СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
METHOD OF CONTROLLING AND DIAGNOSING TECHNICAL STATE OF TURBO-GENERATORS

Изобретение относится к технике эксплуатации турбогенераторов и предназначено для технического контроля теплового состояния турбогенераторов (ТГ) и оборудования систем охлаждения ТГ и может быть использовано для диагностики мощных турбогенераторов со смешанным типом охлаждения.
Опыт эксплуатации ТГ показывает, что недооценка опасности термических дефектов приводит к повреждениям обмоток статоров ТГ и длительным восстановительным ремонтным работам.
Возникновению и развитию таких дефектов, в основном, способствует:
- рост отложений окислов меди и железа в полых проводниках;
- попадание продуктов разложения штатных уплотнительных материалов (обрывки резины, паронита) в систему охлаждения обмотки статора;
- отсутствие непрерывного контроля и оперативного анализа температур.
Частичную закупорку водяного тракта практически невозможно зафиксировать непосредственно при работе ТГ, а только косвенно - путем анализа данных теплового контроля.
Известен способ диагностики теплового состояния турбогенераторов, реализованный в устройстве для диагностики теплового состояния электрической машины по авт. свид. СССР 855875, заключающийся в том, что посредством термочувствительных датчиков, размещенных на сердечнике статора турбогенератора, измеряют температуру, которую сравнивают с предварительно установленной температурой для соответствующих точек теплового контроля сердечника статора турбогенератора. При превышении температуры в одной из контролируемых точек по отношению к аварийной температуре в той же точке регулируют возбуждение турбогенератора путем изменения тока ротора, что, в свою очередь, приводит к изменению реактивной мощности турбогенератора. Изменение реактивной мощности влечет за собой изменение потерь в сердечнике статора, а следовательно, приводит к возникновению переходного теплового процесса в сердечнике статора турбогенератора. Информацию о результатах диагноза регистрируют.
Известен способ диагностики развивающихся термических дефектов стержней обмотки электрической машины, описанный в авт. свид. СССР 1576997, опубл. 1990 г., который заключается в том, что по периметру наружной поверхности изоляции стержня устанавливают термопреобразователи в лобовой части обмотки либо в зоне выхода стержней обмотки из пазов сердечника статора. Затем при фиксированном значении тока в стержне снимают показания термопреобразователей и производят идентификацию термического дефекта путем сравнения фактического распределения температуры по поверхности изоляции стержня с диаграммами деформации температурного поля при закупорке по меньшей мере одного проводника стержня при таком же значении тока в нем.
Предварительно снятые температурные поля по поверхности изоляции стержня не отображают реальной картины после некоторого периода эксплуатации электрической машины. Поэтому сравнение фактического распределения температуры по поверхности изоляции стержня с предварительно снятым распределением температуры не позволяет точно оценить реальное тепловое состояние турбогенератора. Контроль только температуры не позволяет с высокой достоверностью провести оценку теплового состояния ТГ, особенно использующих смешанный тип охлаждения.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности оценки теплового состояния ТГ за счет определения развивающегося дефекта активных частей ТГ и теплообменников. Способ раскрыт на примере выявления развивающего термического дефекта в обмотке статора.
Сущность изобретения заключается в том, что по измеряемым одновременно теплотехническим и электрическим параметрам производится оценка теплового состояния активных частей генератора и системы охлаждения генератора и на ранней стадии выявляются термические дефекты в режиме нормальной эксплуатации ТГ, что позволяет не достигать тепловым параметрам их максимальных допустимых значений.
