專利名稱：對(duì)來自大型電機(jī)中高頻電磁場(chǎng)的高頻故障信號(hào)的輸出耦合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在裝有定子繞組的大型電機(jī)中對(duì)來自高頻電磁場(chǎng)的高頻故障信號(hào)進(jìn)行輸出耦合。
本發(fā)明在此特別涉及大型電機(jī)的運(yùn)行監(jiān)控，首先是對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和位置測(cè)定。具體地說是涉及對(duì)在大型電機(jī)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致火花的故障進(jìn)行識(shí)別和位置測(cè)定。
本發(fā)明意義上的大型電機(jī)應(yīng)理解為大型發(fā)電機(jī)，如電功率為50MVA甚至更高的渦輪發(fā)電機(jī)。
對(duì)具有大型電機(jī)的設(shè)備中的故障進(jìn)行識(shí)別和位置測(cè)定以提高設(shè)備利用率，和盡可能及早地，如有可能甚至能預(yù)見并且最好在正常運(yùn)行時(shí)判斷出故障已越來越受到人們的關(guān)注。因此在越來越多的領(lǐng)域中使用價(jià)格合理的數(shù)字計(jì)算設(shè)備來分析處理來自復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)有著重要的意義。
在電氣設(shè)備，特別是在裝有大型電機(jī)的設(shè)備中，有關(guān)對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和位置測(cè)定的方法和裝置已由德國專利DE-3408256C2，DE-3526149A1，DE-3918116A1，歐洲專利EP-0228613B1及EP-0241764B1所公開。從這些專利說明書中既可看到具有高頻故障信號(hào)分析處理功能的對(duì)電氣設(shè)備的故障進(jìn)行識(shí)別與位置測(cè)定的全部系統(tǒng)，又可看到對(duì)來自大型電機(jī)高頻磁場(chǎng)的高頻故障信號(hào)進(jìn)行輸出耦合的個(gè)別部分。美國專利4949001中證實(shí)了在大型電機(jī)特別是渦輪發(fā)電機(jī)的定子上有局部放電現(xiàn)象。該專利根據(jù)定向耦合器的類型把按帶狀導(dǎo)體技術(shù)構(gòu)成并作為高頻故障信號(hào)輸出耦合天線的測(cè)量傳感器安裝在定子上，并用相應(yīng)的導(dǎo)線將傳感器與數(shù)據(jù)分析處理裝置連接起來。為避免不斷重復(fù)，在此將所引用的全部文獻(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行綜合明確地說明。
對(duì)來自大型電機(jī)的高頻信號(hào)進(jìn)行輸出耦合時(shí)，重要的一點(diǎn)是盡可能好的利用本來已有的部件和設(shè)備，以便不用附加部件就能削弱由于故障或類似的原因引起的高頻電磁場(chǎng)或使其完全屏蔽。此外，從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看，過于復(fù)雜的傳感器系統(tǒng)可能很不利。最后，在相應(yīng)地考慮大型電機(jī)的負(fù)載能力和效率的同時(shí)還應(yīng)充分保證運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的位置。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種只用原來已有的設(shè)備對(duì)大型電機(jī)的高頻故障信號(hào)進(jìn)行輸出耦合的可能性。為此，將對(duì)所用的方法和裝置加以說明。
