RU1781779C - Статор высоковольтной электрической машины - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : датчик системы контрол  размещен на измерительной площадке безопасности, впрессованной с внешней стороны изол ции контролируемого участка обмотки, Площадка включает в себ  электрод (5) из металлической фольги, повтор ющий конфигурацию основани  датчика, и противокоронное покрытие из полупровод щей эмали (4). Оно выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде по ска шириной, завис щей от номинального напр жени  машины. Его удельное сопротивление увеличиваетс  по мере удалени  от кра  электрода. Электрод и один из выводов датчиков соединены заземл ющим проводом (6) с заземленным корпусом статора электрической машины. Датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке с помощью изол ционного бандажа. 3 ил. ( хэ с/ С :ъ оо д 4 Ю п Фиг 1

Description

Изобретение относитс  к крупному лектромашиностроении и может быть исользовано при изготовлении и эксплуатаии высоковольтных турбо- и идрогенераторов, в частности дл  диагнотики эксплуатационного состо ни  торцоых частей обмотки статора.

Контроль параметров эксплуатационного состо ни  торцовых частей высоковольтной обмотки статора ( температуры, влажнени , вибрации, деформации, термоеханического перемещени  и др.) с использованиемдатчиковс лектропроводной св зью (термопреобра- зователей сопротивлени , психрометров, вибропреобразователей, тензобалочек и др.) при установке их непосредственно на лобовые части по аналогии с установкой датчиков на обмотку в пазах заземленного сердечника статора не представл етс  возможным из-за высокого напр жени  на них. Размещение датчиков на лобовых част х недопустимо прежде всего по соображени м электробезопасности из-за возможного высокого потенциала через электропровод- нуга св зь к измерительному прибору и поражени  током испытател , а также из-за возможного повреждени  как датчика от воздействи  скольз щих разр дов, корони- ровани  и ионизации у его основани , так и пробо  обмотки на него при повреждении изол ции под воздействием этих же факторов .

В св зи с изложенным в известных конструкци х датчики вынуждено располагают на некотором удалении от поверхности изол ции обмотки на промежуточных обоймах из электроизол ционного материала.

Дл  обеспечени  защиты испытател  от поражени  электрическим током, а также предотвращени  повреждени  датчика и изол ции обмотки обойме, установленной между обмоткой и датчиком, приданы в зависимости от напр жени  такие размеры, чтобы гарантировать электрическую прочность изол ции обмотки, отсутствие коро- нировани  и скольз щих разр дов у датчика при работе и профилактических испытани х обмотки повышенным напр жением . Изол ционна  обойма с прикрепленным датчиком устанавливаетс  на клею и бандажируетс  шнуром к стержню обмотки.

Наличие промежуточного элемента между датчиком и контролируемым объектом привносит дополнительную погрешность при измерении параметров из-за ослаблени  обоймы с датчиком и по влени  люфта, отделени  датчика от объекта контрол  и др., а в р де случаев делает невозможным проведение измерений в услови х ограниченного пространства лобовых частей высоковольтной обмотки.

Услови  электробезопасности при проведении измерений, помимо требовани  ус- тановки балластной изол ционной обоймы в известном устройстве, налагают также дополнительно жесткие ограничени  по напр жению в месте расположени  дат0 чиков контролируемого объекта до величины не более 1000 В. Турбо- и гидрогенераторы выполн ютс  на номинальные напр жени  значительно выше 1000 В, и поэтому указанное требование не

5 выполн етс . Однако при учете конструктивных особенностей обмотки (например, соединенно обмотки в звезду) и электромагнитных процессов в статоре, обуславливающих распределение генерируемого

0 напр жени  в обмотке по длине фазы от нулевого значени  у нейтрального (нулевого ) вывода до величины фазного напр жени  у главного (линейного) вывода, требование электробезопасности удалось

5 выдержать в известных решени х лишь на части обмотки. При указанном распределении напр жени  по длине фазы низковольтна  часть обмотки, допускаема  дл  размещени  датчиков, примыкает к нуле0 вым выводам. В режиме нагрузки в генераторах с наиболее распространенным номинальным напр жением от 10,5 до 24 кВ эта часть обмотки с рабочим напр жением относительно земли до 1000 В включает в

5 себ  1...2 стержн  из 20...30 стрежней на фазу в турбогенераторах и до 10 стержней из сотен стержней на фазу в гидрогенераторах . Отсюда следует, что система диагностики эксплуатационного состо ни  может

0 охватить лишь незначительную часть торцовой зоны обмотки статора, не превышающую 5% всей ее совокупности, и не обеспечивает эксплуатационную надежность машины.