Достигается технический результат за счет того, что измеряют на выходе каждого паза статора температуру обмотки, размещенной в нем, измеряют температуру дистиллята, измеряют температуру газа, определяют превышение температуры обмотки, размещенной в пазу статора, для каждого режима текущей нагрузки
ij
ij
xdj
xгj
Δϑ=ϑ-(ϑ+ϑ)/2
ij
где ϑ- измеренная датчиком температура стержня i-го паза для j-го режима текущей нагрузки X;
ij - номер i-го паза статора для j-го режима текущей нагрузки X;
j - номер режима текущей нагрузки Х турбогенератора (ТГ);
xdj
ϑ - температура холодного дистиллята;
xгj
ϑ - температура газа;
ij
измеряют соответственно ток, протекающий по обмотке статора, и напряжение статора в соответствующих режимах текущей нагрузки, вычисляют квадрат текущего значения тока обмотки статора или полной мощности ТГ, определяют базовое превышение температуры Δϑ* обмотки, размещенной в пазу статора, для каждого соответствующего режима текущей нагрузки
ij
ij
j
ij
Δϑ*=αX+β,
j
где X - квадрат текущего значения тока статора или полной мощности ТГ в j-ом режиме;
i
i
α, β - параметры (коэффициенты) исходных (базовых) характеристик для каждого стержня обмотки статора, определенные по результатам тепловых испытаний генератора
определяют отношение превышения температуры обмотки, размещенной в пазу статора, к базовому превышению температуры обмотки, размещенной в пазу статора по формуле
ci
ij
ij
K=ϑΔ/ϑΔ*,
ci
K>1,5 свидетельствует о наличии термического дефекта.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема устройства, позволяющего реализовать оценку теплового состояния обмотки статора по результатам анализа измеренных значений текущей электрической нагрузки, температуры и их изменений.
Фиг.2 - таблица 1, которая содержит обработанные результаты испытаний на нагревание обмотки статора.
i
Фиг.3 - таблица 2, которая содержит определенные исходные (базовые) характеристики зависимостей превышений температуры Δϑ* обмотки статора от режима нагрузки.
i
Фиг.4 - таблица 3, которая содержит текущие значения превышений температуры Δϑ обмотки статора в заданных режимах нагрузки.
Фиг.5 - график 1 оценки теплового состояния обмотки статора, паза №7
Устройство содержит:
Блок 1 обработки параметров теплового состояния обмотки статора генератора для j-го режима текущей нагрузки.
Датчики температуры 2.
Датчики тока и напряжения 3.
Блок 4 определения базового превышения температуры.
Блок 5 сопоставления текущего значения превышения с исходным значением превышения.
Блок 6 отображения параметров теплового состояния обмотки статора на экране монитора.
Блок 7 индикации.
ij
Одни датчики температуры 2, расположенные на выходе каждого паза статора, измеряют текущую температура стержня i-го паза для j-го режима текущей нагрузки X. Другие датчики температуры 2, расположенные на входе в обмотку статора и на выходе газоохладителей, измеряют соответственно температуру холодного дистиллята и температуру холодного газа. Сигналы с датчиков температуры 2 поступают в блок 1, который осуществляет вычисление Δϑ превышения температуры обмотки статора по формуле:
ij
Датчики тока и напряжения 3 измеряет соответственно ток, протекающий по обмотке статора, и напряжение статора. Сигналы, несущие информацию о величине тока и напряжения, поступают на вход блока 4, который вычисляет квадрат тока или квадрат полной мощности, на основании которых определяет базовое Δϑ* превышение температуры для каждого стержня i-го паза для соответствующего j-го режима текущей нагрузки Х по формуле:
i
i
Для определения α, β используются значения величин температур, полученных в результате предварительных тепловых испытаний ТГ в N-режимах:
где
N - число режимов при проведении тепловых испытаний генератора;
ϑ* - значения величин температур, измеренных при проведении тепловых испытаний.
Подставляя в формулы (5, 6, 7, 8) данные таблицы 1, приведенной на фиг.2, получаем:
7
Δϑ=(12,1+15,9+19,1)/3=15,7°С;
71
ij
2
2
2
2
A[XΔϑ]=(9,59×12,1+12,7×15,9+15,3×19,1)/3=2716,148 кА × °С;
72
4
4
4
4
A [X]=(9,59+12,7+15,3)/3=29756,9077 кА.
