Способ определения состояния изоляции энергетических блоков с водяным охлаждением обмоток статора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1728 1)5 6 01 й 31 00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬС К АВТОРСКОМУ СВ(71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина и Псковский филиал Ленинградского политехнического института им.М.И.Калинина(56) Авторское свидетельство СССР М 1476406, кл, С 01 Я 31/00, 1989,Авторское свидетельство СССР М 1219986, кл, С 01 В 31/02, 1988.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ БЛОКОВ С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ОБМОТОК СТАТОРА(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано на электрических станциях. Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано на электрических станциях для непрерывного контроля состояния изоляции блоков генератор - трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора.Цель изобретения - повышение достоверности оценки состояния изоляции энергетического блока генератор - трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора,На фиг.1 изображена часть обмотки статора синхронного генератора с непссредстЦелью изобретения является повышение достоверности определения состояния изоляции. Определяют граничную частоту 1, при которой эквивалентное активное сопротивление изоляции и охлаждающей воды перестает зависеть от частоты. На частотах 111 и 121 измеряют эквивалентные активное сопротивление и емкость изоляции и охлаждающей воды относительно земли, а также активное сопротивление охлаждающей воды на постоянном напряжении. По измеренным параметрам с помощью определенных формул вычисляют активное сопротивление току абсорбции, абсорбционную емкость и тангенс угла абсорбции, сопротивление утечки изоляции и тангенс угла омических потерь; а также тангенс угла диэлектрических потерь. По росту суммы тангенсов углов омических и диэлектрических потерь в процессе эксплуатации выявляют ухудшение изоляции. 3 ил,венным водяным охлаждением; на фиг,2 - Ю схема замещения изоляции блока генера- О тор - трансформатор с непосредственным Ч 0 водяным охлаждением обмотки статора при частоте 11, которая больше или равна граничной частоте(а), векторная диаграмма для этой частоты (б); на фиг,3- схема замещения изоляции блока генератор - трансформатор при частоте 12, которая меньше граничной частоты, близка к промышленной частоте (а) и векторная диаграмма для этой частоты (б).Обмотка выполнена из изолированных от стального сердечника статора слоем 1 изоляции полых медных проводников 2, 1728809внутри которых по каналам 3 циркулируетохлаждающая вода, Последняя поступает встержни обмотки статора через фторопластовые шланги 4 из напорного коллектора 5,который представляет собой медную трубу, 5заземленную во время работы генератораподводящими охлаждающую воду трубами,После прохождения по каналам проводников охлаждающая вода поступает в сливнойколлектор. Для технологических нужд контроля чистоты дистиллированной воды система охлаждения снабжена солемерами(кондуктометрами), содержащими электроды 6 и источник 7 постоянного напряжения.Способ осуществляют следующим образом,Изоляция генератора представлена параллельной схемой замещения, содержащей следующие ветви (фиг,3 а): сопротивление утечки Вом, характеризующее сквозную утечку, и сопротивление току абсорбции Взбс, характеризующее ток абсорбции,обусловленный низкочастотными поляризациями изоляции, две названные ветви образуют активное сопротивление изоляции 25Визгг на частоте 12; геометрическая емкостьСг, определяемая свойствами материаловизоляции на частоте 12. близкой к промышленной, и геометрией токоведущих частей ине зависящая от низкочастотных поляриэа30Ций, абсоРбЦионнаЯ емкос 1 ь Сзвс, опРеДеляемая низкочастотными поляризациями,две названные ветви образуют емкость изоляции Сизгг на частоте 12.