Пристрій для випробування виткової і корпусної ізоляції в обмотках роторів турбогенераторів

Реферат: Винахід належить до вимірювальної техніки, зокрема до пристроїв для контролю виткових і корпусних замикань в обмотках роторів турбогенераторів. Пристрій для випробування виткової і корпусної ізоляції в обмотках роторів турбогенераторів містить генератор імпульсів. Генератор, навантажений на вхідну обмотку трансформатора, вихідні обмотки якого підключені на обмотки полюсів ротора і на послідовно з'єднані резистори подільника напруги. Середня точка вихідних обмоток, корпус ротора і вхід підсилювача, що не інвертується заземлені, а вхід підсилювача, що інвертується, підключений до середньої точки подільника напруги. Керуючий вихід з генератора імпульсів, підключений на третій вхід вимірювального блока. На перший і другий входи вимірювального блока подаються сигнали з виходу першого і другого компараторів відповідно. Входи компараторів підключені до виходу підсилювача, опорні входи першого і другого компараторів мають рівні напруги верхнього і нижнього порога відповідно. Крім того, вихід першого і другого компараторів підключені на індикатор корпусного і індикатор виткового замикань відповідно. Вихід вимірювального блока з'єднаний з блоком індикації місця замикання. Технічний результат полягає у значному підвищенні чутливості і спрощенні методики визначення місця замикання ізоляції між витками обмотки і обмотки на корпус роторів турбогенераторів з надітими бандажами в нерухомому стані або при обертанні ротора. UA 115597 C2 (12) UA 115597 C2 UA 115597 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до вимірювальної техніки, зокрема до пристроїв для контролю виткових і корпусних замикань в обмотках роторів турбогенераторів. Задачею винаходу є підвищення чутливості і спрощення методики визначення місця замикання ізоляції між витками обмотки і обмотки на корпус роторів турбогенераторів з надітими бандажами в нерухомому стані або при обертанні ротора. Ідея "хвилі, що біжить" була запропонована ще у винаході (А.С. СРСР 82724, заявлено 11.03.1948 за № 378531, опубл. 31.05.49 p.), коли короткий імпульс з генератора надсилається у дві випробовувані обмотки, з'єднані послідовно, і на два послідовних резистори з заземленою середньою точкою, а із загальної точки котушок відносно точки заземлення напруга подається на осцилограф і за формою кривої на екрані осцилографа судять про наявність виткового замикання (в.з.). Головний недолік - складність контролю через необхідність візуальної оцінки форми кривої. У винаході (А.С. СРСР 82901, заявлено 30.07.1949 за № 402023 в Гостехніку СРСР) короткі імпульси з генератора надсилаються у дві випробовувані обмотки почергово. На екрані осцилографа обидві осцилограми накладаються одна на одну. Якщо немає в.з., то спостерігається одна крива, а якщо є, то - дві, які мають загальний початок. На базі цього методу розроблені прилади ЕЛ-1 и ЕЛ-15. У способі (А.С. СРСР 136455, заявлено 3.07.1959 за № 632634/24 в Комітет у справах винаходів і відкриттів при Раді міністрів СРСР, опубл. в "Бюлетені винаходів" № 5 за 1961 р.) ідея "хвилі, що біжить" доопрацьована для можливості пошуку місць замикань ізоляції на корпус або між витками котушок роторів турбогенераторів. Недолік - необхідність візуальної оцінки кривих на екрані осцилографа шляхом порівняння з градуювальними кривими. Ідея "хвилі, що біжить" реалізована в установці ИУ-57 (А.П. Зеленченко. Устройства диагностики тяговых двигателей электрического подвижного состава. Учебное пособие, Москва, 2002, с. 14). У цій установці імпульс напруги подається на дві котушки, що перевіряються, а на екрані осцилографа спостерігається форма кривої. Істотних змін у способі контролю в.