Подставляя полученные по формулам (5, 6, 7, 8) данные в формулы (3, 4), получаем:
7
2
2
α=(2716,148-162,44937×15,7)/(29756,9077-162,44937)=0,049209°С/кА
7
β=15,7-0,049209×162,44937=7,7060285°С.
i
i
Результаты расчетов параметров исходных базовых характеристик α и β для каждого паза вносятся в таблицу 2, представленную на фиг.3.
i
i
Аналогично α β, рассчитываются по формулам метода наименьших квадратов (МНК) для функции типа:
где Σ - суммы от j=1 до N;
ij
Δϑ - превышение температуры i-ого стержня обмотки статора для j-ого режима нагрузки Xj;
7
7
N - число режимов при проведении тепловых испытаний генератора. В качестве примера приведен расчет α, β - коэффициентов исходной базовой характеристики для стержня паза 7 обмотки статора, при котором использованы данные таблиц 1, 2. Решая систему уравнений (9), получаем:
7
7
7
α=(47,1-3β)/487,34811=0,097-0,0062β
7
β=-510,816/-66,13=7,7244
7
2
α=0,097-0,0062×7,7244=0,04911°С/кА
2
2
7
7
В качестве примера приведено рассчитываемое в блоке 4 исходное базовое превышение стержня паза №7 в зависимости от текущей нагрузки режима 1 - квадрата тока статора I=256 кA по формуле (2). Значения α и β взяты из таблицы 1.
71
7
1
7
Δϑ*=αX+β=0,049209×262+7,7060285=20.6°С
ij
ij
2
2
2
2
Далее результаты расчетов, полученные в блоке 1 и 4, поступают в блок 5 сопоставления текущего значения превышения Δϑ с исходным значением превышения Δϑ* для j-го режима той же текущей нагрузки. При этом в качестве параметра Х используются тот же параметр, что и при определении исходных характеристик: или квадрат тока статора (I), или квадрат полной мощности генератора (S=P+Q), для определения которого используют измеренные значения тока и напряжения.
ij
ij
Блок 5 для каждого паза вычисляет отношение текущего значения превышения температур Δϑ к исходным (базовым) значениям превышения температур Δϑ*:
Для паза №7, используя данные таблицы 3:
c7
71
71
К=Δϑ/Δϑ*=35,8/20,6=1,74
Сигналы, несущие информацию с выходов блоков 1, 2, 3, 4 и 5, поступают на соответствующие входы блока 6 отображения параметров теплового состояния обмотки статора на экране монитора, которые отображаются в виде таблицы 3 и графика 1.
ci
ci
ci
Сигнал с выхода блока 5, несущий информацию о величине К, поступает на вход блока 7 отображения индикации сигнала, который осуществляет контроль параметра К в интервале 0,5<К<1,5.
ci
ci
В случае, когда К превышает 1,5, блок 7 отображает сигнал о появлении дефекта в конкретном стержне обмотки статора. При К меньше 0,5 блок 7 отображает неисправность измерительного канала, контролирующего температуру конкретного стержня обмотки статора.
ij
ij
На фиг.5 приведен график 1 оценки теплового состояния стержня обмотки статора, паз 7, позволяющий показать отличие текущего значения превышения температуры обмотки Δϑ, определенного по формуле (1), от базового превышения Δϑ*:
ij
Δϑ отображено на графике точкой 1.
ij
3 - исходная базовая характеристика, полученная при проведении тепловых испытаний, по которой определяется по формуле (2) Δϑ*:
ij
Δϑ*=αiX+βi,
2
ij
где в качестве параметра Х используется квадрат тока статора (I) соответствующего текущего режима нагрузки, при котором определяется по формуле (1) текущее превышение Δϑ.
ci
2 и 4 - установленные нормированные пределы изменения коэффициента: 0,5<К<1,5.
ci
Когда для i-го паза К>1,5, то это рассматривается как признак наличия термического дефекта.
ci
Резкое снижение отношения К ниже 0,5 означает неисправность измерительного канала.
ci
Когда значения К находятся в интервале:
ci
0,5<К<1,5,
то это свидетельствует об удовлетворительном тепловом состоянии обмотки статора.