УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПОДШИПНИКОВ ТУРБОАГРЕГАТА

Область техники
Полезная модель относится к электроэнергетике и, в частности, к устройствам для эксплуатации турбоагрегатов на электрических станциях.
Уровень техники
Для устранения токов, вызывающих электроэрозию элементов конструкции турбоагрегата, его подшипники, установленные со стороны возбудителя, изолируют от фундаментной плиты. [Эксплуатационный циркуляр №Ц-05-88 (Э) «О предотвращении электроэрозии турбоагрегатов», Министерство энергетики и электрофикации СССР. 1988 г.]. От вала турбоагрегата подшипники электрически изолированы масляной пленкой смазки.
В процессе эксплуатации происходит загрязнение изоляции или ее замыкание посторонними металлическими предметами (металлорукавами, металлическими оболочками кабелей и др.), что приводит к возникновению подшипниковых токов и появлению электроэрозии вала и подшипника. Поэтому необходимо иметь непрерывный контроль изоляции подшипников.
Известны устройства, предназначенные для непрерывного контроля изоляции подшипников турбоагрегата [Эксплуатация турбоагрегатов с непосредственным охлаждением. Под общ. редакцией Л.С.Линдорфа и Л.С.Мимиконянца. М., «Энергия», 1972; патент РФ SU 1289139].
Их общий недостаток - зависимость результата контроля от состояния нестабильных элементов, входящих в контролируемую цепь - таких, как контактная (приборная или заземляющая) щетка, масляная пленка подшипника.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели, является принятое в качестве прототипа устройство описанное, в книге [Эксплуатация турбоагрегатов с непосредственным охлаждением. Под общ. редакцией Л.С.Линдорфа и Л.С.Мимиконянца. М., «Энергия», 1972, с.249, рис.6-10]. Прототип содержит источник напряжения промышленной частоты, орган контроля изоляции подшипника, выполненный в виде токового реле, миллиамперметр и резистор. Один вывод источника напряжения промышленной частоты соединен с контуром заземления, а другой - через орган контроля изоляции подшипника, миллиамперметр и резистор подключен к корпусу подшипника. Текущее состояние изоляции определяют по току через миллиамперметр, а ее нарушение - по превышению заданного значения тока, сопровождающемуся срабатыванием токового реле - органа контроля изоляции подшипника.
Недостаток прототипа - зависимость контролируемой величины (тока через миллиамперметр и орган контроля изоляции) как от величины сопротивления изоляции подшипника, так и от величины сопротивления масляной пленки, а также от напряжения источника промышленной частоты, поскольку прототип реагирует на суммарный ток, протекающий через изоляцию подшипника и масляную пленку. В результате орган контроля изоляции может срабатывать при снижении сопротивления масляной пленки даже, если сопротивление изоляции подшипника выше нормы.
Раскрытие существа полезной модели
Технический результат полезной модели - получение достоверных и независимых друг от друга сигналов о выходе сопротивлений изоляции подшипника и масляной пленки за пределы нормы.
Предметом полезной модели является устройство контроля изоляции подшипников турбоагрегата, содержащее источник напряжения промышленной частоты, фазосдвигающую цепь, преобразователь переменного напряжения в постоянное, блок формирования контрольных сигналов, орган контроля изоляции подшипника и орган контроля изоляции масла, при этом первый вход сумматора соединен с первым выводом устройства и через фазосдвигающую цепь - с источником напряжения промышленной частоты, выход сумматора через токоизмерительный резистор подключен к второму выводу устройства, а через преобразователь переменного напряжения в постоянное - к второму входу сумматора, блок формирования контрольных сигналов подключен первым и вторым входами к выходу сумматора и второму выводу устройства соответственно и выполнен с возможностью формирования на первом, втором и третьем выходах постоянных напряжений, равных соответственно постоянной составляющей напряжения на втором входе, разности амплитуд переменных составляющих напряжения на первом и втором входах, разности амплитуды переменной составляющей и постоянной составляющей напряжения на втором входе, к первому и второму выходам блока формирования контрольных сигналов подключен орган контроля изоляции подшипника, а к первому и третьему выходам блока формирования контрольных сигналов - орган контроля изоляции масла.