з. в цій установці як і в способах, які використовуються в приладах ЕЛ-1, ЕЛ-15 в порівнянні з вищезазначеними винаходами немає. Спеціально для перевірки роторів турбогенераторів підприємство Харківенергоремонт розробило прилад ИКЗ-2 (1975 р.) і прилад ИКЗ-3 (1979 p.). Прилади ИКЗ-3 тривалий час експлуатувалися на заводі "Електроважмаш" м. Харкова. Найбільш близьким до заявленого пристрою є пристрій приладу для виявлення коротких замикань між витками і між витком і корпусом обмоток роторів турбогенераторів ТГВ50, ТГВ200, ТГВ300, ТГВ500 з надітими бандажними кільцями (Индикатор коротких замыканий типа ИКЗ-3 УХЛ 4.2. Паспорт А210.00.00ПС). У цьому приладі з генератора імпульсів напруга подається на трансформатор і на вхід блока горизонтальної розгортки електронно-променевої трубки. З двох вихідних обмоток трансформатора напруга надходить на обмотки двох полюсів ротора, що перевіряється, а корпус ротора заземлюється. Середня точка вихідних обмоток трансформатора також заземлюється. Резистивний дільник, підключений до вихідних обмоток трансформатора, його середня точка - до входу підсилювача, що інвертується, а вхід, що не інвертується, з'єднаний з землею. На виході підсилювача формується різницевий сигнал двох хвиль напруги, який потім подається на вертикальні пластини електронно-променевої трубки. Якщо обидві обмотки симетричні (немає замикань), то різницевий сигнал, близький до нульового і на екрані трубки - пряма лінія. Якщо в якій-небудь обмотці є замикання, то виникає відбиття від місця замикання до входу обмотки і формується імпульс різницевого сигналу. Відстань від моменту подачі імпульсу до приходу відбитого імпульсу на екрані трубки визначає місце замикання. Виконавши заздалегідь штучне замикання одного витка і замикання на корпус котушки полюса отримуємо градуювальні криві. Потрібно набір градуювальних кривих для кожного типу ротора і окремо для замикань витка і замикань на корпус. Недоліком є складність контролю через необхідність візуальної оцінки форми кривої. Крім того, через широкий діапазон часу від моменту подачі імпульсу до приходу відбитого імпульсу від місця замикання (інтервал часу) - від 2 до 80 мкс при можливій різниці в 1 мкс між деякими відбитими імпульсами в сусідніх котушках, осцилограми цих імпульсів важко помітні, що знижує чутливість приладу. 1 UA 115597 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу винаходу поставлена задача спрощення методики визначення місця замикання шляхом виключення візуальної оцінки та підвищення чутливості шляхом підвищення роздільної здатності в оцінюванні імпульсів, що відображають. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для випробування виткової і корпусної ізоляції в обмотках роторів турбогенераторів, що містить генератор імпульсів, навантажений на вхідну обмотку трансформатора, вихідні обмотки якого підключені на обмотки полюсів ротора і на послідовно з'єднані резистори подільника напруги, середня точка вихідних обмоток, корпус ротора і вхід підсилювача, що не інвертується, заземлені, а вхід підсилювача, що інвертується, підключений до середньої точки подільника напруги, відповідно до винаходу, керуючий вихід з генератора імпульсів, підключений на третій вхід вимірювального блока, а на перший і другий входи вимірювального блока подаються сигнали з виходу першого і другого компараторів відповідно, входи компараторів підключені до виходу підсилювача, опорні входи першого і другого компараторів мають рівні напруги верхнього і нижнього порога відповідно, крім того, вихід першого і другого компараторів підключені на індикатор корпусного і індикатор виткового замикання відповідно, вихід вимірювального блока з'єднаний з блоком індикації місця замикання. Градуювання пристрою виконується наступним чином. Виконавши заздалегідь штучне замикання одного витка і замикання на корпус для кожної котушки полюса отримаємо перелік інтервалів часу для кожного ротора як для замикання витка, так і для замикання на корпус. У прототипі необхідно отримати набір градуювальних кривих. Спрощення методики визначення місця замикання забезпечується заміною візуальної оцінки форми кривої на відлік показань блока індикації місця замикання в цифровій формі. Підвищення чутливості забезпечується тим, що точність відліку цифрового індикатора блока індикації місця замикання може забезпечуватися здатністю менше 1 мкс, що дає можливість розрізняти імпульси, що відображають з мінімально можливою різницею в інтервалах імпульсів. Суть винаходу пояснює креслення. Фіг. 1.