Статор высоковольтной электрической машины

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИДЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК 2 К 11(00 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯ мЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОП ЕТЕЛЬСТ АВТОРСКОМ гиве(21)4673361(07 (22) 04.04.89 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Научно-исследовательский, проектно- конструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения Харьковского завода "Электротяжмаш" им, В.И.Ленина (72) Л.Л.Хаймович и И,Я.Черемисов (56) Александров А.Е, и др. Обнаружение дефектов гидрогенераторов.- М.: Энергоиздат, 1985,с. 152,Надточий В.М., Рекомендации по контролю вибрационного состояния лобовых частей обмотки статора гидрогенераторов, сборник научных трудов ВНИИВ "Электромеханические процессы и диагностика эксплуатационного состояния синхрон-. ного генератора.- М.: Энергоиэдат, 1983, с. 10-15.Кислицкий Б.В. и др. Методические указания по проведению вибрационных и испытаний турбо- и гидрогенераторов. МУЗИ-103-85, МСоюзтехэнерго, 1986, с. 7-12.Ы 2 178177 у 54) СТАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ(57) Сущность изобретения: датчик системы контроля размещен на измерительной площадке безопасности, впрессованной с внешней стороны изоляции контролируемого участка обмотки. Ллощадка включает в.себя электрод (5) иэ металлической фольги;повторяющий конфигурацию основания датчика, и противокоронное покрытие из полупроводящей эмали (4), Оно выходит за пределы электрода по всему.его периметру в виде пояска шириной; зависящей от номинального напряжения машины. Его удельное сопротивление увеличивается по мере удаления от края электрода. Электрод и один из выводов датчиков соединены зазем- Я ляющим проводом(6) с заземленным корпу- у сом статора электрической машины. Датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке с помощью изоляционного бандажа. 3 ил.10 20 30 35 40 50 55 Изобретение относится к крупномуэлектромашиностроении и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации высоковольтных турбо- игидрогенераторов, в частности для диагностики эксплуатационного состояния торцовых частей обмотки статора.Контроль параметров эксплуатационного состояния торцовых частей высоковольтной обмотки статора ( температуры,увлажнения, вибрации, деформации, термомеханического перемещения и др,) с использованием датчиков . сэлектропроводной связью (термопреобразователей сопротивления, психрометров, 1вибропреобразователей, тензобалочек идр.) при установке их непосредственно налобовые части по аналогии с установкойдатчиков на обмотку в пазах заземленногосердечника статора не представляется возможным из-за высокого напряжения на них.Размещение датчиков на лобовых частях недопустимо прежде всего по соображениямэлектробезопасности из-за возможного высокого потенциала через электропроводную связь к измерительному прибору ипоражения током испытателя, а также из-завозможного повреждения как датчика отвоздействия скользящих разрядов, коронирования и ионизации у его основания, так ипробоя обмотки на него при поврежденииизоляции под воздействием этих же факторов,.В связи с изложенным в известных конструкциях датчики вынуждено располагаютна некотором удалении от поверхности изоляции обмотки на промежуточных обоймахиз электроизоляционного материала,Для обеспечения защиты испытателя отпоражения электрическим током, а такжепредотвращения повреждения датчика иизоляции обмотки обойме, установленноймежду обмоткой и датчиком, приданы в зависимости от напряжения такие размеры,чтобы гарантировать электрическую прочность изоляции обмотки, отсутствие коронирования и скользящих разрядов у датчикапри работе и профилактических испытаниях обмотки повышенным напряжением. Изоляционная обойма сприкрепленным датчиком устанавливается на клею и бандажируется шнуром кстержню обмотки,Наличие промежуточного элементамежду датчиком и контролируемым объектом привносит дополнительную погрешность при измерении параметров из-заослабления обоймы с датчиком и появлениялюфта, отделения датчика от объекта контроля и др., а в ряде случаев делает невозмокным проведение измерений в условиях ограниченного пространства лобовых частей высоковольтной обмотки.Условия электробезопасности при проведении измерений, помимо требования установки "балластной" изоляционной обоймы в известном устройстве, налагают также дополнительно жесткие ограничения по напряжению в месте расположения датчиков контролируемого объекта до величины не более 1000 В, Турбо- игидрогенераторы выполняются на номинальные напряжения значительно выше 1000 В, и поэтому указанное требование невыполняется. Однако при учете конструктивных особенностей обмотки (например, соединение обмотки в "звезду") и электромагнитных процессов в статоре, обуславливающих распределение генерируемогонапряжения в обмотке по длине фазы от нулевого значения у нейтрального (нулевого) вывода до величины фазного напряжения у главного (линейного) вывода, требование электробезопасности удалосьвыдержать в известных решениях лишь начасти обмотки. При указанном распределении напряжения по длине