根據(jù)本發(fā)明，在裝有帶電定子繞組和裝有至少帶一個(gè)溫度傳感器的定子的大型電機(jī)中對(duì)來自高頻電磁場(chǎng)的高頻故障信號(hào)進(jìn)行輸出耦合的方法的基礎(chǔ)是，將溫度傳感器作為故障信號(hào)輸出耦合的天線。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)高頻故障信號(hào)的輸出耦合只使用現(xiàn)已有的監(jiān)控設(shè)備，即使用至少裝有一個(gè)溫度傳感器的工作溫度監(jiān)控設(shè)備。在此，所涉及到的特殊類型的溫度傳感器是指這種溫度傳感器應(yīng)適合作為高頻信號(hào)的天線使用。這首先意味著，溫度傳感器至少應(yīng)具有足夠的局部導(dǎo)電性和不太小的尺寸。這當(dāng)然是指使用普通溫度傳感器的情況。因此，需多次使用的裝有熱敏電阻的溫度傳感器起碼應(yīng)配置若干厘米長的導(dǎo)線;此外，對(duì)整個(gè)溫度傳感器而言，該傳感器上包有金屬套管或類似部件，而且該傳感器可以用任何方式驅(qū)動(dòng)。因此，安裝這種溫度傳感器是特別有利的，因?yàn)樗冀K位于大型電機(jī)定子繞組(產(chǎn)生高溫)的附近，也就是產(chǎn)生火花的最關(guān)鍵的部件附近。與此相應(yīng)，通常供溫度傳感器接收的信號(hào)強(qiáng)度是沒有問題的，因?yàn)樵诒M可能靠近故障源的地方，通常在溫度傳感器周圍具有非常強(qiáng)的高頻電磁場(chǎng)，由此而保證了故障信號(hào)具有能被溫度傳感器接收到的足夠強(qiáng)度。此外，在大型電機(jī)中由溫度傳感器測(cè)得的溫度一時(shí)只有很小的變化，這種很低的低頻信號(hào)實(shí)際上被視為零點(diǎn)頻率信號(hào)，因此對(duì)溫度信號(hào)和高頻故障信號(hào)進(jìn)行區(qū)分并不困難。
使用本發(fā)明范圍內(nèi)的電驅(qū)動(dòng)溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是，上述這種溫度傳感器是由直流電流或直流電壓驅(qū)動(dòng)的。有一種溫度傳感器特別適用，它帶有位于大型電機(jī)定子上的敏感元件，該元件與從定子中引出的導(dǎo)線相連。在這種溫度傳感器中，導(dǎo)線直接起天線的作用，特別是起四分之一波長的天線作用。用這種溫度傳感器可獲得高頻故障信號(hào)，而這種高頻故障信號(hào)不會(huì)影響獲取溫度信號(hào)的敏感元件。例如從該敏感元件上引出兩條相互扭絞在一起的導(dǎo)線，將這種同相搭接的導(dǎo)線用于輸出高頻故障信號(hào)，此外，該導(dǎo)線的作用如同一根單獨(dú)的天線，而敏感元件由于其自身的結(jié)構(gòu)對(duì)故障信號(hào)根本不起作用或起很小作用。實(shí)踐證明，這種敏感元件對(duì)故障信號(hào)不起作用，因?yàn)樗皇且环N占很小空間的帶有熱敏電阻的電阻元件。在各種情況下，最好是同時(shí)接收故障信號(hào)和溫度信號(hào)，然后接著使這些信號(hào)退耦。只要溫度信號(hào)是低頻信號(hào)，尤其是直流電流信號(hào)或直流電壓信號(hào)，那么這種方法就是非常簡(jiǎn)單易行的。
本發(fā)明方法特別合理的改進(jìn)特征在于，在大量大型電機(jī)中把現(xiàn)有的溫度傳感器當(dāng)作天線使用。最好的方式是，將多個(gè)溫度傳感器實(shí)際上均勻地布置在定子上，從而使溫度傳感器的故障信號(hào)互補(bǔ)，以便對(duì)大型電機(jī)中所產(chǎn)生的故障進(jìn)行測(cè)量定位。這種布局得到了很好的實(shí)際應(yīng)用，即在大型電機(jī)中，當(dāng)高頻電磁場(chǎng)擴(kuò)展時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)被極大地削弱，因此和某一位置上出現(xiàn)的高頻磁場(chǎng)同時(shí)獲得的故障信號(hào)的強(qiáng)度主要取決于輸出耦合使用的溫度傳感器的位置。因此可以對(duì)足夠多的溫度傳感器所得到的故障信號(hào)的強(qiáng)度(在按相定位的情況下)進(jìn)行計(jì)算以確定產(chǎn)生故障信號(hào)的位置。
根據(jù)本發(fā)明，在裝有帶電定子繞組的大型電機(jī)中，用于對(duì)高頻電磁場(chǎng)的高頻故障信號(hào)進(jìn)行輸出耦合的裝置包括至少一個(gè)裝在定子中且作為天線并帶有導(dǎo)線(從定子中引出)的溫度傳感器，并包括一個(gè)具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端的天線共用器，該共用器使故障信號(hào)從溫度信號(hào)中退耦，在天線共用器的輸入端上接有導(dǎo)線，其第一輸出端提供溫度信號(hào)而在第二輸出端提供故障信號(hào)。
