УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ВИТКОВОЙ И КОРПУСНОЙ ИЗОЛЯЦИИ В ОБМОТКАХ РОТОРОВ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
DEVICE FOR TESTING INTER-WINDING AND BODY INSULATION IN WINDINGS OF ROTORS OF TURBOGENERATORS

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для контроля витковых и корпусных замыканий в обмотках роторов турбогенераторов.
Целью изобретения является повышение чувствительности и упрощение методики определения замыкания изоляции между витками обмотки и обмотки на корпус роторов турбогенераторов с надетыми бандажами в неподвижном состоянии или при вращении ротора.
Идея «бегущей волны» была предложена еще в изобретении (А.С. СССР 82724, заявлено 11.03.1948 за №378531, опубл. 31.05.49 г.), когда короткий импульс с генератора направляется в две испытуемые обмотки, соединенные последовательно, и на два последовательных резистора с заземленной средней точкой, а с общей точки катушек относительно точки заземления напряжение подается на осциллограф и по форме кривой на экране осциллографа судят о наличии виткового замыкания (в.з.). Главный недостаток - сложность контроля из-за необходимости визуальной оценки формы кривой.
В изобретении (А.С. СССР 82901, заявлено 30 07.1949 за №402023 в Гостехнику СССР) короткие импульсы с генератора направляются в две испытуемые обмотки поочередно. На экране осциллографа обе осциллограммы накладываются друг на друга. Если нет в.з., то наблюдается одна кривая, а если есть, то - две, которые имеют общее начало.
На базе этого метода разработаны приборы ЕЛ-1 и ЕЛ-15.
В способе (А.С. СССР 136455, заявлено 3.07.1959 за №632634/24 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете министров СССР, опубл. в «Бюллетене изобретений» №5 за 1961 г.) идея «бегущей волны» доработана для возможности поиска мест замыканий изоляции на корпус или между витками катушек роторов турбогенераторов. Недостаток - необходимость визуальной оценки кривых на экране осциллографа путем сравнения с градуировочными кривыми.
Идея «бегущей волны» реализована в установке ИУ-57 (А.П. Зеленченко. Устройства диагностики тяговых двигателей электрического подвижного состава. Учебное пособие, Москва, 2002, с. 14).
В этой установке импульс напряжения подается на две проверяемые катушки, а на экране осциллографа наблюдается форма кривой.
Существенных изменений в способе контроля в.з. в этой установке, как и в способах, используемых в приборах ЕЛ-1, ЕЛ-15, по сравнению с вышеуказанными изобретениями, нет.
Специально для проверки роторов турбогенераторов предприятие Харьковэнергоремонт разработало прибор ИКЗ-2 (1975 г.) и прибор ИКЗ-3 (1979 г.). Приборы ИКЗ-3 длительное время эксплуатировались на заводе «Электротяжмаш» г. Харькова.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство прибора для обнаружения коротких замыканий между витками и между витком и корпусом обмоток роторов турбогенераторов ТГВ50, ТГВ200, ТГВ300, ТГВ500 с надетыми бандажными кольцами (Индикатор коротких замыканий типа ИКЗ-3 УХЛ 4.2. Паспорт А210.00.00ПС).
В этом приборе с генератора импульсов напряжение подается на трансформатор и на вход блока горизонтальной развертки электронно-лучевой трубки. С двух выходных обмоток трансформатора напряжение поступает на обмотки двух полюсов проверяемого ротора, а корпус ротора заземляется. Средняя точка выходных обмоток трансформатора также заземляется.
Резистивный делитель подключен к выходным обмоткам трансформатора, его средняя точка - к инвертирующему входу усилителя, а неинвертирующий вход соединен с землей.
На выходе усилителя формируется разностный сигнал двух волн напряжения, который затем подается на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки.
Если обе обмотки симметричные (нет замыканий), то разностный сигнал, близкий к нулевому, и на экране трубки - прямая линия.
Если в какой-либо обмотке есть замыкание, то возникает отражение от места замыкания до входа обмотки и формируется импульс разностного сигнала. Расстояние от момента подачи импульса до прихода отраженного импульса на экране трубки определяет место замыкания.
Выполнив заранее искусственное замыкание одного витка и замыкание на корпус катушки полюса, получаем градуировочные кривые. Требуется набор градуировочных кривых для каждого типа ротора и отдельно для замыканий витка и замыканий на корпус.
Недостатком является сложность контроля из-за необходимости визуальной оценки формы кривой. Кроме того, через широкий диапазон времени от момента подачи импульса до прихода отраженного импульса от места замыкания (интервал времени) - от 2 до 80 мкс при возможной разнице в 1 мкс между некоторыми отраженными импульсами в соседних катушках, осциллограммы этих импульсов трудно увидеть, что снижает чувствительность прибора.