фазы низковольтная часть обмотки, допускаемая для размещения датчиков, примыкает к нулевым выводам. В режиме нагрузки в генераторах с наиболее распространеннымноминальным напряжением от 10,5 до 24 кВ эта часть обмотки с рабочим напряжением относительно "земли" до 1000 В включает всебя 12 стержня из 2030 стрежней на фазу в турбогенераторах и до 10 стержней из сотен стержней на фазу в гидрогенераторах, Отсюда следует, что система диагностики эксплуатационного состояния может охватить лишь незначительную часть торцовой зоны обмотки статора, не превышающую 5, всей ее совокупности, и не обеспечивает эксплуатационную надежность машины,Следует отметить, что по условиям электробезопасности контроль состояния лобовых частей низковольтной части обмотки при работе под нагрузкой (даже при столь ограниченном обьеме контроля) проводят,как правило, эпизодически в экстремальных ситуациях при оценке возможности дальнейшей эксплуатации, например, при недопустимо больших виброперемещениях. В этом случае во время измерений должныбыть приняты меры предосторожности,обеспечивающие защиту персонала, проводящего измерение, от полного напряжения генератора, а также предотвращающие повреждение измерительной аппаратуры. С этой целью измерительные провода от дат10 15 20 25 30 35 ао 50 55 чиков группируются в жгуты пофазно, а их изоляция по отношению к корпусу и между собой проверяется испытательным напряжением, равным (1,01,5) Ином, Измерительные приборы и оператор должны находиться на измерительной высоковольтной подставке, изолированной и также испытанной относительно корпуса напряжением не менее 1,5 Ином. Кроме того, для предупреждения аварии на время проведения измерений в режиме нагрузки защита генератора от замыканий на землю обмотки статора настраивается на отключение генератора без выдержки времени, так как замыкания сопровождаются большим электродинамическими нагрузками. После проведения измерений датчики и их электропроводка демонтируется с низковольтной части обмотки.Высоковольтная часть обмотки (находится под напряжением свыше 1000 В), составляющая большую часть торцовой эоны - не менее 95%, - при известной конструкции установки датчиков и методах измерения в процессе эксплуатации находится в зоне нечувствительности защиты и остается вне контроля. Расширенный контроль этой торцовой эоны обмотки приходится проводить только в специальном испытательном режиме генератора при установившемся трехфазном коротком замыкании обмотки, когда ток статора может быть равным номинальному, а напряжение на всей обмотке существенно ниже 1000 В, К такому контролю прибегают в ограниченных случаях, на- пример, при исследовании торцовой эоны обмотки статора головных образцов турбои гидрогенераторов для проверки принятых принципиально новых конструктивных решений.Наиболее близким к предлагаемому устройству является статор. в низковольтной части обмотки которого на поверхности корпусной изоляции лобовых частей установлены датчики через промежуточные изоляционные обоймы, размеры которых обеспечивают электробезопасность, сохранность датчиков и обмотки при измерении под нагрузкой.Недостатком этой конструкции является то, что она не позволяет охватить контролем всю торцовую зону обмотки,.так как датчики установлены на ограниченной, не превышающей 5 ф общего объема, части обмотки в пределах низковольтной эоны ее. Размещение датчиков на изоляционных обоймах вносит дополнительную погрешность в измерении из-за удаленности датчика контроля и из-за возможного ослабления крепления обоймы в процессе работы. Увеличение габаритов обоймы с ростом напряжения на объекте не позволит разместить ее в стесненном поостранстве лобовых частей обмотки и делает невозможным проведение измерений в высоковольтной части обмотки. Кроме того, при такой конструкции установки датчиков, предполагающейпассивную форму защиты персонала от поражения током в расчететолько на достаточность увеличения диэлектрического промежутка обоймы, остается необходимой вся сложная система охранных мероприятий по обеспечению злектробезопасности при проведении измерений: вынесенная за пределы генератора система высоковольтных подставок для расположения испытательного персонала и измерительных приборов, запрещение проведения контроля в рабочем режиме генератора, демонтаж датчиков после проведения измерений, недопустимость непрерывного контроля в процессе эксплуатации, Но и при этом не обеспечивается возможность 100%-ного охвата при контроле торцевых зон обмотки статора.Изложенное выше показывает, что известная конструкция обмотки с установленными датчиками и связанные с ней методы и средства контроля эксплуатационного состояния торцовых эон обмотки статора ограничивают возможности контроля, а контроль в процессе нормальной работы генераторов вообще невозможен, т.е, имеет место техническое противоречие.