ОТВОД ВЫСОКОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА ОШИБКИ ИЗ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОЙ МАШИНЕ Российский патент 1999 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к отводу высокочастотного сигнала ошибки из высокочастотного электромагнитного поля в электрической мощной машине с несущим электрическую обмотку статором.

Изобретение относится при этом, в частности, к эксплуатационному контролю электрической мощной машины, прежде всего к распознаванию повреждений. В частности, делается ссылка на повреждения, которые при эксплуатации приводят к искрению в электрической мощной машине.

Под электрическими мощными машинами в данной связи понимают, в частности, мощные генераторы, как, например, турбогенераторы, электрические мощности которых составляют 50 МВА и больше.

Распознавание повреждений в установках с электрическими мощными машинами находит постоянно растущий интерес в стремлении повысить готовность установок и распознавать повреждения по возможности заблаговременно, где можно даже предусмотрительно и предпочтительно во время регулярной эксплуатации. При этом также имеет значение, что для оценки сигналов из комплексных контрольных систем во все большем объеме экономично с точки зрения расходов в распоряжении имеются вычислительные установки.

Способы и устройства для распознавания и возможно также для локализации повреждений в электрических установках, в частности, в установках с электрическими мощными машинами, следуют из DE-34 08256 C2, DE-35 26 149 A1, DE-39 18 116 A1, EP-0228 613 B1 и EP 0241 764 B1. Из этих описаний следуют как системы в целом для распознавания и локализации повреждений в электрических установках с оценками высокочастотных сигналов ошибки, так и подробности относительно отвода высокочастотных сигналов ошибки из высокочастотных полей в электрических мощных машинах US-патент 4949001 относится к обнаружению частичных разрядов в статоре мощной динамоэлектрической машины, в частности турбогенератора. Согласно патенту на статор накладывают выполненный в технике полосковых линий и служащий в качестве антенны для отвода высокочастотного сигнала ошибки чувствительный элемент измерительного датчика по типу направленного ответвителя и соединяют через соответствующие соединительные провода с устройством оценки. Для оценки высоты и/или временной характеристики сигнала ошибки должна производиться локализация места, из которого вышел сигнал ошибки. Чтобы избежать возможные повторения, здесь делается явная ссылка на содержание всех цитированных документов. Важной точкой зрения при отводе высокочастотных сигналов ошибки из электрической мощной машины является наилучшее использование и без того имеющихся деталей и устройств, чтобы не оказать отрицательного влияния или даже не экранировать вызванные ошибками или тому подобным высокочастотные электромагнитные поля за счет дополнительных деталей, кроме того, следует учитывать также и экономические аспекты, которые могут представить слишком сложные системы чувствительных элементов в невыгодном свете. Наконец, соображения относительно допустимой нагрузки и коэффициента полезного действия электрических мощных машин говорят также против слишком щедрого предоставления места для систем эксплуатационного контроля.

Из статьи В. Рааша "Измерение и контроль температур мощных асинхронных двигателей" в Elektro-Jahr, 1979 издательство Фогель, Вюрцбург, ФРГ, стр. 27 - 30 следует электрическая мощная машина в виде асинхронного двигателя с несущим электрическую обмотку статором, причем обмотка вложена в пазы статора и причем в пазу расположен измерительный датчик температуры.

В основе изобретения лежит задача указать возможность для отвода высокочастотного сигнала ошибки из электрической мощной машины, при которой в основном прибегают исключительно к уже имеющимся устройствам. Для этого должны быть указаны как способы, так и устройства.