Это позволяет получить технический результат, указанный выше.
Полезная модель имеет развития, позволяющие расширить ее функциональные возможности в частных случаях и состоящие в том, что:
- к выходу преобразователя переменного напряжения в постоянное подключен орган контроля замыкания цепи релейной щетки на землю;
- к первому, второму и третьему выходам блока формирования контрольных сигналов подключен блок индикации, выполненный с возможностью отображения текущих значений сопротивлений изоляции масла и подшипника.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитий
На фигуре приведена схема, иллюстрирующая осуществление заявляемой полезной модели.
На фигуре показаны элементы турбоагрегата: турбина 1, ротор 2 турбогенератора, вал 3, подшипник 4, а также элементы заземления вала: заземляющая щетка 5, расположенная со стороны турбины 1, и релейная (приборная) щетка 6, расположенная со стороны возбудителя турбогенератора. Щетка 5 соединена непосредственно с контуром заземления. Щетка 6 соединена с контуром заземления через блок 7 заземления вала.
Кроме того, на фигуре обозначены - изоляция 8 подшипника и масляная пленка 9.
В состав устройства по заявляемой полезной модели входят (см. фигуру): источник 10 напряжения промышленной частоты, фазосдвигающая цепь 11, сумматор 12, преобразователь 13 переменного напряжения в постоянное, блок 14 формирования контрольных сигналов, орган 15 контроля изоляции подшипника и орган 16 контроля изоляции масла. Устройство снабжено первым выводом 17, предназначенным для подключения к щетке 6 и вторым выводом 18, предназначенным для подключения к корпусу подшипника 4.
Первый вход 19 сумматора 12 соединен с выводом 17 и - через фазосдвигающую цепь 11 - с источником 10, выход сумматора 12 - через токоизмерительный резистор 20 - с выводом 18, а через преобразователь 13 - с вторым входом 21 сумматора 12. Блок 14 подключен первым 22 и вторым 23 входами к выходу сумматора 12 и выводу 18 соответственно.
Блок 14 и выполнен с возможностью формирования на первом 24, втором 25 и третьем 26 выходах постоянных напряжений относительно земли, равных соответственно постоянной составляющей напряжения на входе 23, разности амплитуд переменных составляющих напряжения на входах 22 и 23, разности амплитуды переменной составляющей и постоянной составляющей напряжения на входе 23. При этом к выходам 24 и 25 блока 14 подключен орган 15 контроля изоляции подшипника, а к выходам 24 и 26 - орган 16 контроля изоляции масла.
К выходу преобразователя 13 подключен орган 27 контроля замыкания цепи релейной щетки на землю.
Кроме того, к выходам 24, 25 и 26 блока 14 подключен блок 28 индикации, отображающий текущие значения сопротивлений изоляции масла и подшипника.
Устройство работает следующим образом.
При нормальном контакте заземляющей щетки 5 с валом 3 переменное напряжение u(t) на выводе 17 и входе 19 сумматора 12 равно наведенной продольной ЭДС ротора 2. При нарушении контакта щетки 5 с валом это напряжение определяется практически величиной напряжения источника 10 и соотношением сопротивлений фазосдвигающей цепи 11 и блока 7. Параметры фазосдвигающей цепи 11 выбираются так, чтобы величина переменного напряжения на валу 3 и, следовательно, на выводе 17 сохранялась приблизительно одинаковой как при нормальном контакте с валом щетки 5, так и при плохом.
Сумматор 12 выполняется на основе повторителя напряжения с развязкой входов и выхода, чтобы обеспечить выравнивание потенциалов по переменной составляющей напряжения на выходе сумматора и его входе 19 без непосредственного соединения их между собой.