целью изобретения является повышение надежности путем расширения зон активного контроля обмотки статора. Поставленная цель достигается тем, что в известном статоре высоковольтной электрической машины, включающем обмотку статора, датчики контроля эксплуатационного состояния торцовой зоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, крепящий бандаж, каждый из упомянутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изоляции контролируемого участка обмотки и включающей в себя электрод из металлической фольги, повторяющий конфигурацию основания датчика и имеющий, по меньшей мере, размеры основания датчика, и противокоронное покрытие, выполненное иэ полупроводящей эмали, причем противо- коронное покрытие выходит эа пределы электрода по всему его периметру в виде пояска шириной, зависящей от номинально-го напряжения машины, и его удельное сопротивление увеличивается по мере удаления от коая электрода к перифериипокрытия, электрод и один иэ выводов датчиков предназначены для соединения заземляющим проводом с заземленным корпусом статора электрической машины, а датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке.Предложенное техническое решение позволяет разрешить выявленное техническое противоречие путем,- во-первых, размещения датчика непосредственно на поверхности изоляции торцовой части обмотки, что стало возможным при изменении конструкции промежуточного элемента между датчиком и обмоткой и изменении его функционального назначения на обратное, т.е. вместо "удалять" датчик об объекта контроля при установке на изоляционную обойму предельно "приближать" к объекту при установке датчика на измерительную площадку, выполненную из тонкой металлической фольги и впрессованную визоляцию с внешней стороны обмотки, чем достигнуто повышение точности контроля- во-вторых, пОдключения заземляющего провода к измерительной площадке и, как следствие, сокращение до минимума размеров промежуточного элемента - до толщины фольги электрода - независимо от величины напряжения в любом месте установки датчика, что позволило избавиться в стесненном пространстве лобовых частей обмотки от крупногабаритных изоляционных обойм, особенно от обойм наибольших размеров в вцсоковольтной части обмотки, расположить там датчики и распространить диагностику на весь объем торцовой зоны;- в третьих, размещения заземленной измерительной площадки на полупроводящем противокоронном покрытии и упорядочения с его помощью распределения электрического поля на краю электрода по периметру и, как следствие, устранения разрушающих воздействий со стороны электрического поля как на датчики, так и на изоляцию торцовой зоны в месте их расположения от скользящих разрядов, коронирования и ионизации при введении в обмотку датчиков, снятия всех ограничений по месту расположения да;":иков, в том чис"ле и в высоковольтной части обмотки, снятия запрещающих требований по режимам работы генератора при выполнений контроля, а также создания условий для осуществления 100;-ного охвата контролем эоны обмотки и для введения стационарного непрерывного контроля при любом рабочем и испытательномрежимах а процессе эксплуатации и ремонта турбо- и гидрогенераторов, 10 На фиг.1 изображен статор с установ 20 ленным в торцовой части обмотки датчика 30 35 40 45 50 55 При использовании предлагаемого статора одновременно происходит повышение эффективности и упрощение всей системы охранных мероприятий по обеспечению электробезопасности при проведении измерений, что обусловлена переносом измерительной площадки извне во внутрь генератора - непосредственно в контролируемую точку. Кроме того, контороль эксплуатационного состояния торцовой зоны обмотки статбра переходит из разряда "специальнце измерения", предусматривающего демонтаж датчиков после измерений, в разряд "штатный контроль" с сохранением датчиков на все время эксплуатации генератора и подключением их непосредственно к системе непрерывного автоматическогослежения. ми; на фиг.2 показано размещение датчика на поверхности изоляции обмотки, на фиг.3 - приведена схема соединений и заземлений датчика.В торцовой зоне обмоти, находящейся за пределами сердечника статора 1, на поверхности изоляции лобовых частей стержня 2 и соединительных шин (перемычек) 3 установлена измерительная площадка безопасности, состоящая из полупроводящего покрытия 4 и расположенного на нем электрода из тонкой металлической фольги 5. К электроду припаян заземляющий провод б, второй конец которого присоединен к заземленному корпусу статора 1. Полупроводящее покрытие 4 у края заземленного электрода выполнено по аналогии с известным покрытием стержней обмотки в месте выхода из паза статора. Оно состоит из слоя полупроводящих эмалей с удельным поверхностным сопротивлением, увеличиваю, армся по мере удэаления от края электродаот 10до 10 ,"Ом,иобразует окантовывающий по периметру электрода поясок шириной, зависящей от номинального напряжения генератора и составляющей 50150 мм для И ном = 10,524 кВ. Датчик 7 расположен на измерительной площадке, приклеенсвоим основанием к электроду 5 и прикреплен к стержню 2 изоляционным бандажом 8. датчик 7 соединен с помощью подводящих проводов 9 электрической связью с измерительным прибором 10. Каждый провод 9 соединительной линии размещен в экране из металлической оплетки 11. В соответствии с требованиями техники электробезопасности в дополнение к заземлению электрода 5 с помощью заземляющего провода 6 заземляются также один из проводов