- схема пристрою, де: 1 - генератор імпульсів 2 - трансформатор 3, 4 - обмотки полюсів ротора 5, 6 - резистори подільника напруги 7 - підсилювач 8 - перший компаратор 9 - індикатор корпусного замикання 10 - другий компаратор 11 - індикатор виткового замикання 12 - вимірювальний блок 13 - блок індикації місця замикання 14 - напруга верхнього порогу 15 - напруга нижнього порогу Фіг. 2 - епюри напружень, де: 16 - керуючий вихід генератора 17 - вихід підсилювача при корпусному замиканні котушки 18 - вихід підсилювача при в. з. в котушці 19 - верхній поріг 20 - нижній поріг 21 - вихід з першого або другого компаратора при корпусному замиканні в котушці 22 - вихід з першого або другого компаратора при відсутності замикань 23 - вихід з першого або другого компаратора при в. з. в котушці 24, 26 - інтервал часу при корпусному замиканні в першій і останній котушці відповідно 25, 27 - інтервал часу при в. з. в першій і останній котушці відповідно Фіг. 3 - приклад практичної реалізації вимірювального блоку, де: 28 - генератор 29 - електронний ключ 30 - лічильник 31 - логічний елемент 3И 32-R-S тригер 33 - елемент затримки. 2 UA 115597 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Генератор 1 подає імпульсну напругу на вхідну обмотку трансформатора 2, з якої дві протифазних напруги відносно нуля подаються на обмотки двох полюсів 3 та 4 ротора. Корпус ротора підключений до нульової точки. До вихідних обмоток трансформатора також підключені два однакових резистори подільника 5 і 6. Загальна точка цих резисторів з'єднана з входом, що інвертується, підсилювача 7, а його вхід, що не інвертується, має нульовий потенціал. Різниця напруг з виходу підсилювача 7 через перший компаратор 8 (верхній поріг) надходить на індикатор корпусних замикань 9 і одночасно через другий компаратор 10 (нижній поріг) - на індикатор в. з. 11. На перший, другий і третій входи вимірювального блока 12 надходять сигнали з виходу першого компаратора, другого компаратора і з керуючого виходу генератора відповідно. Вихідний код з виходу вимірювального блока підключений до блока індикації місця замикання 13. Пристрій працює наступним чином. Генератор 1 формує короткі імпульси напруги, які надходять на вхідну обмотку трансформатора і одночасно керуючий вихід з генератора (імпульси 16) запускає вимірювальний блок 12 на початок відліку часу. Сигнал неузгодженості з виходу підсилювача 17, 18 перевіряється за рівнем 19 першим компаратором 8, а за рівнем 20 - другим компаратором 10. Так як амплітуда імпульсу неузгодженості при замиканні на корпус на порядок більше, ніж при в.з., то легко їх відокремити один від одного. З виходів компараторів вони матимуть вигляд 21 або 23. Якщо немає в.з. і замикань на корпус, то на виходах компараторів буде нульова напруга 22. Обидва виходи компаратора підключені на входи вимірювального блоку 12 для зупину відліку часу. Величина відрахованого часу (інтервал часу) на фіг. 2 умовно показана числом імпульсів 24, 25, 26, 27. Коли є корпусне замикання в першій котушці полюса, то імпульс 17, відображений від місця замикання, надходить на вхід підсилювача 7 через інтервал часу 24, а якщо воно в останній котушці полюса, то - через інтервал часу 26. Аналогічно при в.з. в першій і останній котушках полюса - інтервали часу будуть відповідно 25 і 27. Експериментальні дослідження показали, що інтервали часу 24 і 25 близькі між собою, як і інтервали часу 26 і 27. При цьому залежно від місця замикання в котушці (номер витка) імпульс, що відображає від корпусного замикання 17 може випереджати імпульс відображення від в.з. 18 (як показано на фіг. 2), так і навпаки. Тому, якщо в якому-небудь полюсі виникає одночасно і корпусне і виткове замикання (світяться індикатори 9 і 11), то пристрій реєструє інтервал часу від першого випереджаючого імпульсу і якщо це в одній котушці полюса, то пристрій ідентифікує ці два замикання із зазначенням місця замикання, а якщо друге замикання в іншій котушці, то пристрій покаже перше замикання (яке випереджає), а друге замикання буде виявлено після усунення першого. Але випадки з декількома замиканнями в одному полюсі зустрічаються рідко. Для повної перевірки ротора потрібно перевірити почергово полюс 3 і 4. Для цього необхідно