Причинами ухудшения состояния изо 35ляции являются, во-первых, сквозная утечка, которая характеризуется величинамисопротивления утечки Вом и тангенса углаомических потерь та Аг, во-вторых, низко)частотные поляризации, которые развиваются на различных технологических иэксплуатационных дефектах изоляции и характеризуются величинами сопротивлениятоку абсорбции Вальс, абсорбционной емкостью Сабс и тангенсом угла абсорбции щфг. Низкочастотные поляризации вызывают неравенство величин сопротивленияутечки Вом и активного сопротивления Визизоляции на промышленной частоте, но при 50частотах в несколько сот герц низкочастотные поляризации в изоляции затухают, активное сопротивление изоляции при этомстановится равным сопротивлению утечки ив дальнейшем не зависит от частоты, При 55частотах в несколько сот герц емкость изоляции Сиз принимает постоянное значениеи в дальнейшем от частоты не зависит, поэтому ее значение принимается эа Сг припромышленной частгзе 50 Гц. абсорбционная емкость Сабс считается при этом равной нулю. Частоту, при которой устанавливается равенство Сиз и Сг, а также Виз и Вом, будем именовать в дальнейшем граничной частотой 1, Таким образом, если проводить измерения параметров изоляции на час- ТОТО 11т, ПараМЕТРЫ ИЗОЛЯЦИИ Виз Сиз НЕ зависят от частоты,В схемах замещения (фиг.2 и 3) изоляции энергетических блоков генератор - трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора параллельно сопротивлению изоляции включены активное сопротивление охлаждающей воды Во и емкость системы охлаждения Со, образующие совместно с сопротивлением и емкостью изоляции эквивалентные сопротивления Вц. Вгг и емкости С 11, С 12 на частотах 11, 12.На фиг,2 и 3 приняты следующие обозначения:Ог 1. Ог - напряжения, при которых определяются эквивалентные параметры изоляции и охлаждающей воды на частотах 1, 12,Ь 1 а 1, 1 р 1 - соответственно полный ток утечки через изоляцию и охлаждающую воду на частоте 1. его активная и реактивная составляющие;Иг, 1 зг, 1 р 12 - то же, на частоте тг;1 збс, 1 аабс, 1 рзбс - СоовеТстенНО полНый ток абсорбции и его активная и реактивная составляющие (на частоте 12);1 м 12 - ток смещения на частоте 12;1 из 1, 1 аиз 1,. 1 ризГ 1 - СООтВЕтСтВЕННО ПОЛ- ный ток утечки через изоляцию на частоте 11, его активная и реактивная составляющие:1 из 12, 1 зиз 12, 1 риз 12 ТО жЕ. На ЧаСтОтЕ 12;1 пр 11, 1 пр 12 - тОК СКВОЗНОЙ утЕчКИ На ЧаС- тотах г 1, тг;1 сг 11 1 сггг ток через геометрическую емкость изоляции на частотах 11, 12;1 ы 1, 1 мг - ток сквозной утечки через охлаждающую воду на частотах т 1, 12;1 соГ 1, 1 соГ 2 - ТОКИ утЕЧКИ ЧЕРЕЗ ЕМКОСТЬ Со системы охлаждения на частотах т 1, 2;В 1. В 12, С 1, Сг - эквивалентные активные сопоотивления и емкости изоляции и охлаждающей воды на частотах б 1, 12;Вам - сопротивление утечки;Взбс - активное сопротивление току абсорбции;Сзвс - абсорбционная емкость;С, - геометрическая емкость:Виз 11 Виз 12, Сиз 11, Сиз 12 активное Со противление и емкость изоляции на частотах т 1, т 2;Во - активное сопротивление охлаждающей воды;Со - емкость системы охлаждения относительно земли;д 1, д 12 - углы полных потерь на частотах 11, 12;д 1, 42 - углы диэлектрических потерь на частотах б, Г 2;д 1, д 12 - углы омических потерь на час 1 1тотах б, 12;1/ф 2 - угол абсорбции на частоте 12.Емкость изоляции генератора Сг в первом приближении определяется как суммарная емкость параллельно включенных конденсаторов, обкладками каждого из которых являются (фиг. 1) проводящие стержни 2 обмотки и стальной корпус статора, между которыми имеется слой 1 изоляции толщиной оиз.