электропроводки 9 каждо510 20 30 электрическая прочность из изоляции, изго- .35 40 45 50 го датчика 7, металлический экран 11 всех подводящих проводов и корпус измерительного прибора 10. Измерительные площадки с датчиками удобнее всего располагались на обмотке вдоль изоляционных кронштейнов 12 и межслоевых колодок 13, на которые опираются и к которым прикреплены лобовые части. В этсм случае заземляющий провод 6 и подводящие провода 9 в металлических экранах 11 проходят через зазор между смежными стержнями в зоне их измерительных площадок и далее по колодкам и кронштейнам к заземляющим болтаи 14 заземленного корпуса статора. Сигналы от датчиков 7 через электропроводящую связь 9 подаются в устройство автоматической системы контроля 10 с за-. земленным корпусом, в котором проводится анализ эксплуатационного состояния торцовых частей высоковольтной обмотки по диагностическим признакам каждого контролируемого параметра (температуры, вибрации, увлажнения, деформации, термомеханического перемещения и др.), уровень которого по принятым нормам превышает допустимый и соответствует параметрам "неудовлетворительно" или "недопустимо". Измерительная площадка располагается в любом месте торцовой зоны обмотки, исключая участки, примыкающие непосредственно к месту потери непрерывности главной позиции, т.е. к головкам или местам электрических соединений обмотки, где товленной по упрощенной технологии, несколько ниже главной изоляции соединяемых деталей (стержней, шин, перемычек и т,п.), изготовленной в режиме вакуумирования, опрессовки и термообработки. Поэтому измерительная площадка отстоит от места окончания непрерывности главной изоляции стержня, шины или перемычки - от торца, среза изоляции - не ближе величины сухоразрядного промежутка вдоль поверхности изоляции, скоординированного с испытательным напряжением. Так, например, при номинальных напряжениях турбои гидрогенераторов И ном = 10,524,0 кВ и максимально возможных профилактических испытательных напряжениях Исип.-1,5 Ином минимальное расстояние от краяполупроводникового покрытия электродаизмерительной площадки.до среза изоляции составляет 5080 мм Применение предлагаемой конструкции статора позволяет в зависимости от предполагаемого отклонения от. нормы по вибрации, температуре, деформации, влаж. ности и др. установить на измерительную площадку с электропроводкой соответствующие датчики и оценить состояние торцовой зоны. При этом датчики можно устанавливать на любой стержень независимо от его рабочего напряжения. Размеры измерительной площадки определяются размерами основания датчика. При переходе к миниатюризации датчиков на одной измерительной площадке можно разместить несколько датчиков различного назначения или разместить несколько однотипных датчиков на одной или на нескольких измерительных площадках при резервировании на случай их повреждения и 5 для обеспечения более надежной диагностики. Для компактности разнотипные датчики, установленные на одной измерительной площадке, имеют один общий провод, идущий к заземлению.Дальнейшее повышение компактностидостигается использованием комбинированного многоцелевого датчика; например, в датчике вибрации основанием корпуса может быть датчик температуры иди деформации, а в качестве верхней крышки - датчик влажности в торцовой зоне обмотки,Благодаря применению предлагаемойконструкции статора пересмотрена концепция на возможности диагностики технического состояния торцовой зоны высоковольтной обмотки статора и использованы методика и измерительные средства, принятые при контроле пазовой части обмотки, расположенной в заземленном сердечнике статора.Заявляемое устройство статора, высоковольтной электрической машины предполагается применить при изготовлении турбогенераторов повышенной маневренности и обратимых гидрогенераторов - двигателей мощностью 220500 МВт.Оо рмул а изобретен и я Статор высоковольтной электрическоймашины, включающий обмотку статора, датчики контроля эксплуатационного состояния торцовой эоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, крепящей бандаж, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежностипутем расширения зон активного контроля, каждый из упомянутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изоляции контролируемого участка обмотки и включающий в себя электрод из металлической фольги, повторяющий конфигурацию основания датчика и имеющий по меньшей мере размеры основания датчика, и противокоронное покрытие, выполненное из полупроводящей эмали, причем1781779 Составитель С, Флоринскаяедактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор С. Юс Заказ 4279 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Производственно противокоронное покрытие выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде пояска шириной, зависящей от номинального напряжения машины, и его удельное сопротивление увеличивается по мере удаления от края электрода к периферии покрытия, электрод и один из выводов датчиков предназначены для соединения заземляющим проводом с заземленным корпусом статора электрической машины, а 5 датчик своим основанием плотно прилегаетк электроду и прикреплен к обмотке.