виводи з пристрою (на фіг. 1 це дроти з виходу трансформатора) підключити до кілець ротора (до полюсів 3 та 4) однією полярністю - перевіряється один полюс, а потім поміняти дроти місцями - перевіряється другий полюс. Аналогічна процедура виконується і в прототипі. Підсилювач 7 може мати на виході ланцюг індикації негативних імпульсів. Тоді світіння цієї індикації свідчить про наявність замикань в іншому полюсі і необхідно змінити полярність підключення, а якщо не світиться, то достатньо першого підключення. На фіг. 3 показаний приклад практичної реалізації вимірювального блоку на дискретних елементах. На вхід лічильника 30 імпульси рахунку з генератора 28 надходять при замкнутому електронному ключі 29. Управління цим ключем виконується RS тригером 32. Коли на вхід S тригера надходить керуючий імпульс з генератора 1, то тригер перемикається і відкриває електронний ключ - лічильником починається рахунок імпульсів з генератора 28. Коли з виходу першого компаратора 8, або з виходу другого компаратора 10, або сигнал переповнення Р з виходу лічильника надходить сигнал, то тригер закриває електронний ключ і рахунок зупиняється. Сигнал переповнення Р з виходу лічильника формується, якщо інтервал часу перевищує максимально можливе значення, наприклад, якщо немає замикань в котушках. У цьому випадку, крім зупину рахунка, цей сигнал через елемент затримки 33 надходить на вхід скидання R лічильника і останній обнуляється. 3 UA 115597 C2 5 10 15 20 Лічильник відраховує число імпульсів з генератора, яке пропорційно інтервалу часу, і перетворює їх у вихідний код, наприклад семисегментний (залежить від моделі мікросхеми лічильника) для виведення результату на семисегментний індикатор блока індикації місця замикання. Генератор 28 може бути виконаний на логічних елементах по кожній із відомих схем. Якщо частоту генератора вибрати 10 МГц, то період буде 0,1 мкс і розрішення пристрою - 0,1 мкс. Якщо максимальний інтервал не перевищує 80 мкс, то лічильник буде виконаний на трьох мікросхемах десяткових лічильників-дільників, а індикатор буде містити три семи сегментних індикатора (третій - десяті частки мікросекунди). Якщо пристрій розробляється на базі мікроконтролера, то вимірювальний блок 12 легко реалізувати програмним способом без дискретних елементів. При цьому алгоритм програми роботи вимірювального блока виконується на базі алгоритму роботи вимірювального блока на дискретних елементах, як показано на фіг. 3 і фіг. 2, або іншим можливим методом вимірювання інтервалів часу програмним способом. Генератор 1 виконується будь-яким відомим способом, наприклад, на базі схеми зарядрозряд накопичувального конденсатора. Трансформатор 2 - високочастотний, наприклад, з феритовим магнітопроводом. Підсилювач 7, компаратори 8 і 10 можуть бути виконані на мікросхемах операційних підсилювачів. Таким чином, практична реалізація пристрою можлива як з використанням дискретних елементів, так і на базі мікроконтролера. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 Пристрій для випробування виткової і корпусної ізоляції в обмотках роторів турбогенераторів, що містить генератор імпульсів, навантажений на вхідну обмотку трансформатора, вихідні обмотки якого підключені на обмотки полюсів ротора і на послідовно з'єднані резистори подільника напруги, середня точка вихідних обмоток, корпус ротора і вхід підсилювача, що не інвертується, заземлені, а вхід підсилювача, що інвертується, підключений до середньої точки подільника напруги, який відрізняється тим, що керуючий вихід з генератора імпульсів, підключений на третій вхід вимірювального блока, а на перший і другий входи вимірювального блока подаються сигнали з виходу першого і другого компараторів відповідно, входи компараторів підключені до виходу підсилювача, опорні входи першого і другого компараторів мають рівні напруги верхнього і нижнього порога відповідно, крім того, вихід першого і другого компараторів підключені на індикатор корпусного і індикатор виткового замикань відповідно, вихід вимірювального блока з'єднаний з блоком індикації місця замикання. 4 UA 115597 C2 5 UA 115597 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6