssigen Kühlmittel kühlbaren elektrischen Großmaschine greift weitgehend zurück auf eine Komponente, die in der Großmaschine ohnehin vorhanden ist und nützt die Wirkung dieser Komponente, namentlich der Sammelkammer für das Kühlmittel, als Antenne vorteil¬ haft aus. Die Auskopplung ist mit relativ einfachen Mitteln realisierbar und ist qualifiziert für die betrieb¬ liche Überwachung einer elektrischen Großmaschine, ggf. in Verbindung mit weiteren Sensoren und Verfahren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Auskopplung eines hochfrequenten Fehler¬ signals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld in einer elektrischen Großmaschine mit einer elektrischen Wicklung (1), welche a) entlang einer Achse (2) gestreckt und entlang der Achse (2) von zwei Wickelköpfen (3) begrenzt ist; b) von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist, welches an zumindest einem Wickelkopf (3) aus einer vor dem Wikkelkopf (3) angeordneten, ringförmigen, aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehenden und über eine Erdleitung (4) an Erdpotential angeschlossenen Sammelkammer (5) in die Wicklung (1) einströmen kann; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Fehlersignal über die Erdleitung (4) ausgekoppelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Fehlersignal induktiv aus der Erdleitung (4) ausgekoppelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem vor jedem Wickelkopf (3) eine Sammelkammer (5) mit einer zugehörigen Erdleitung (4) angeordnet ist und von jeder Erdleitung (4) ein Fehlersignal ausgekoppelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die von verschiede¬ nen Erdleitungen (4) ausgekoppelten Fehlersignale mitein¬ ander verglichen werden zur Ermittlung eines Bereiches in der Großmaschine, wo die Fehlersignale verursacht wurden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen Hochfrequenz- Transformator (6) mit einer in die Erdleitung (4) einge- schleiften Primärwicklung (7) und einer Sekundärwicklung (8), von der das Fehlersignal abnehmbar ist, aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Erdleitung (4) selbst die Primärwicklung (7) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Sekundärwick- lung (8) etwa toroidförmig aufgewickelt ist und die Erd¬ leitung (4) umgibt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Sekundärwick¬ lung (8) auf einen Ringkern (9), welcher insbesondere aus einem ferro agnetischem Werkstoff, vorzugsweise einem
Ferrit oder einem anderen Werkstoff mit hoher Permeabili¬ tät besteht, aufgewickelt ist.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Feststellung einer Funkenbildung in einer elektri¬ schen Großmaschine, insbesondere in einem Turbogenerator, wobei aus dem Auftreten eines hochfrequenten Fehlersignals auf die Funkenbildung geschlossen wird.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Nachweis eines hochfrequenten Fehlersignals, welches eine Frequenz oberhalb von etwa 100 kHz, ins¬ besondere zwischen 100 kHz und 300 MHz, vorzugsweise zwischen 1 MHz und 100 MHz, hat.
PCT/DE1993/000811 1992-09-22 1993-09-07 Auskopplung eines hochfrequenten fehlersignals in einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen grossmaschine WO1994007151A1 (de)

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DE19924231713 DE4231713C2 (de) 1992-09-22 1992-09-22 Auskopplung hochfrequenter Fehlersignale aus einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen Großmaschine

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