5 Следует отметить, что по услови м электробезопасности контроль состо ни  лобовых частей низковольтной части обмотки при работе под нагрузкой (даже при столь ограниченном объеме контрол ) провод т,

0 как правило, эпизодически в экстремальных ситуаци х при оценке возможности дальнейшей эксплуатации, например, при недопустимо больших виброперемещени х. В этом случае во врем  измерений должны

5 быть прин ты меры предосторожности, обеспечивающие защиту персонала, провод щего измерение, от полного напр жени  генератора, а также предотвращающие повреждение измерительной аппаратуры. С этой целью измерительные провода от датчиков группируютс  в жгуты пофазно, а их изол ци  по отношению к корпусу и между собой провер етс  испытательным напр жением , равным (1,0...1,5) Ином. Измерительные приборы и оператор должны находитьс  на измерительной высоковольтной подставке, изолированной и также испытанной относительно корпуса напр жением не менее 1,5 Ином. Кроме того , дл  предупреждени  аварии на врем  проведени  измерений в режиме нагрузки защита генератора от замыканий на землю обмотки статора настраиваетс  на отключение генератора без выдержки времени, так как замыкани  сопровождаютс  большим электродинамическими нагрузками. После проведени  измерений датчики и их электропроводка демонтируетс  с низковольтной части обмотки.

Высоковольтна  часть обмотки (находитс  под напр жением свыше 1000 В), составл юща  большую часть торцовой зоны - не менее 95%, - при известной конструкции установки датчиков и методах измерени  в процессе эксплуатации находитс  в зоне нечувствительности защиты и остаетс  вне контрол . Расширенный контроль этой торцовой зоны обмотки приходитс  проводить только в специальном испытательном режиме генератора при установившемс  трехфазном коротком замыкании обмотки, когда ток статора может быть равным номинальному , а напр жение на всей обмотке существенно ниже 1000 В, К такому контролю прибегают в ограниченных случа х, например , при исследовании торцовой зоны обмотки статора головных образцов турбо- и гидрогенераторов дл  проверки прин тых принципиально новых конструктивных решений .

Наиболее близким к предлагаемому устройству  вл етс  статор, в низковольтной части обмотки которого на поверхности корпусной изол ции лобовых частей установле- ны датчики через промежуточные изол ционные обоймы, размеры которых обеспечивают электробезопасность, сохранность датчиков и обмотки при измерении под нагрузкой.

Недостатком этой конструкции  вл етс  то, что она не позвол ет охватить контролем всю торцовую зону обмотки, так как датчики установлены на ограниченной, не превышающей 5% общего объема, части обмотки в пределах низковольтной зоны ее. Размещение датчиков на изол ционных обоймах вносит дополнительную погрешность в измерении из-за удаленности датчика контрол  и из-за возможного ослаблени  креплени  обоймы в процессе работы. Увеличение габаритов обоймы с ростом напр жени  на объекте не позполит разместить ее в стесненном пространстве лобовых частей обмотки и делает невозможным проведение

измерений в высоковольтной части обмотки . Кроме того, при такой конструкции уста- новки датчиков, предполагающей пассивную форму защиты персонала от поражени  током в расчете только на доста0 точность увеличени  диэлектрического промежутка обоймы, остаетс  необходимой вс  сложна  система охранных меропри тий по обеспечению электробезопасности при проведении измерений: вынесенна  за

5 пределы генератора система высоковольтных подставок дл  расположени  испытательного персонала и измерительных приборов, запрещение проведени  контрол  в рабочем режиме генератора, демонтаж

0 датчиков после проведени  измерений, недопустимость непрерывного контрол  в процессе эксплуатации. Но и при этом не обеспечиваетс  возможность 100%-ного охвата при контроле торцевых зон обмотки

5 статора.

Изложенное выше показывает, что известна  конструкци  обмотки с установленными датчиками и св занные с ней методы и средства контрол  эксплуатационного со0 сто ни  торцовых зон обмотки статора огра- ничивают возможности контрол , а контроль в процессе нормальной работы генераторов вообще невозможен, т.е. имеет место техническое противоречие.

5 Целью изобретени   вл етс  повышение надежности путем расширени  зон активного контрол  обмотки статора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном статоре высоковольтной элект0 рической машины, включающем обмотку статора, датчики контрол  эксплуатационного состо ни  торцовой зоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, креп щий бандаж, каждый из

5 упом нутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изол ции контролируемого участка обмотки и включающей в себ  электрод из металлической

0 фольги, повтор ющий конфигурацию основани  датчика и имеющий, по меньшей мере , размеры основани  датчика, и противокоронное покрытие, выполненное из полупровод щей эмали, причем противо5 коронное покрытие выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде по ска шириной, завис щей от номинального напр жени  машины, и его удельное сопротивление увеличиваетс  но мере удалени  от кра  электрода к периферии

покрыти , электрод и один из выводов датчиков предназначены дл  соединени  заземл ющим проводом с заземленным корпусом статора электрической машины, а датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке.

