Устройство для температурной диагностики обмотки статора электрической машины Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к электрическим машинам и контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики параллельных ветвей стержней обмотки статора мощных турбогенераторов с непосредственным водяным охлаждением, а также контроля отношения разностей температур холодильных и водоохлаждаемых агрегатов.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет определения причины перегрева обмотки статора электрической машины с учетом параметров нагрузки.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит первые датчики 1 температуры, первые функциональные преобразователи 2, коммутатор 3, блок 4 ключевых элементов, источник 5 эталонных напряжений, два аналоговых вычитателя 6i и 62,

10

15

тавляющих, либо относительного снижения расхода воды системы охлаждения, что приводит к развитию чрезмерного перегрева обмотки, а затем к тяжелой аварии генератора.

Таким образом, устройство позволяет по изменению коэффициента Kj- выявлять не только полную закупорку контролируемых ветвей обмотки статора, но и более тонкие изменения режима охлаждения контролируемой ветви, вызванные перегревами, возникающие даже при частичном перекрытии отдельных каналов в одном из стержней обмотки, что обеспечивает прогнозирование теплового режима электрической машины.

Прогнозирование теплового режима осуществляется с целью выявления причины и зоны перегрева с учетом изменения нагрузки (нагрузка 50%, нагрузка 70%) и несимметрии нагрузки (коэффициент несимметпервый 7i и второй 72 аналого-цифровые пре- 20 рии2%). образователи, два регистра 8i и 82, элементТехническая реализация осуществля9 ИЛИ, первый интерфейсный блок 10, мик- ется введением в устройство блока 22 измерения нагрузки, блока 17 измерения коэффициента несимметрии и блока 18 сигнализаторов несимметрии, формирующего признак в формирователь 19 сигналов причины перегрева при коэффициенте несимметрии

ропроцессор 11, оперативное запоминающее устройство 12, постоянное запоминающее устройство 13, клавиатуру 14, второй интерфейсный блок 15, таймер 16, блок 17 измерения коэффициента несимметрии, первый блок 18 сигнализации (блок сигнализаторов несимметрии), формирователь 19 сигналов причины перегрева, блок 20 индикации.

25

2%. Блок сигнализаторов уровня формирует в блок индикации признаки при нагрузке 50% и при нагрузке 70%, по которым опе35

второй блок 21 сигнализации (блок сигнали- Q ратор с клавиатуры задает последователь- заторов уровня), блок 22 измерения нагрузки,

блок 23 регистрации, второй датчик 24 температуры, второй функциональный преобразователь 25, третий датчик 26 температуры, третий функциональный преобразователь 27.

Устройство работает следующим образом.

Введение вторых и третьих датчиков функциональных преобразователей позволяет контролировать температуру воды на входе в общем коллекторе подачи воды в обмотку статора и на выходе из обмотки в 40 сигнал с общем сливном коллекторе. Совместное использование результатов контроля первых, вторых и третьих датчиков позволяет определять относительную тепловую нагрузку каждой параллельной ветви обмотки статора, которая выражается безразмерным коэффициенто1М KI, определяемым, по формуле

ность и периодичность опроса датчиков температуры устройством, которое посредством микропроцессора опеативного 12 и постоянного 13 запоминающих устройств определяет значение К; и сравнивает его с заданным базовым значением К, баз Результат сравнения поступает в блок 19 фиксации причины перегрева, на первый вход которого поступает логический сигнал с выхода первого интерфейсного блока 10, соответствующий Ki Ki оаз а на второй вход логический выхода блока 18 сигнализации.

На выходе формирователя 19 сигналов причины перегрева образуются следующие логические сигналы

45

К; К,- баъ при Ki Кваз при ,

Первый соответствует повьшленным тепловыделениям за счет несимметрии нагрузки, когда разные фазы обмотки статора нагреты неодинаково; второй - полной или час- 5 тичной закупорке стержней обмотки статора, следствием чего является относительное снижение расхода воды через ветвь. Нормируемые сигнализаторами уровня нагрузки признаки, соответствующие нагрузке 50% и нагрузке 70%, являются основополагающими при организации периодичности контроля за режимом охлаждения отдельных ветвей гидравлической системы, например

V „ ТЧ.Ъ..

,

1г - 1о

(О

гдеТ( -температура воды на выходе из i-ro стержня ветви;

TO - температура воды на входе в общем коллекторе подачи воды в обмотку; Тг- температура воды на выходе из обмотки в общем сливном коллекторе. Увеличение К,- для любой из контролируемых ветвей является следствием повышенных тепловыделений в элементах, ее сос

5

тавляющих, либо относительного снижения расхода воды системы охлаждения, что приводит к развитию чрезмерного перегрева обмотки, а затем к тяжелой аварии генератора.