Соответствующий изобретению способ для отвода высокочастотного сигнала ошибки из высокочастотного электромагнитного поля в электрической мощной машине с несущим электрическую обмотку и снабженным, по меньшей мере, одним температурным датчиком статором основывается на том, что температурный датчик используют в качестве антенны для отвода сигнала ошибки. Согласно изобретению для отвода высокочастотного сигнала ошибки прибегают к, как правило, и без того имеющемуся контрольному устройству, а именно к контрольному устройству для рабочей температуры с, по меньшей мере, одним температурным датчиком. При этом специальный вид температурного датчика является важным только в той степени, что этот температурный датчик должен быть пригодным в качестве антенны для высокочастотных сигналов. Это означает прежде всего, что он должен иметь, по меньшей мере, частично достаточную электрическую проводимость, а также не слишком маленькие размеры. Это конечно имеет место при обычно используемых температурах датчиках. А именно, часто используются температурные датчики с зависящими от температуры электрическими сопротивлениями, которые снабжены соединительными проводами, имеющими длину порядка нескольких сантиметров; кроме того, пригодными являются без всяких проблем все температурные датчики, которые имеют металлические защитные трубки или подобные детали и которые могут эксплуатироваться практически любым образом. Температурные датчики являются также особенно предпочтительными потому, что они расположены в статоре электрической мощной машины всегда вблизи (создающей повышенные температуры) электрической обмотки, то есть вблизи самой критической для искрения части. В соответствии с этим интенсивность снимаемых с обычного температурного датчика высокочастотных сигналов также не является проблемой, так как за счет близости к возможным источникам ошибки, как правило, обеспечено довольно сильное электромагнитное поле в окрестности температурного датчика и таким образом достаточная интенсивность полученного посредством температурного датчика сигнала ошибки. Кроме того, измеренная температурным датчиком температура в электрической мощной машине является только очень мало изменяющейся во времени величиной, которая является представляемой очень низкочастотным сигналом, практически сигналом с нулевой частотой, и таким образом без всяких проблем позволяет разделение между температурными сигналами и высокочастотными сигналами ошибки.

То, что в рамках изобретения предпочтительно используются электрически работающие температурные датчики, в частности, температурные датчики, которые эксплуатируются при постоянном электрическом напряжении или при постоянном электрическом токе, уже было упомянуто. Особенно пригодным является расположенный в статоре электрической мощной машины температурный датчик, который содержит подключенные к нему, выходящие из статора соединительные провода. В случае такого температурного датчика соединительные провода могут служить в качестве антенн, в частности, четвертьволновых антенн. Таким температурным датчиком могут получаться высокочастотные сигналы ошибки, которые не подвержены влиянию чувствительного элемента, служащего для получения температурных сигналов. Например, от температурного датчика отходят два скрученных друг с другом электрических соединительных провода, которые для отведения высокочастотных сигналов ошибки отводятся синфазно. Тогда соединительные провода действуют как одна единственная антенна, а чувствительный элемент в зависимости от выполнения не вносит вообще никакого вклада или же очень малый вклад в сигналы ошибки. Никакого вклада не дал бы, например, чувствительный элемент, который является только пространственно маленьким резисторным элементом с зависящим от температуры электрическим сопротивлением. В любом случае является предпочтительным снимать сигналы ошибки с температурного датчика одновременно с температурными сигналами и затем производить развязку от них. Это является особенно просто тогда, когда температурные сигналы являются низкочастотными сигналами, в частности, сигналами постоянного тока или сигналами постоянного напряжения.

Особенно выгодная форма выполнения соответствующего изобретению способа отличается тем, что в качестве антенн используют имеющиеся в множестве в электрической мощной машине температурные датчики. Предпочтительным образом многочисленные температурные датчики в основном распределены равномерно по статору, так что сигналы ошибки температурных датчиков можно коррелировать друг с другом для определения места в электрической мощной машине, где они были вызваны. Это выполнение использует предпочтительно тот факт, что выскочастотные электромагнитные поля в электрической мощной машине при их распространении значительно затухают, так что получаемые с выходящими из определенного места высокочастотными полями сигналы ошибки относительно их интенсивности существенно зависят от позиционирования использованного для отвода температурного датчика. С достаточным множеством температурных датчиков поэтому можно из оценки интенсивностей (и при некоторых обстоятельствах также и положения фаз) полученных сигналов ошибки сделать вывод о месте, где были вызваны сигналы ошибки. Соответствующее изобретению устройство для отвода высокочастотного сигнала ошибки из высокочастотного электромагнитного поля в электрической мощной машине с несущим электрическую обмотку статором отличается, по меньшей мере, одним расположенным в статоре температурным датчиком для получения низкочастотного температурного сигнала, с соединительными проводами, которые выходят из статора, и диплексером для развязки сигнала ошибки от температурного сигнала, с входом, первым выходом и вторым выходом, причем к этому входу подключены соединительные провода, на первом выходе выдается температурный сигнал и на втором выходе выдается сигнал ошибки.