Преобразователь 13 выделяет переменную составляющую u(t) из напряжения на выходе сумматора 12, и создает на своем выходе и входе 21 сумматора 12 постоянное напряжение, равное ее амплитуде U. При этом на выходе сумматора 12 формируется сумма напряжений
Σ
U=U+u(t),
которая поступает на вход 22 блока 14.
Σ
На вход 23 блока 14 и на вывод 18 поступает та же сумма U за вычетом падения напряжения на сопротивлении r резистора 20 от токов, протекающих по двум параллельным цепям: через изоляцию 8 подшипника и через изоляцию 9 масляной пленки.
8
8
9
9
Σ
9
9
9
Σ
8
8
В общем случае через изоляцию 8 протекает постоянный и переменный токи I и i(t) соответственно, а через пленку 9 постоянный и переменный токи I и i(t) соответственно. Однако, поскольку переменная составляющая u(t) напряжения U на выходе сумматора 12 равна продольной ЭДС ротора 2 и прикладывается через выводы 17 и 18 встречно этой ЭДС, переменный ток i(t) через пленку 9, замыкающийся через подшипник 4, вал 3 и щетку 6, отсутствует, т.е. i(t)=0. Вследствие этого через пленку 9 протекает только постоянный ток I от постоянной составляющей U суммы U, а через изоляцию 8 две составляющие тока: постоянный ток I от напряжения U и переменный ток i(t) от напряжения u(t).
Как следует из изложенного:
9
8
- постоянная составляющая напряжения на входе 22 блока 14 равна U, а на входе 23, соединенном с выводом 18, равна U-r(I+I);
9
8
- переменная составляющая напряжения на входе 22 блока 14 равна u(t), а на входе 23 (в силу равенства i(t)=0) равна u(t)-ri(t).
8
При этом амплитуды переменных составляющих напряжения на входах 22 и 23 равны соответственно U и U-rI.
Согласно полезной модели на первом 24, втором 25 и третьем 26 выходах блок 14 создает постоянные напряжения, равные соответственно:
9
8
- постоянной составляющей напряжения на входе 23, т.е. U-r(I+I);
8
8
- разности амплитуд переменных составляющих напряжения на входах 22 и 23, т.е. амплитуде напряжения ri(t), которая равна rI;
8
9
8
9
- разности амплитуды переменной составляющей и постоянной составляющей напряжения входе 23, т.е. разности величин U-rI и U-r(I+I) которая равна rI.
Таким образом, напряжения на выходах 25 и 26 блока 14 независимы друг от друга и пропорциональны токам, протекающим соответственно через масляную пленку 8 и изоляцию подшипника 9.
8
9
8
9
8
9
Напряжение на выходе 24 используется в качестве опорного: органы 15 и 16 сравнивают с пропорциональными ему величинами, задаваемыми коэффициентами пропорциональности K и К соответственно, напряжения rI и rI. Напряжение на выходе 24 совпадает с напряжением между выводами 17 и 18, которое приложено к обоим контролируемым изоляционным элементам: пленке 9 и изоляции 8. Поэтому коэффициентами K и К, могут быть независимо заданы пороговые значения для сопротивления масляной пленки и для сопротивления изоляции подшипников, нормированные действующими эксплуатационными циркулярами.
К выходу преобразователя 13 может быть подключен орган 27 контроля замыкания цепи релейной щетки 6 на землю, а к выходам 24, 25 и 26 блока 14 - блок 28 индикации, отображающий текущие значения сопротивлений изоляции масляной пленки 9 и изоляции 8 подшипника.
Таким образом, полезная модель обеспечивает получение достоверных и независимых друг от друга сигналов о выходе сопротивлений изоляции подшипника и масляной пленки за пределы нормы, а при использовании ее развитий дополнительно позволяет контролировать текущие значения этих сопротивлений и замыкания на землю в цепи релейной (приборной) щетки.