В основу изобретения поставлена задача упрощения методики определения места замыкания путем исключения визуальной оценки и повышения чувствительности путем повышения разрешающей способности в оценке отражающих импульсов.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для испытания витковой и корпусной изоляции в обмотках роторов турбогенераторов, содержащем генератор импульсов, нагруженный на входную обмотку трансформатора, выходные обмотки которого подключены на обмотки полюсов ротора и на последовательно соединенные резисторы делителя напряжения, средняя точка выходных обмоток, корпус ротора и неинвертирующий вход усилителя заземлены, а инвертирующий вход усилителя подключен к средней точке делителя напряжения, согласно изобретению управляющий выход с генератора импульсов подключен на третий вход измерительного блока, а на первый и второй входы измерительного блока подаются сигналы с выхода первого и второго компараторов соответственно, входы компараторов подключены к выходу усилителя, опорные входы первого и второго компараторов имеют уровни напряжения верхнего и нижнего порогов соответственно, кроме того, выходы первого и второго компараторов подключены на индикатор корпусного и индикатор виткового замыканий соответственно, выход измерительного блока соединен с блоком индикации места замыкания.
Градуировка устройства выполняется следующим образом.
Выполнив заранее искусственное замыкание одного витка и замыкание на корпус для каждой катушки полюса, получим перечень интервалов времени для каждого ротора как для замыкания витка, так и для замыкания на корпус. В прототипе необходимо получить набор градуировочных кривых.
Упрощение методики определения места замыкания обеспечивается заменой визуальной оценки формы кривой на отсчет показаний блока индикации места замыкания в цифровой форме.
Повышение чувствительности обеспечивается тем, что точность отсчета цифрового индикатора блока индикации места замыкания может обеспечиваться разрешением менее 1 мкс, что дает возможность различать отражающие импульсы с минимально возможной разницей в интервалах импульсов.
Заявляемое устройство иллюстрируется следующими графическими материалами.
Фиг. 1 - схема устройства, где:
1 - генератор импульсов
2 - трансформатор
3, 4 - обмотки полюсов ротора
5, 6 - резисторы делителя напряжения
7 - усилитель
8 - первый компаратор
9 - индикатор корпусного замыкания
10 - второй компаратор
11 - индикатор виткового замыкания
12 - измерительный блок
13 - блок индикации места замыкания
14 - напряжение верхнего порога
15 - напряжение нижнего порога
Фиг. 2 - эпюры напряжений, где:
16 - управляющий выход генератора
17 - выход усилителя при корпусном замыкании катушки
18 - выход усилителя при в.з. в катушке
19 - верхний порог
20 - нижний порог
21 - выход с первого или второго компаратора при корпусном замыкании в катушке
22 - выход с первого или второго компаратора при отсутствии замыканий
23 - выход с первого или второго компаратора при в.з. в катушке
24, 26 - интервал времени при корпусном замыкании в первой и последней катушках соответственно
25, 27 - интервал времени при в.з. в первой и последней катушке, соответственно
Фиг. 3 - пример практической реализации измерительного блока, где:
28 - генератор
29 - электронный ключ
30 - счетчик
31 - логический элемент 3И
32 - R-S триггер
33 - элемент задержки
Генератор 1 подает импульсное напряжение на входную обмотку трансформатора 2, с которой два противофазных напряжения относительно нуля подаются на обмотки двух полюсов 3 и 4 ротора. Корпус ротора подключен к нулевой точке.
К выходным обмоткам трансформатора также подключены два одинаковых резистора делителя 5 и 6. Общая точка этих резисторов соединена с инвертирующим входом усилителя 7, а его неинвертирующий вход имеет нулевой потенциал.
Разность напряжений с выхода усилителя 7 через первый компаратор 8 (верхний порог) поступает на индикатор корпусных замыканий 9 и одновременно через второй компаратор 10 (нижний порог) - на индикатор в.з. 11.
На первый, второй и третий входы измерительного блока 12 поступают сигналы с выхода первого компаратора, второго компаратора и с управляющего выхода генератора соответственно.
Выходный код с выхода измерительного блока подключен к блоку индикации места замыкания 13.
Устройство работает следующим образом.
Генератор 1 формирует короткие импульсы напряжения, которые поступают на входную обмотку трансформатора и одновременно управляющий выход с генератора (импульсы 16) запускает измерительный блок 12 на начало отсчета времени.