Предложенное техническое решение позвол ет разрешить вы вленное техническое противоречие путем,

-во-первых, размещени  датчика непосредственно на поверхности изол ции торцовой части обмотки, что стало возможным при изменении конструкции промежуточного элемента между датчиком и обмоткой и изменении его функционального назначени  на обратное, т.е. вместо удал ть датчик об объекта контрол  при установке на изол ционную обойму предельно приближать к объекту при установке датчика на измерительную площадку, выполненную из тонкой металлической фольги и впрессованную в изол цию с внешней стороны обмотки, чем достигнуто повышение точности контрол ;

-во-вторых, подключени  заземл ющего провода к измерительной площадке и, как следствие, сокращение до минимума размеров промежуточного элемента - до толщины фольги электрода - независимо от величины напр жени  в любом месте установки датчика, что позволило избавитьс  в стесненном пространстве лобовых частей обмотки от крупногабаритных изол ционных обойм, особенно от обойм наибольших размеров в высоковольтной части обмотки, расположить там датчики и распространить диагностику на весь объем торцовой зоны;

-в третьих, размещени  заземленной измерительной площадки на полупровод щем противокоронном покрытии и упор дочени  с его помощью распределени  электрического пол  на краю электрода по периметру и, как следствие, устранени  разрушающих воздействий со стороны электрического пол  как на датчики, так и на изол цию торцовой зоны в месте их расположени  от скольз щих разр дов, корони- ровани  и ионизации при введении в обмотку датчиков, сн ти  всех ограничений по месту расположений да иков, в том числе и в высоковольтной части обмотки, сн ти  запрещающих требований по режимам работы генератора при выполнении контрол , а также создани  условий дл  осуществлени  100%-ного охвата контролем зоны обмотки и дл  введени  стационарного непрерывного контрол  при любом рабочем и испытательном режимах в процессе эксплуатации и ремонта турбо- H rnflpofeHepaTO- ров.

При использовании предлагаемого ста- то ра одновременно происходит повышение эффективности и упрощение всей системы охранных меропри тий по обеспечению

электробезопасности при проведении измерений , что обусловлено переносом измерительной площадки извне во внутрь генератора - непосредственно в контролируемую точку. Кроме того, контороль экс0 плуатационного состо ни  торцовой зоны обмотки статора переходит из разр да специальные измерени , предусматривающего демонтаж датчиков после измерений, в разр д штатный контроль с сохранением

5 датчиков на все врем  эксплуатации генератора и подключением их непосредственно к системе непрерывного автоматического слежени .

На фиг.1 изображен статор с установ0 ленным в торцовой части обмотки датчиками; на фиг.2 показано размещение датчика на поверхности изол ции обмотки, на фиг.З - приведена схема соединений и заземлений датчика.

5 В торцовой зоне обмотки, наход щейс  за пределами сердечника статора 1, на поверхности изол ции лобовых частей стержн  2 и соединительных шин (перемычек) 3 установлена измерительна  площадка без0 опасности, состо ща  из полупровод щего покрыти  4 и расположенного на нем электрода из тонкой металлической фольги 5. К электроду припа н заземл ющий провод б, второй конец которого присоединен к за5 земленному корпусу статора 1. Полупровод щее покрытие 4 у кра  заземленного электрода выполнено по аналогии с известным покрытием стержней обмотки в месте выхода из паза статора. Оно состоит из сло 

0 полупровод щих эмалей с удельным поверхностным сопротивлением, увеличивающемс  по мере удалени  от кра  электрода от 103...5до 10 ...11 Ом, и образует окантовывающий по периметру электрода

5 по сок шириной, завис щей от номинального напр жени  генератора и составл ющей 50...150 мм дл  И ном 10,5...24 кВ. Датчик 7 расположен на измерительной площадке, приклеен, своим основанием к

0 электроду 5 и прикреплен к стержню 2 изол ционным бандажом 8. датчик 7 соединен с помощью подвод щих проводов 9 электрической св зью с измерительным прибором 10. Каждый провод 9 соединительной

5 линии размещен в экране из металлической оплетки 11. В соответствии с требовани ми техники электробезопасности в дополнение к заземлению электрода 5 с помощью заземл ющего провода 6 заземл ютс  также один из проводов электропроводки 9 кзждого датчика 7, метаплический экран 11 всех подвод щих проводов и корпус измерительного прибора 10. Измерительные площадки с датчиками удобнее всего располагались на обмотке вдоль изол ционных кронштейнов 12 и межслоевых колодок 13, на которые опираютс  и к которым прикреплены лобовые части. В этом случае заземл ющий провод 6 и подвод щие провода 9 в металлических экранах 11 проход т через зазор между смежными стержн ми в зоне их измерительных площадок и далее по колодкам и кронштейнам к заземл ющим болтам 14 заземленного корпуса статора.