Емкость системы охлаждения Со в первом приближении может быть определена как суммарная емкость параллельно включенных конденсаторов, каждый иэ которых образован торцами токоведущих стержней 2 и медным коллектором 5, изоляцией между которыми служат водоподводящие штанги 4, длина последних бшТак как емкость конденсатора обратно пропорциональна толщине изоляции между обкладками и конструктивные размеры генераторов таковы, что бш, сиз, получим, что емкость системы охлаждения Со пренебрежимо мало по сравнению с емкостью изоляции Сиз и соответственно можно пренебречь протекающими через Со токамисо 1 1 со 12Величину сопротивления Во охлаждающей воды можно определить, зная удельное сопротивление воды и размеры системы охлаждения, Наиболее просто это можно сделать с помощью солемера. которым снабжены энергетические блоки с непосредственным водяным охлаждением. Конструктивно солемеры или кондуктометры выполнены в виде электродов 6 (фиг.1), к которым присоединен источник 7 постоянного напряжения,Площ 2 адь электродов солемера равна зс = 1 см, а расстояние между ними с = 1 см, Таким образом, протекающий между электродами постоянный ток прямо пропорционален удельной проводимости охлаждающей воды 1/р . Активное сопротивление охлаждающей води рассчитывается по формуле. где , з, и - соответственно длина, сечение и количество водоподводящих шлангов в сис теме охлаждения;р - удельная проводимость охлаждающей дистиллированной воды, которая определяется по измеренным току 1 с между электродами датчика солемера и приложен ному к этим электродам напряжению О 7 источника 7 (фиг.1):Оур= -1 сОпределив сопротивление Во, можно 15 найти сопротивление утечки изоляции Вом(фиг.2 а):Вом = Во В 1/(Во В 11)Измерив активные составляющие токов1 а 1 И ай И НаПряжЕНИя Оа 11 ОаГ 2 МОЖНОопределить активные эквивалентные сопротивления В 11 В 2:Вг 1 = 011/1 а 11В 2 О 121 а 12Из схемы замещения на частоте 11(фиг.2 а) и на частоте 12 (фиг,За) находим:Вабс - В 1В 12(В 1 - Вг 2)Измерив реактивные составляющие токов 1 р 1 и 1 р 12, можно определить эквивалентные емкости30 С 11 = 1 р 11/(2 лт 1 011) ;С 12 1 г 2 (2 1 тг 2О 12)Согласно схемам замещения (фиг.2 а иЗа) с учетом малости Со имеемСабс С 12 С 1135ПО НайДЕННЫМ Сабс, Вабс МОЖНО НайтИтангенс угла абсорбции 19 ф 2 на частоте 12из векторной диаграммы на фиг,Зб:т 9 1/12 = 1 аабс/1 рабс = (2 Г 02СабсВабс) .40 Тангенс угла полных потерь в изоляциина частоте т 119 д 11 определяется из векторной диаграммы фиг.2 б: .1 пр 11 О 1119 д 11 = -- Х 45 1 р 11 Вом1 1Х01 2 лт 1 (Сг + Со) Ром С 12 лг 1 Тангенс угла диэлектрических потерь в50 изоляции на частоте 12 19 д 2 определяетсяиз векторной диаграммы фиг,Зб:аабс 1 аабс1 рабст 9 д 21 риз 12 1 рабс (1 сг 12 + 1 рабс)Сабс55 = 91/12-С 12Тангенс угла омических потерь в изоляции на частоте 12 определяется (фиг.Зб):и 1 п р 12 ОГ 219 д= - = - Х1 риз 12 Вом= 9 дг 1С 2Тангенс угла диэлектрических потерь сд д 12 определяет свойства изоляции как идеального диэлектрика, т.е. учитывает потери только от различного вида релаксационных поляризаций. По росту его величины можно судить об ухудшении только диэлектрических свойств материала, Тангенс угла омических потерь тд д 2 характеризуетпотери от тока сквозной проводимости изоляции, обусловленные наличием токо- проводящих мостиков (из-за электропроводимости дефектов в изоляции, увлажнения изоляции, ее частичного пробоя и т,д.), Его рост свидетельствует о наличии дефектов в изоляции. Тангенс угла абсорбции тд 1/2 характеризует свойства низкочастотных поляризаций в изоляции.Операция определения состояния изоляции осуществляется путем сравнения определенного на частоте 12 тангенса угла полных потерыд А 2= щ д 12+ тд 42, рав ного сумме тангенсов и диэлектрических и омических потерь, со значением тангенса угла полных потерь в начале эксплуатации, Если сд д 2 не изменился, то диэлектрические свойства изоляции не нарушены. Если сд д 2 возрос и при этом увеличился и тангенс угла омических потерь тд 42, то состояние изоляции ухудшилось за счет появления токоведущих мостиков вследствие увлажнения или повреждения изоляции, Если тд д 2 возрос при близком к нулю щ д 2, то состояние изоляции ухудшилось за счет необратимых явлений, вызванных старением изоляции.