Сигнал рассогласования с выхода усилителя 17, 18 проверяется по уровню 19 первым компаратором 8, а по уровню 20 - вторым компаратором 10. Так как амплитуда импульса несогласованности при замыкании на корпус на порядок больше, чем при в.з., то легко их отделить друг от друга. С выходов компараторов они будут выглядеть 21 или 23.
Если нет в.з. и замыканий на корпус, то на выходах компараторов будет нулевое напряжение 22.
Оба выхода компараторов подключены на входы измерительного блока 12 для остановки отсчета времени. Размер отчисленного времени (интервал времени) на фиг. 2 условно показан числом импульсов 24, 25, 26, 27. Когда есть корпусное замыкание в первой катушке полюса, то импульс 17, отраженный от места замыкания, поступает на вход усилителя 7 через интервал времени 24, а если оно - в последней катушке полюса, то через интервал времени 26. Аналогично при в.з. в первой и последней катушках полюса интервалы времени будут соответственно 25 и 27.
Экспериментальные исследования показали, что интервалы времени 24 и 25 близки между собой, как и интервалы времени 26 и 27. Причем в зависимости от места замыкания в катушке (номер витка) отражающий импульс от корпусного замыкания 17 может опережать импульс отражения от в.з. 18 (как показано на фиг. 2), так и наоборот.
Поэтому, если в каком-нибудь полюсе возникает одновременно и корпусное, и витковое замыкания (светятся индикаторы 9 и 11), то устройство регистрирует интервал времени от первого опережающего импульса, и если это в одной катушке полюса, то устройство идентифицирует эти два замыкания с указанием места замыкания, а если второе замыкание в другой катушке, то устройство покажет первое замыкание (которое опережает), а второе замыкание будет выявлено после устранения первого. Но случаи с несколькими замыканиями в одном полюсе встречаются редко.
Для полной проверки ротора требуется проверить поочередно полюсы 3 и 4. Для этого необходимо выводы с устройства (на фиг. 1 это провода с выхода трансформатора) подключить к кольцам ротора (к полюсам 3 и 4) одной полярностью - проверяется один полюс, а затем поменять провода местами - проверяется другой полюс. Аналогичная процедура выполняется и в прототипе.
Усилитель 7 может иметь на выходе цепь индикации отрицательных импульсов. Тогда свечение этой индикации свидетельствует о наличии замыканий в другом полюсе и необходимо изменить полярность подключения, а если не светится, то достаточно первого подключения.
На фиг. 3 показан пример практической реализации измерительного блока на дискретных элементах.
На вход счетчика 30 импульсы счета с генератора 28 поступают при замкнутом электронном ключе 29. Управление этим ключом выполняется R-S триггером 32. Когда на вход S триггера поступает управляющий импульс с генератора 1, то триггер переключается и открывает электронный ключ - счетчиком начинается счет импульсов с генератора 28.
Когда с выхода первого компаратора 8, или с выхода второго компаратора 10, или сигнал переполнения Р с выхода счетчика поступает сигнал, то триггер закрывает электронный ключ и счет останавливается.
Сигнал переполнения Р с выхода счетчика формируется, если интервал времени превышает максимально возможное значение, например, если нет замыканий в катушках. В этом случае кроме остановки счета этот сигнал через элемент задержки 33 поступает на вход сброса R счетчика и последний обнуляется.
Счетчик отсчитывает число импульсов с генератора, которое пропорционально интервалу времени, и преобразовывает их в выходной код, например, семисегментный (зависит от модели микросхемы счетчика) для вывода результата на семисегментный индикатор блока индикации места замыкания.
Генератор 28 может быть выполнен на логических элементах по любой из известных схем. Если частоту генератора выбрать 10 МГц, то период будет 0,1 мкс и разрешение устройства - 0,1 мкс. Если максимальный интервал не превышает 80 мкс, то счетчик будет выполнен на трех микросхемах десятичных счетчиков-делителей, а индикатор будет содержать три семисегментных индикатора (третий - десятые доли микросекунды).
Если устройство разрабатывается на базе микроконтроллера, то измерительный блок 12 легко реализовать программным способом без дискретных элементов. При этом алгоритм программы работы измерительного блока выполняется на базе алгоритма работы измерительного блока на дискретных элементах, как показано на фиг. 3 и фиг. 2, или другим возможным методом измерения интервалов времени программным способом.
Генератор 1 выполняется любым известным способом, например на базе схемы заряд-разряд накопительного конденсатора.
Трансформатор 2 - высокочастотный, например, с ферритовым магнитопроводом.
Усилитель 7, компараторы 8 и 10 могут быть выполнены на микросхемах операционных усилителей.
Таким образом, практическая реализация устройства возможна как с использованием дискретных элементов, так и на базе микроконтроллера.