Сигналы от датчиков 7 через электропровод щую св зь 9 подаютс  в устройство автоматической системы контрол  10с заземленным корпусом, в котором проводитс  анализ эксплуатационного состо ни  торцовых частей высоковольтной обмотки по диагностическим признакам каждого контролируемого параметра (температуры, вибрации, увлажнени , деформации, термомеханического перемещени  и др.), уровень которого по прин тым нормам превышает допустимый и соответствует параметрам неудовлетворительно или недопустимо.

Измерительна  площадка располагаетс  в любом месте торцовой зоны обмотки, исключа  участки, примыкающие непосредственно к месту потери непрерывности главной позиции, т.е. к головкам или местам электрических соединений обмотки, где электрическа  прочность из изол ции, изготовленной по упрощенной технологии, несколько ниже главной изол ции соедин емых деталей (стержней, шин, перемычек и т.п.), изготовленной в режиме ваку- умировани , опрессовки и термообработки. Поэтому измерительна  площадка отстоит от места окончани  непрерывности главной изол ции стержн , шины или перемычки - от торца, среза изол ции - не ближе величины сухора р дного промежутка вдоль поверхности изол ции,скоординированного с испытательным напр жением, Так, например , при номинальных напр жени х турбо- и гидрогенераторов И ном 10,5...24,0 кВ и максимально возможных профилактических испытательных напр жени х ИСип. - 1,5Ином минимальное рассто ние от кра  полупроводникового покрыти  электрода измерительной площадки до среза изол ции составл ет 50...80 мм.

Применение предлагаемой конструкции статора позвол ет в зависимости от предполагаемого отклонени  от нормы по вибрации, температуре, деформации, влаж- ности и др. установить на измерительную

площадку с электропроводкой соответствующие датчики и оценить состо ние торцовой зоны. При этом датчики можно устанавливать на любой стержень незаои- 5 симо от его рабочего напр жени . Размеры измерительной площадки определ ютс  размерами основани  датчика. При переходе к миниатюризации датчиков на одной измерительной площадке можно разме0 стить несколько датчиков различного назначени  или разместить несколько однотипных датчиков на одной или на нескольких измерительных площадках при резервировании на случай их повреждени  и

5 дл  обеспечени  более надежной диагностики . Дл  компактности разнотипные датчики , установленные на одной измерительной площадке, имеют один общий провод, идущий к заземлению.

0 Дальнейшее повышение компактности достигаетс  использованием комбинированного многоцелевого датчика: например, вдатчике вибрации основанием корпуса может быть датчик температуры иди деформа5 ции, а в качестве верхней крышки-- датчик влажности в торцовой зоне обмотки.

Благодар  применению предлагаемой конструкции статора рересмотрена концепци  на возможности диагностики техниче0 ского состо ни  торцовой зоны высоковольтной обмотки статора и использованы методика и измерительные средства , прин тые при контроле пазовой части обмотки, расположенной в заземленном

5 сердечнике статора.

Claims (1)

1. За вл емое устройство статора, высоковольтной электрической машины предполагаетс  применить прл изготовлении турбогенераторов повышенной маневрен0 ности и обратимых гидрогенераторов - двигателей мощностью 220..,500 МВт. Формула изобретени  Статор высоковольтной электрической машины, включающий обмотку статора, дат5 чики контрол  эксплуатационного состо ни  торцовой зоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, креп щей бандаж, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   0 надежностипутем расширени  зон актионо- го контрол , каждый из упом нутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изол ции контролируемого участка об5 мотки и включающий в себ  электрод из металлической фольги, повтор ющий конфигурацию основани  датчика и имеющий по меньшей мере размеры основани  датчика , и противокоронное покрытие, m полнен- ное из полупровод щей эмали, причем

   противокоронное покрытие выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде по ска шириной, завис щей от номинального напр жени  машины, и его удельное сопротивление увеличиваетс  по мере удалени  от кра  электрода к периферии покрыти , электрод и один из выводов датчиков предназначены дл  соединени  заземл ющим проводом с заземленным корпусом статора электрической машины, а датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке.

   #7

   //////

   4

   0Ж.З