本發(fā)明的裝置產(chǎn)生故障信號(hào)，該信號(hào)由定子上裝的溫度傳感器接收，并且同樣從溫度傳感器的溫度信號(hào)中退耦。如上所述，溫度傳感器最好是電驅(qū)動(dòng)的，并提供作為溫度信號(hào)的低頻信號(hào)，最好是直流信號(hào)。在這種情況下，天線共用器最合適的布置方式是，將其第一輸出端作為低通濾波器，而第二輸出端作為高通濾波器。也就是說，天線共同器的輸入端向第一輸出端輸送低頻信號(hào)，而向第二輸出端輸送高頻信號(hào)。當(dāng)然，必要時(shí)可將天線共用器的輸出端與其他濾波器，特別是高通濾波器、低通濾波器或帶通濾波器相連接。顯然也可將其與放大器和其他信號(hào)處理裝置相連。
本裝置非常合理的改進(jìn)特征在于，繞組包括位于定子槽中的繞組桿，和設(shè)在槽中心的溫度傳感器。利用這種方法，可以使溫度傳感器在出現(xiàn)火花等現(xiàn)象的繞組上直接相鄰，這樣就能保證溫度傳感器周圍有很強(qiáng)的高頻電磁場(chǎng)，并且能保證由溫度傳感器接收的故障信號(hào)具有足夠的強(qiáng)度。最好是把每兩個(gè)繞組桿重疊地放在一個(gè)槽中，同時(shí)在它們之間設(shè)置一個(gè)電絕緣中間層，且將溫度傳感器置于絕緣中間層中。按照此方法，溫度傳感器對(duì)槽中的兩個(gè)繞組桿所產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)很敏感，而且由于溫度傳感器位于電絕緣層中，所以高頻磁場(chǎng)能較好地在該層中擴(kuò)展。
也可以這樣，即如果將溫度傳感器作為產(chǎn)生溫度信號(hào)的真正敏感元件，那么該元件是帶有熱敏電阻的電阻元件。
最好是在本裝置中設(shè)置多個(gè)用于提供溫度信號(hào)和故障信號(hào)的溫度傳感器，而且最好將這些溫度傳感器均勻地布置在定子上。
本發(fā)明以特別有效的方式證實(shí)了大型電機(jī)中的火花現(xiàn)象，并由此根據(jù)溫度傳感器上出現(xiàn)的高頻故障信號(hào)對(duì)火花作出判斷，特別是本發(fā)明能很好地對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和位置測(cè)定。
本發(fā)明輸出耦合的高頻故障信號(hào)的最好頻率范圍是1MHz至300MHz，尤其是3MHz至100MHz之間。已經(jīng)證明，具有這種頻率的高頻故障信號(hào)特別適合于具有普通幾何尺寸的溫度傳感器。
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。為了清楚地說明某些特征而將附圖作了局部示意性的和/或未按比例的繪制。特別是附圖中未示出一些公知的和在此關(guān)系不大的部件。在附圖中

圖1表示裝有本發(fā)明所用溫度傳感器的大型電機(jī)的軸向縱截面圖;
圖2表示圖1所示電機(jī)的徑向橫截面圖;
圖3和圖4表示本發(fā)明所述溫度傳感器的實(shí)施例;
圖1表示沿軸13剖開的帶有一個(gè)定子5和一個(gè)(裝在定子5的槽中且能繞軸13旋轉(zhuǎn)的)轉(zhuǎn)子12的大型電機(jī)的縱向截面圖，定子5上帶有槽10(見圖2)，槽中裝有兩個(gè)作為電繞組部件的電繞組桿1、2。每個(gè)繞組桿1、2均具有平直部分1，該部分位于槽10中，還具有兩個(gè)弓形部分2，它們分別與平直部分1的各端相連。弓形部分2向槽10外延伸并與各繞組桿相互連接。在平直部分1之間有一個(gè)絕緣材料制成的中間層11。在定子5的每一個(gè)端部的絕緣層上設(shè)置有溫度傳感器3、4，該溫度傳感器3，4帶有敏感元件，特別是帶有熱敏電阻的電阻元件的敏感元件3，和一從定子5中引出且與用于溫度信號(hào)和故障信號(hào)分析處理的信號(hào)處理裝置相連的導(dǎo)線4，所述信號(hào)處理裝置在圖1中未示。設(shè)置兩個(gè)溫度傳感器3、4可以對(duì)故障15的位置進(jìn)行測(cè)定，該位置是在大型電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在例如局部放電處出現(xiàn)火花的位置。如圖所示，由于故障15實(shí)際上離左邊的溫度傳感器3、4近一些，所以在左邊的溫度傳感器3、4中出現(xiàn)的故障信號(hào)要大。從這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中可以看出，故障15的位置是可以確定的。這種故障信號(hào)測(cè)定系統(tǒng)有利于對(duì)其他溫度傳感器，特別是定子5中部的溫度傳感器進(jìn)行補(bǔ)充。