Использование предлагаемого способа позволяет оценивать и прогнозировать состояние изоляции по ряду характеристик и выводить блок генератор - трансформатор в ремонт при недопустимом ухудшении проводящих и диэлектрических характеристик его изоляции,Предлагаемый способ может быть реализован путем подачи на статор генератора напряжений частоты т 1. т 2 через измерительный трансформатор напряжения. При этом источники накладываемого напряжения указанных частот 11, 12 присоединяют к вторичным обмоткам измерительного трансформатора напряжения, соединенным по схеме разомкнутого треугольника, и измерение активных сопротивлений и емкостей в схеме замещения изоляции производят косвенным путем, по замерам напряжеНИй Оц. 02 аКтИВНЫХ а 1,а 2 И рЕаКтИВНЫХ1р 11, р 12 токов, протекающих от этих источников. Измерение активного сопротивления охлаждающей воды производят по показаниям датчика солемера.Частоты 11 и 12 при этом выбирают вследующем диапазоне. Частота 11 больше или равна граничной частоте т, на которой эквивалентное активное сопротивление изоляции и охлаждающей воды ст нет равным сопротивлению утечки, т.е. перестанет изменяться с изменением частоты:15гЧ 1 ВГ СОП ЗС.Как правило, это частота 500 - 1000 Гц, Частота 12 - меньше граничной 1 и достаточно близка к промышленной частоте 50 Гц; на пример 25 ГцПредлагаемый способ может быть использован для определения состояния изоляции в рабочем режиме блока генератор - трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора. При этом расширяются возможности для анализа состояния изоляции в рабочем режиме и увеличивается достоверность определения состояния изоляции за счет выделения активного сопротивления охлаждающей воды из эквивалентного сопротивления изоляции и охлаждающей воды, и раздельного суждения по величинам Вабс, Сабс и 1 д ф 2 О низкочастотных поляризациях, по Бом и щ д 2 о35 сквозных утечках, в результате чего решаютсязадачи, связанные с непрерывным контролем состояния изоляции в рабочем режиме блоков генератор - трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора, с 40 определением недопустимого ухудшения состояния изоляции упомянутых блоков и своевременным выводом их в ремонт благодаря чему обеспечивается возможность уменьшения аварийности крупных энергобло ков на электростанциях и повышается надежность работы электростанций и надежность электроснабжения.Формула изобретения Способ определения состояния изоля ции энергетических блоков с водяным охлаждением обмоток статора, заключающийся в том, что определяют граничную частоту, при которой величина эквивалентного активного сопротивления изоляции и охлаждающей 55 среды воды перестает зависеть от частоты,измеряют на этой или большей частоте активное сопротивление и емкость изоляции и охлаждающей воды относительно земли, рассчитывают сопротивление току абсорб- цИИ Вабс, абСорбцИОННуЮ ЕМКОСТЬ Сабс, таН1728809 10 Ф1 аиЗ 11 пр 1=. Хсг,Фю 2 генс угла абсорбции т 9 форбс и тангенс угла диэлектрических потерь и судят по рассчитанным величинам о состоянии изоляции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности определения состояния изоляции, дополнительно измеряют эквивалентное активное сопротивление и емкость изоляции и охлаждающей воды на частоте, меньшей граничной частоты, а также измеряют активное сопротивление охлаждающей воды на постоянном напряжении, причем расчет параметров изоляции производится по формулам Ро Я 1 Йц Й,Яом я Й Яабс о . 11 г 1 - г Сабс = С 1 - Сг,т 941 =(ЯомСг 1 2 л 11) т 9 Мг (ЙабсСабс2 7 гтг)т 9 4 г т 99 гСабс,Сб Сит 9 дг =т 941 г Сг где Йом - сопротивлениа утечки;Й, Йг - эквивалентные активные сопротивления изоляции и охлаждающей во ды, измеренные на частотах т 1 и г, Ом;1 - частота, равная или больше граничной;1 г - частота меньше граничной;С, Сгг - эквивалентные емкости изоляции и охлаждающей воды, измеренные начастотах 1 и 1 г;т 9 д - тангенс угла полных потерь изоляции на частоте 11;Йо - активное сопротивление охлажда ющей воды, Ом..Кучерява ент" уп.Гагарин ательский комбинатжгоро рОиааадСтвЕнн з 1406 ВНИИПИ Гф1 спуЯ Тираж арстаенного коми 113035, МоскаПодписноеа по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССЖ, Раушская наб.,4/5