Статор высоковольтной электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K11/00 

Изобретение относится к крупному лектромашиностроении и может быть исользовано при изготовлении и эксплуатаии высоковольтных турбо- и идрогенераторов, в частности для диагнотики эксплуатационного состояния торцоых частей обмотки статора.

Контроль параметров эксплуатационного состояния торцовых частей высоковольтной обмотки статора ( температуры, влажнения, вибрации, деформации, термоеханического перемещения и др.) с использованиемдатчиковслектропроводной связью (термопреобра- зователей сопротивления, 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 представляется возможным из-за высокого напряжения на них. Размещение датчиков на лобовых частях недопустимо прежде всего по соображениям электробезопасности из-за возможного высокого потенциала через электропровод- нуга связь к измерительному прибору и поражения током испытателя, а также из-за возможного повреждения как датчика от воздействия скользящих разрядов, корони- рования и ионизации у его основания, так и пробоя обмотки на него при повреждении изоляции под воздействием этих же факторов.

В связи с изложенным в известных конструкциях датчики вынуждено располагают на некотором удалении от поверхности изоляции обмотки на промежуточных обоймах из электроизоляционного материала.

Для обеспечения защиты испытателя от поражения электрическим током, а также предотвращения повреждения датчика и изоляции обмотки обойме, установленной между обмоткой и датчиком, приданы в зависимости от напряжения такие размеры, чтобы гарантировать электрическую прочность изоляции обмотки, отсутствие коро- нирования и скользящих разрядов у датчика при работе и профилактических испытаниях обмотки повышенным напряжением. Изоляционная обойма с прикрепленным датчиком устанавливается на клею и бандажируется шнуром к стержню обмотки.

Наличие промежуточного элемента между датчиком и контролируемым объектом привносит дополнительную погрешность при измерении параметров из-за ослабления обоймы с датчиком и появления люфта, отделения датчика от объекта контроля и др., а в ряде случаев делает невозможным проведение измерений в условиях ограниченного пространства лобовых частей высоковольтной обмотки.

Условия электробезопасности при проведении измерений, помимо требования ус- тановки балластной изоляционной обоймы в известном устройстве, налагают также дополнительно жесткие ограничения по напряжению в месте расположения дат0 чиков контролируемого объекта до величины не более 1000 В. Турбо- и гидрогенераторы выполняются на номинальные напряжения значительно выше 1000 В, и поэтому указанное требование не

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

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

5 выдержать в известных решениях лишь на части обмотки. При указанном распределении напряжения по длине фазы низковольтная часть обмотки, допускаемая для размещения датчиков, примыкает к нуле0 вым выводам. В режиме нагрузки в генераторах с наиболее распространенным номинальным напряжением от 10,5 до 24 кВ эта часть обмотки с рабочим напряжением относительно земли до 1000 В включает в

5 себя 1...2 стержня 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 состояния 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 условиям электробезопасности контроль состояния лобовых частей низковольтной части обмотки при работе под нагрузкой (даже при столь ограниченном объеме контроля) проводят,

0 как правило, эпизодически в экстремальных ситуациях при оценке возможности дальнейшей эксплуатации, например, при недопустимо больших виброперемещениях. В этом случае во время измерений должны

5 быть приняты меры предосторожности, обеспечивающие защиту персонала, проводящего измерение, от полного напряжения генератора, а также предотвращающие повреждение измерительной аппаратуры. С этой целью измерительные провода от датчиков группируются в жгуты пофазно, а их изоляция по отношению к корпусу и между собой проверяется испытательным напряжением, равным (1,0...1,5) 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 зоны - 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 зоны 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, например, при исследовании торцовой зоны обмотки статора головных образцов турбо- и 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 установле- ны 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% общего объема, части обмотки в пределах низковольтной зоны 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 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 поражения током в расчете только на доста0 точность увеличения диэлектрического промежутка обоймы, остается необходимой вся сложная система охранных мероприятий по обеспечению электробезопасности при проведении измерений: вынесенная за

5 пределы генератора система высоковольтных подставок для расположения испытательного персонала и измерительных приборов, запрещение проведения контроля в рабочем режиме генератора, демонтаж

0 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

5 статора.

Изложенное выше показывает, что известная конструкция обмотки с установленными датчиками и связанные с ней методы и средства контроля эксплуатационного со0 стояния торцовых зон обмотки статора огра- ничивают возможности контроля, а контроль в процессе нормальной работы генераторов вообще невозможен, т.е. имеет место техническое противоречие.