Соответствующее изобретению устройство дает сигнал ошибки, который снимается с расположенного в статоре температурного датчика и развязывается от также происходящего от температурного датчика температурного сигнала. Как уже упомянуто, температурный датчик является преимущественно электрически эксплуатируемым и поставляет в качестве температурного сигнала низкочастотный сигнал, предпочтительно сигнал постоянного тока; в этом случае диплексер выполнен предпочтительным образом так, что он действует относительно первого выхода в качестве фильтра нижних частот и относительно второго выхода в качестве фильтра верхних частот. Это означает, что диплексер поставляет запитанный на входе низкочастотный сигнал к первому выходу, а запитанный на входе высокочастотный сигнал ко второму выходу. Само собой разумеется, что к выходам диплексера могут быть подключены, при необходимости, другие фильтры, в частности фильтры нижних частот, фильтры верхних частот или полосовые фильтры. Также само собой разумеется, что могут привлекаться усилители и другие устройства обработки сигнала.

Температурный датчик устройства расположен преимущественно в пазу, который относится к множеству пазов статора, в которые вложены стержни обмотки. Таким образом температурный датчик расположен в непосредственном соседстве к обмотке, на которой в первую очередь могут появляться искрения и тому подобное, за счет чего обеспечено довольно сильное высокочастотное поле в окрестности температурного датчика и таким образом достаточная интенсивность снимаемых с температурного датчика сигналов ошибки. Особенно предпочтительным при этом является, что температурный датчик лежит в электрически изолирующем промежуточном слое, который расположен в пазу между двумя лежащими друг над другом в пазу стержнями обмотки. Таким образом, температурный датчик является чувствительным для высокочастотных электромагнитных полей, которые исходят от обоих стержней обмотки в пазу, и он находится в электрически изолирующем слое, в котором относительно хорошо возможно распространение высокочастотных электромагнитных полей.

Выгодным также является, если температурный датчик в качестве собственно чувствительного элемента содержит для образования температурных сигналов резистивный элемент с зависящим от температуры электрическим сопротивлением.

Особенно выгодным является, если в устройстве предусмотрено множество температурных датчиков для получения температурных сигналов и сигналов ошибки, причем температурные датчики распределены по статору предпочтительно равномерно. Изобретение позволяет особенно выгодным образом обнаруживать искрение в электрической мощной машине, причем из появления высокочастотного сигнала ошибки на температурном датчике можно сделать вывод об искрении. В частности, изобретение позволяет особенно выгодное распознавание, а в рамках дальнейшего развития и локализацию повреждения.

Подлежащий выделению согласно изобретению высокочастотный сигнал ошибки предпочтительным образом лежит в диапазоне частот между 1 и 300 МГц, в частности, между 3 и 100 Мгц. Для обнаружения высокочастотных сигналов ошибки с такими частотами особенно пригодными являются температурные датчики с обычными геометрическими размерами.

Примеры выполнения изобретения поясняются с помощью чертежей. Для пояснения определенных признаков чертеж частично схематизирован и/или выполнен не в масштабе. В частности, частично отказались от представления явно известных и в настоящей связи не существенных компонентов. В частности, на фигурах показано:
Фиг. 1 - схематизированное осевое продольное сечение через электрическую мощную машину с подлежащими использованию согласно изобретению температурными датчиками;
Фиг. 2 - схематизированное радиальное поперечное сечение через представленную на фиг. 1 машину;
Фиг. 3 и 4 - примеры выполнения для дооснащенных в смысле изобретения температурных датчиков.

Фиг. 1 показывает выполненное вдоль оси 13 продольное сечение через электрическую мощную машину со статором 5 и расположенным в выемке статора 5 вращающимся вокруг оси 13 ротором 12. Статор 5 имеет пазы 10 (смотри фиг. 2), в которых расположены два электрических стержня обмотки 1, 2 в качестве составных частей электрической обмотки. Каждый стержень обмотки 1, 2 имеет прямой сегмент 1, который лежит в пазу 10, а также две дуги 2 соответственно на каждом конце прямого сегмента 1. Дуги 2 проходят вне паза 10 и служат для соединения друг с другом различных стержней обмотки. Между прямыми сегментами 1 лежит промежуточный слой 11 из изолирующего материала. На каждом конце статора 5 в промежуточном слое 11 расположен температурный датчик 3, 4 с чувствительным элементом 3, в частности, резистивным элементом с зависящим от температуры электрическим сопротивлением, и соединительные провода 4, которые выходят из статора 5 и должны подключаться к устройствам обработки сигнала для оценки температурных сигналов и сигналов ошибки. Эти устройства обработки сигнала на фиг. 1 не представлены. Два температурных датчика 3, 4 могут привлекаться для обнаружения местоположения повреждения 15, на котором при эксплуатации электрической мощной машины появляется искрение. За счет того, что повреждение 15 лежит значительно ближе к представленным слева температурным датчикам 3, 4, чем к представленным справа, появляющийся в левом температурном датчике 3, 4 сигнал ошибки является существенно больше, чем сигнал ошибки, который является снимаемым с правого температурного датчика 3, 4. Из этого простого примера видно, что обнаружение местоположения повреждения 15 является возможным. Имеющаяся таким образом система обнаружения местоположения для сигналов ошибки может быть предпочтительно дополнена следующими температурными датчиками, в частности температурными датчиками примерно в середине статора 5.