Таким образом, устройство позволяет по изменению коэффициента Kj- выявлять не только полную закупорку контролируемых ветвей обмотки статора, но и более тонкие изменения режима охлаждения контролируемой ветви, вызванные перегревами, возникающие даже при частичном перекрытии отдельных каналов в одном из стержней обмотки, что обеспечивает прогнозирование теплового режима электрической машины.

Прогнозирование теплового режима осуществляется с целью выявления причины и зоны перегрева с учетом изменения нагрузки (нагрузка 50%, нагрузка 70%) и несимметрии нагрузки (коэффициент несиммет0 рии2%). Техническая реализация осуществляется введением в устройство блока 22 измерения нагрузки, блока 17 измерения коэффициента несимметрии и блока 18 сигнализаторов несимметрии, формирующего признак в формирователь 19 сигналов причины перегрева при коэффициенте несимметрии

2%. Блок сигнализаторов уровня формирует в блок индикации признаки при нагрузке 50% и при нагрузке 70%, по которым опе35

Q ратор с клавиатуры задает последователь-

40 сигнал с

ность и периодичность опроса датчиков температуры устройством, которое посредством микропроцессора опеативного 12 и постоянного 13 запоминающих устройств определяет значение К; и сравнивает его с заданным базовым значением К, баз Результат сравнения поступает в блок 19 фиксации причины перегрева, на первый вход которого поступает логический сигнал с выхода первого интерфейсного блока 10, соответствующий Ki Ki оаз а на второй вход логический выхода блока 18 сигнализации.

На выходе формирователя 19 сигналов причины перегрева образуются следующие логические сигналы

40 сигнал с

45

К; К,- баъ при Ki Кваз при ,

Первый соответствует повьшленным тепловыделениям за счет несимметрии нагрузки, когда разные фазы обмотки статора нагреты неодинаково; второй - полной или час- 5 тичной закупорке стержней обмотки статора, следствием чего является относительное снижение расхода воды через ветвь. Нормируемые сигнализаторами уровня нагрузки признаки, соответствующие нагрузке 50% и нагрузке 70%, являются основополагающими при организации периодичности контроля за режимом охлаждения отдельных ветвей гидравлической системы, например

55

нагрузка 50% - измерения нецелесообразны ввиду незначительных тепловыделений; нагрузка 57-70% - контрольный просмотр; нагрузка не менее 70% - с регистрацией на бланке. Блок 22 измерения нагрузки постоянно производит измерение нагрузки генератора (не показан) на его выходных клеммах, а блок 17 измерения коэффициента несимметрии измеряет несимметрию нагрузки, в частности несимметрию токов в фазах обмотки статора турбогенератора. Блоки 18 и 21 сигнализации представляют собой пороговые устройства, вырабатывающие соответствующие логические сигналы в случае превышения заданных установок - для нагрузки 50% и 70%, для коэффициента несимметрии 2%, которые поступают в формирователь 19 сигналов причины перегрева и блок 20 индикации. В зависимости от нагрузки генератора оператор посредством

руется погрешность смещения нуля шкалы, путем подключения входов аналоговых вы- читателей 6 к шине нулевого потенциала посредством блока 4 ключевых элементов и г определения смещения щкалы кодирования Uo, Uo, эквивалентного кодам No, NO, получаемым на выходах аналого-цифровых преобразователей 7. Цифровые коды No, NO запоминаются в регистрах 8, а затем переписываются под управлением микропроцессора 10 11 в ОЗУ 12.

С помощью блока 4 ключевых элементов на неинвертирующие входы вычитате- лей б подается эталонное напряжение от источника 5 эталонных напряжений, а ин- генератора г вертирующие входы подключаются к шине нулевого потенциала. Таким образом, на выходах аналого-цифровых преобразователей 7 присутствует цифровой код эталонного сигнала, для которого известно точное значение выходного кода N,, занесенное в блок

клавиатуры 14 задает периодичность опроса 20 ПЗУ 13. В результате преобразования сигнала на выходах аналого-цифровых преобразователей 7 образуются коды Nj N,, которые запоминаются в буферных регистрах 8.

Микропроцессор 11 вычисляет поправочные коэффициенты, обеспечивающие уменьшение погрешности масштаба для каждого аналого-цифрового преобразователя 7 по формулам

25

датчиков температуры с помощью программируемого таймера 16. Таким образом, по сигналам таймера микропроцессор 11 автоматически организует циклический опрос датчиков, вычисление Kj с последующим сравнением цифровых кодов с кодами базовых значений Ksas. предварительно занесенных в постоянное запоминающее устройство 13 для каждой параллельной ветви системы охлаждения в зависимости от типа генератора. К. определяются на основании о результатов тепловых испытаний машины, проведенных на заводе-изготовителе или месте установки генератора.