5 Целью изобретения является повышение надежности путем расширения зон активного контроля обмотки статора. Поставленная цель достигается тем, что в известном статоре высоковольтной элект0 рической машины, включающем обмотку статора, датчики контроля эксплуатационного состояния торцовой зоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, крепящий бандаж, каждый из

5 упомянутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изоляции контролируемого участка обмотки и включающей в себя электрод из металлической

0 фольги, повторяющий конфигурацию основания датчика и имеющий, по меньшей мере, размеры основания датчика, и противокоронное покрытие, выполненное из полупроводящей эмали, причем противо5 коронное покрытие выходит за пределы электрода по всему его периметру в виде пояска шириной, зависящей от номинального напряжения машины, и его удельное сопротивление увеличивается но 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 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 в изоляцию 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 высоковольтной 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, корони- рования и ионизации при введении в обмотку датчиков, снятия всех ограничений по месту расположений да иков, в том числе и в высоковольтной части обмотки, снятия запрещающих требований по режимам работы генератора при выполнении контроля, а также создания условий для осуществления 100%-ного охвата контролем зоны обмотки и для введения стационарного непрерывного контроля 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 мероприятий по обеспечению

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

5 датчиков на все время эксплуатации генератора и подключением их непосредственно к системе непрерывного автоматического слежения.

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

5 В торцовой зоне обмотки, находящейся за пределами сердечника статора 1, на поверхности изоляции лобовых частей стержня 2 и соединительных шин (перемычек) 3 установлена измерительная площадка без0 опасности, 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 за5 земленному 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

0 полупроводящих эмалей с удельным поверхностным сопротивлением, увеличивающемся по мере удаления от края электрода от 103...5до 10 ...11 Ом, и образует окантовывающий по периметру электрода

5 поясок шириной, зависящей от номинального напряжения генератора и составляющей 50...150 мм для И ном 10,5...24 кВ. Датчик 7 расположен на измерительной площадке, приклеен, своим основанием к

0 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

5 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 кзждого датчика 7, метаплический 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 этом 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 болтам 14 заземленного корпуса статора.

Сигналы от датчиков 7 через электропроводящую связь 9 подаются в устройство автоматической системы контроля 10с заземленным 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 электрическая прочность из изоляции, изготовленной по упрощенной технологии, несколько ниже главной изоляции соединяемых деталей (стержней, шин, перемычек и т.п.), изготовленной в режиме ваку- умирования, опрессовки и термообработки. Поэтому измерительная площадка отстоит от места окончания непрерывности главной изоляции стержня, шины или перемычки - от торца, среза изоляции - не ближе величины сухора рядного промежутка вдоль поверхности изоляции,скоординированного с испытательным напряжением, Так, например, при номинальных напряжениях турбо- и гидрогенераторов И ном 10,5...24,0 кВ и максимально возможных профилактических испытательных напряжениях ИСип. - 1,5Ином минимальное расстояние от края полупроводникового покрытия электрода измерительной площадки до среза изоляции составляет 50...80 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 незаои- 5 симо от его рабочего напряжения. Размеры измерительной площадки определяются размерами основания датчика. При переходе к миниатюризации датчиков на одной измерительной площадке можно разме0 стить 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.

0 Дальнейшее повышение компактности достигается 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.

Благодаря применению предлагаемой конструкции статора рересмотрена концепция на возможности диагностики техниче0 ского состояния торцовой зоны высоковольтной обмотки статора и использованы методика и измерительные средства, принятые при контроле пазовой части обмотки, расположенной в заземленном

5 сердечнике статора.

Заявляемое устройство статора, высоковольтной электрической машины предполагается применить прл изготовлении турбогенераторов повышенной маневрен0 ности и обратимых гидрогенераторов - двигателей мощностью 220..,500 МВт. Формула изобретения Статор высоковольтной электрической машины, включающий обмотку статора, дат5 чики контроля эксплуатационного состояния торцовой зоны обмотки, промежуточные элементы между датчиками и обмоткой, крепящей бандаж, отличающийся тем, что, с целью повышения

0 надежностипутем расширения зон актионо- го контроля, каждый из упомянутых датчиков установлен на измерительной площадке безопасности, размещенной на поверхности изоляции контролируемого участка об5 мотки и включающий в себя электрод из металлической фольги, повторяющий конфигурацию основания датчика и имеющий по меньшей мере размеры основания датчика, и противокоронное покрытие, m полнен- ное из полупроводящей эмали, причем

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 датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке.

Сущность изобретения: датчик системы контроля размещен на измерительной площадке безопасности, впрессованной с внешней стороны изоляции контролируемого участка обмотки, Площадка включает в себя электрод (5) из 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 заземляющим проводом (6) с заземленным корпусом статора электрической машины. Датчик своим основанием плотно прилегает к электроду и прикреплен к обмотке с помощью изоляционного бандажа. 3 ил. ( хэ с/ С :ъ оо д 4 Ю п Фиг 1

#7

//////

4

0Ж.З