Следует еще раз отметить, что фиг. 1 показывает не все обычные признаки электрической мощной машины. Так, статор 5 представлен в виде компактного блока, что не обязательно соответствует обычной практике. Не представлены также средства для закрытия пазов, в которых лежат стержни обмотки 1, 2. Далее представленные соотношения размеров не являются соответствующими масштабу. Для дополнения следующих из фиг. 1 и последующих фигур указаний следует сослаться на общие знания занятого в этой области среднего специалиста.

Фиг. 2 показывает лежащее перпендикулярно оси поперечное сечение через представленную на фиг. 1 машину. Статор 5 имеет пазы 10, в которые уложены прямые сегменты 1 стержней обмотки 1, 2. Представленными являются три паза 10 в качестве представителей обычно имеющихся в большом количестве в электрических мощных машинах пазов 10. В каждом пазу 10 находятся друг над другом два прямых сегмента 1, а между ними введен промежуточный слой 11. В этом промежуточном слое 11 находится чувствительный элемент 3 с соединительными проводами 4.

Фиг 3 и 4 показывают два примера выполнения для используемых в качестве антенн температурных датчиков из чувствительных элементов 3, в частности резистивные элементы с изменяющимися с температурой электрическими сопротивлениями, соединительными проводами 4 и диплексерами 6 для развязки сигналов ошибки от температурных сигналов. Согласно фиг. 3 соединительные провода 4 подключены к коаксиальному кабелю 16, а именно, соединительный провод 4 - к внутреннему проводнику, а другой соединительный провод 4 - к внешнему проводнику, который со своей стороны заземлен. Из коаксиального кабеля 16 полученная температурным датчиком смесь из температурного сигнала и сигнала ошибки подводится к входу 7 диплексера 6. В диплексере 6 происходит развязка сигнала ошибки от температурного сигнала. Температурный сигнал со входа 7 через катушку 18, которая образует фильтр нижних частот для пропускания сигналов с низкими частотами, подводится к первому выходу 8 диплексера 6, а сигнал ошибки попадает к входу 7 через конденсатор 17 ко второму выходу 9 диплексера 6. Конденсатор 17 образует фильтр верхних частот, который пропускает только высокочастотные сигналы. Со второго выхода 9 диплексора 6 сигнал ошибки может подводиться к не представленному устройству оценки. Точное функционирование образованного из чувствительного элемента 3 и соединительных проводов 4 температурного датчика в качестве антенны для высокочастотного сигнала ошибки зависит естественно значительно от частоты сигнала ошибки и геометрических размеров температурного датчика; с температурным датчиком согласно фиг. 3 однако достигается в основном емкостная связь с высокочастотным электромагнитным полем в электрической мощной машине.

Фиг. 4 показывает другую форму выполнения температурного датчика, при котором соединительные провода 4 с чувствительным элементом 3 служат в основном в качестве индуктивно действующей антенны для высокочастотных сигналов. Согласно фиг. 4 температурный датчик подключен к двум коаксиальным кабелям 16 с заземленными внешними проводниками, соединительные провода 4 подключены к внутренним проводникам коаксиальных кабелей 16. Вход 7 диплексера 6 выполнен для подключения обоих коаксиальных кабелей 16. Развязка сигнал ошибки от температурного сигнала происходит посредством трансформатора 19. Первичная обмотка трансформатора 19, которая соединена с входом 7, имеет отвод от средней точки или является бифилярно скрученной, причем предусмотрен соответствующий отводу от средней точки вывод. К отводу от средней точки первичной обмотки подключен первый выход 8 для отведения низкочастотного температурного сигнала. Высокочастотный сигнал ошибки передается в трансформаторе 19 на вторичную обмотку и оттуда на второй выход 9 диплексера 6. Ко второму выходу 9 подключено устройство оценки 14, которое само собой разумеется может содержать дополнительные фильтры и в котором может оцениваться сигнал ошибки. Вид и способ оценки соответствует требованиям отдельного случая, в частности, возможной является оценка относительно помех в электрической машине. Для индикации таких помех устройство оценки 14 снабжено индикаторным элементом 20, например, в виде лампы.