Микропроцессор, программируемый таймер, интерфейсные блоки, ОЗУ, ПЗУ реали зуются по типовой схеме применения микропроцессорного комплекта К580.

Блок 4 ключевых элементов содержит несколько групп ключевых элементов. Первая группа состоит из трех элементов, подключающих по первому входу выходы вторых функциональных преобразователей 25, 40 по второму входу выход коммутатора 3 и по третьему входу выходы третьих преобразователей 27 на соответствующие входы аналоговых вычитателей 6. Вторая группа состоит из одного ключевого элемента, подключающего вход источника 5 эталонных напряжений к входам аналоговых вычитателей 6. Третья группа состоит из двух ключевых элементов, подключающих тину нулевого потенциала ко входам аналоговых

Мэ - NO .

N3 - N6

„,, Ыз No . NO

(2)

(3)

35

45

Так как микропрцессор 11 в каждом рабочем цикле определяет коэффициент К, то поправочный коэффициент для вычисления К равен

М

W(4)

Таким образом, точное значение кода К, в котором ликвидированы систематические погрещности смещения нуля шкалы и масштаба вычисляются микропрцессором по формуле

- м IP) X - No (тг - То) X - Nb

(5)

где (Т,-- То) X и (Тг - То)х - цифровые коды напряжений, пропорциональные разно- вычитателей 6. Ключевые элементы второй Q стям указанных температур на выходах ана- и третьей групп работают в цикле автока- лого-цифровых преобразователей 7 при опросе i-ro датчика.

Процесс автокалибровки выполняется один раз для одного цикла опроса датчиков. Процесс определения относительной тепло- С целью снижения систематических по- 55 вой нагрузки каждой параллельной ветви осу- грешностей вычитателей б и АЦП 7 в уст- ществляется следующим образом, ройстве применен принцип автокалибровкиМикропроцессор через первый интерфейспо эталонным сигналам. Вначале ликвиди- ный блок 10 выдает цифровой код адреса

либровки устройства, а первой группы - в рабочих циклах контроля относительной тепловой нагрузки параллельных ветвей системы охлаждения.

25

о

Мэ - NO .

N3 - N6

(2)

„,, Ыз No . NO

(3)

40

35

45

Так как микропрцессор 11 в каждом рабочем цикле определяет коэффициент К, то поправочный коэффициент для вычисления К равен

М

W(4)

Таким образом, точное значение кода К, в котором ликвидированы систематические погрещности смещения нуля шкалы и масштаба вычисляются микропрцессором по формуле

- м IP) X - No (тг - То) X - Nb

(5)

контролируемой ветви обмотки статора на адресный вход коммутатора 3, а также управляющий сигнал на блок 4 ключевых элементов для подключения на входы аналоговых вычитателей 6 выходных напряжений функциональных преобразователей 2 и 25, пропорциональных То, Тг -Ti. С выходов вычитателей 6 напряжение, пропорциональное Тг - Т и Ti- TO, поступает на входы аналого- цифровых преобразователей 7, по сигналу «начало преобразования (выход первого интерфейсного блока 10) преобразуется аналого-цифровым преобразователем 7 в цифровой код, а по сигналу «окончание преобразования, вырабатываемому аналого-цифровым преобразователем 7, поступает в буферные регистры 8, а затем в микропроцессор для вычисления значения К для соответствующей ветви по формуле (5), которое сравпивается с базовым Кбаз.

Результат сравнения в виде логического сигнала поступает в формирователь 19 сигналов причины перегрева 19, в котором формируются два логических сигнала, несущих следующую информацию: при К. К/«аз и Кнес -2% - повыщенные тепловыделения за счет несимметрии нагрузки, когда разные фазы обмотки статора нагреты неодинаково; при К,- К/баз и 2% - относительное снижение расхода воды через ветвь.

Эти сигналы, а также цифровые коды вычислительного значения К, и К,-ваз поступают в блок 20 нидикацин. В блок 23 регистрации поступают цифровые коды адреса канала, вычислительного значения К; и реального времегщ.

Таким образом, устройство обеспечивает вычисление отношений разностей температур Т,-То и Тг-TO, сравнение полученных цифровых кодов безразмерного коэффициента относительной тепловой нагрузки К; каждой параллельной ветви системы охлаждения с цифровыми кодами базовых значений К, «аз, зан1итыми в ПЗУ 13, а также обеспечивает формирование логических сигналов, несущих информацию о причинах перегрева обмотки статора турбогенератора с учетом параметров нагрузки, что позволяет в условиях эксплуатации осуществлять прогнозирование теплового состояния машин и своевременно производить устранение нарушений, не доводя нх до развития тяжелой аварии MaiHHHbi.