Изобретение позволяет особенно простым и надежным образом производить отвод высокочастотного сигнала ошибки из высокочастотного электромагнитного поля в электрической мощной машине и позволяет, в частности, распознавание повреждения с искрением.

Изобретение может быть использовано при эксплуатационном контроле электрической мощной машины для распознания электрических повреждений в мощной машине, снабженной по меньшей мере одним температурным датчиком и статором. Согласно изобретению высокочастотный сигнал сшибки должен отбираться от используемого в качестве антенны температурного датчика. При применении множества температурных датчиков возможно определить место повреждения, где был вызван сигнал ошибки. Изобретение позволяет особенно простыми средствами распознавать и локализовывать повреждения в электрической мощной машине. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ для отвода высокочастотного сигнала повреждения из высокочастотного электромагнитного поля для распознавания повреждения в электрической мощной машине со статором, несущим электрическую обмотку, заключающийся в том, что из высокочастотного электромагнитного поля отводят высокочастотный сигнал повреждения, отличающийся тем, что указанный отвод осуществляют посредством температурного датчика, который имеет электрическую проводимость и геометрические размеры, за счет чего образует антенну для высокочастотных сигналов, и сигнал с температурного датчика подводят к диплексеру для отделения высокочастотного сигнала повреждения от температурного сигнала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве температурного датчика для получения температурного сигнала используют электрический датчик. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что на температурный датчик для получения температурного сигнала подают электрическое постоянное напряжение или электрический постоянный ток. 4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что высокочастотный сигнал повреждения отводят из выходящих из статора соединительных проводов, причем соединительные провода подключены к расположенному в статоре температурному датчику. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что температурный датчик производит низкочастотный температурный сигнал, в частности сигнал постоянного тока. 6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что сигнал повреждения снимают с множества температурных датчиков и сигналы повреждения с температурных датчиков коррелируют друг с другом для определения места в электрической мощной машине, где были вызваны сигналы повреждения. 7. Способ по любому по пп.1 - 6, отличающийся тем, что из появления высокочастотного сигнала повреждения делают вывод об искрообразовании в электрической мощной машине. 8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что выделяют сигнал повреждения с частотой между 1 и 300 МГц, в частности между 3 и 100 МГц. 9. Устройство для отвода высокочастотного сигнала повреждения из высокочастотного электромагнитного поля в электрической мощной машине со статором, несущим электрическую обмотку, и антенной для отвода высокочастотного сигнала повреждения, отличающееся тем, что антенна образована температурным датчиком, который имеет электрическую проводимость и геометрические размеры для отвода высокочастотного сигнала повреждения и для создания низкочастотного температурного сигнала и расположен в статоре с соединительными проводами, которые выходят из статора, причем диплексер для развязки сигнала повреждения от температурного сигнала соединен с температурным датчиком, причем диплексер имеет вход, первый выход и второй выход, к входу диплексера подключены соединительные провода, на его первом выходе выдается температурный сигнал и на его втором выходе выдается сигнал повреждения. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что температурный датчик является электрическим датчиком; диплексер относительно первого выхода является фильтром нижних частот, а относительно второго выхода фильтром верхних частот. 11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что температурный датчик лежит в пазу, который относится к множеству пазов статора, причем электрическая мощная машина содержит электрическую обмотку с электрическими стержнями обмотки, которые уложены в соответствующий паз. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что температурный датчик лежит в электрически изолирующем промежуточном слое, который расположен в пазу между двумя лежащими друг над другом в пазу электрическими стержнями обмотки. 13. Устройство по любому из пп.9 - 12, отличающееся тем, что температурный датчик содержит резистивный элемент с зависящим от температуры электрическим сопротивлением. 14. Устройство по пп.9 - 13, отличающееся тем, что оно содержит множество температурных датчиков, которые предпочтительно равномерно распределены по статору.