Формула изобретения

Устройс гво для температурной диагностики обмотки статора электрической машины содержащее первые датчики температуры, подк/поченные выходами к входам соответствующих первых функциональных преобразователей, связанных выходами с соответствующими информационными входами коммутатора, источник эталонных напряжений, первый аналого-цифровой преобразователь, блок индикации и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью по- выщения достоверности контроля за счет онределения причины перегрева обмотки

статора с учетом параметров нагрузки, в него введены второй и третий датчики температуры, второй и третий функциональные преобразователи, блок ключевых элементов, второй аналого-цифровой преобразователь, два аналоговых вычитателя, два регистра, клавиатура, два интерфейс- пых блока, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, элемент ИЛИ, таймер, формирователь сигналов причины перегрева, блок

5 измерения коэффициента несимметрии, блок измерения нагрузки, два блока сигнализации и микропроцессор, подключенный информационными управляющими и адресными входами-выходами соответственно с ин0 формационпыми, управляющими и адресными входами-выходами оперативного и постоянного запоминающих устройств, таймера, первого и второго интерфейсных блоков, информационными и управляющими входами первого и второго регистров, связан5 ных информационными входами с выходами соответственно первого и второго аналого- цифровых преобразователей, соединенных информационными входами с выходами соответственно гтервого и второго аналого- Bbix вычитателей, а управляющими входа0 ми -- с первым выходом первого иптерфейс- пого блока, подключенного вторым выходом к первому входу элемента ИЛИ и к второму управляюнхему входу блока ключевых элементов, третьим выходом - к второму входу элемента ИЛИ и к третьему управляю5 тему входу блока ключевых элементов, четвертым выходом - к первому управляющему входу блока ключевых элементов, пятым выходом - к управляющим входам первого и второго регистров, щестым

0 выходом - к первому входу блока индикации и к входу блока регистрации, седьмым выходом -- к адресному входу коммутатора, а восьмым выходом - к первому входу формирователя сигналов причины перегрева, связанного вторым BXO;I.OM с выходом пер5 вого блока сигнализации, а первым и вторым выходами - соответственно с вторым и третьим входами блока индикации, подключенного четвертым и пятым выходами соответственно к первому и второму выходам второго блока сигнализации, соединенного входом с первым выходом блока измерения нагрузки, подк.чюченпого вторым выходом к входу блока измерения коэффициента месимметрии, связанного выходом с входом первого блока сигнализации, причем

, выход второго функционального преобразователя соединен с первым информационным входом блока ключевых элементов, связанного вторыми информационными вхо0

1312533

78

дами с выходом коммутатора, третьим ин-с вторым, четвертым и пятым выходами блоформационным входом - с выходом треть-ка ключевых элементов, третьим выходом -

его функционального преобразователя, чем-с вторыми входами аналоговых вычитателей

вертым информационным входом - с выхо-и с шестым выходом блока ключевых эледом источника эталонных напряжений, пя-5 ментов, выходы второго и третьего датчиков

тым и шестым информационными входами -температуры подключены соответственно к

с шиной нулевого потенциала устройства,входам второго и третьего функциональных

первым выходом - с первыми входами пер-преобразователей, а выход клавиатуры подвого и второго аналоговых вычитателей иключей к входу второго интерфейсного блока.

Изобретение относится к контролю функционирования электрической машины и может быть использовано для диагностики параллельных ветвей стержней обмотки статора мощных турбогенераторов с непосредственным водяным охлаждением, а также контролю отношения разностей температур холодильных и водоохлаждаемых агрегатов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет определения причины и зоны перегрева обмотки статора с учетом параметров нагрузки. Устройство содержит первые датчики 1, первые функциональные преобразователи 2, коммутатор 3, блок 4 ключевых элементов, источник 5 эталонных напряжений, две схемы 6t и 62 вычитания, два эталонных цифровых преобразователя 7i и 79, два регистра 8i и 82, элемент ИЛИ 9, первый интерфейсный блок 10, микропроцессор 11, оперативное 12 и постоянное 13 запоминающие устройства, клавиатуру 14, ворой интерфейсный блок 15, блок 17 измерения коэффициента несимметрии, первый блок 18 сигнализации, формирователь 19 сигналов причины перегрева, блок 20 индикации, второй блок 21 сигнализации, блок 22 измерения нагрузки, блок 23 регистрации, второй датчик 24 температуры, второй функциональный преобразователь 25, третий датчик 26 температуры, третий функциональный преобразователь 27 Эффект от применения устройства достигается за счет постоянного вычисления коэффициента относительной тепловой нагрузки и его сравнения с эталонной величиной, а также прогнозирования теплового состояния электрической машины с учетом параметров нагрузки. 1 ил. I (Л оз ю ел о:) 00