還應(yīng)指出，圖1中未對(duì)大型電機(jī)的所有普通特征進(jìn)行描述。定子5用一個(gè)實(shí)心塊表示，這種表示方法并不完全符合一般的實(shí)際情況。對(duì)裝有繞組桿1、2的槽的封閉方法也未加說明。此外，所示的圖形尺寸不是按比例繪制的。因此應(yīng)該根據(jù)本領(lǐng)域普通專業(yè)人員的一般專業(yè)知識(shí)對(duì)圖1和其他附圖進(jìn)行更進(jìn)一步的理解。
圖2表示圖1所示電機(jī)的軸向垂直橫截面圖。定子5上具有槽10，將繞組桿1、2的平直部分1插入到槽10中。所示的3個(gè)槽10是大型電機(jī)中常見的、典型的槽10。每個(gè)槽10中放置兩個(gè)相疊的平直部分1，而且在平直部分之間插入一個(gè)絕緣層11。在每個(gè)中間絕緣層11中設(shè)有一個(gè)用導(dǎo)線連接的敏感元件3。
圖3和圖4表示兩個(gè)可作為天線使用的溫度傳感器的實(shí)施例，該傳感器包括，敏感元件3，該元件最好是由熱敏電阻構(gòu)成的電阻元件，導(dǎo)線4和將溫度信號(hào)中的故障信號(hào)退耦的天線共用器6。如圖3所示，導(dǎo)線4與同軸電纜16相接，而且導(dǎo)線4的一端接在內(nèi)導(dǎo)體上，另一端接在外導(dǎo)體上，外導(dǎo)體自身接地。通過同軸電纜16可以將溫度傳感器接收到的溫度信號(hào)和故障信號(hào)的混合信號(hào)送至天線共用器6的輸入端7。在天線共用器6中實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)中的故障信號(hào)進(jìn)行退耦的過程。溫度信號(hào)由輸入端7通過構(gòu)成能使低頻信號(hào)通過的低通濾波器的線圈18送至天線共用器的第一輸出端8，而故障信號(hào)由輸入端7通過電容器17到達(dá)天線共用器6的第二輸出端9。電容器構(gòu)成一個(gè)高通濾波器，該高頻濾波器只能使高頻信號(hào)通過。通過天線共用器6的第二輸出端9可將故障信號(hào)送至未示出的分析處理裝置。由敏感元件3與導(dǎo)線4構(gòu)成的作為高頻故障信號(hào)天線的溫度傳感器發(fā)揮的真正作用實(shí)際上取決于故障信號(hào)的頻率與溫度傳感器的幾何尺寸;但是，圖3所示的溫度傳感器實(shí)際上實(shí)現(xiàn)3在大型電機(jī)中高頻磁場(chǎng)的電容耦合。
圖4表示另一種結(jié)構(gòu)的溫度傳感器，在這種溫度傳感器中，與敏感元件3相連的導(dǎo)線4實(shí)際上可當(dāng)作對(duì)高頻信號(hào)起電感作用的天線使用。圖4所示的溫度傳感器接在具有接地外導(dǎo)體的兩個(gè)同軸電纜16上。導(dǎo)線4與同軸電纜16的內(nèi)導(dǎo)體相接。天線共用器6的輸入端7與兩個(gè)同軸電纜16相接。用變壓器19對(duì)溫度信號(hào)中的故障信號(hào)進(jìn)行退耦。與輸入端7相連的變壓器19的初級(jí)繞組有一個(gè)中間抽頭或者是用雙線纏繞，但其中有一個(gè)相當(dāng)于中間抽頭的接線。用于輸出低頻溫度信號(hào)的第一輸出端8接在初級(jí)繞組的中間抽頭上。高頻故障信號(hào)從變壓器19輸送到次線繞組上，并從該次級(jí)繞組進(jìn)入天線共用器6的第二輸出端9。與第二輸出端9相接的是信號(hào)分析處理裝置14，該裝置本身可帶有其他濾波器，且在該裝置中可對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行分析處理。這種分析處理的方式與方法符合特殊情況的要求，特別是能夠分析處理大型電機(jī)中的故障。為了顯示這些故障而在分析處理裝置中設(shè)置了一個(gè)顯示元件20，例如圖中所示的顯示燈。
本發(fā)明用非常簡(jiǎn)單和可靠的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型電機(jī)中高頻磁場(chǎng)的高頻故障信號(hào)的輸出耦合，特別是解決了對(duì)火花等故障的識(shí)別和位置測(cè)定。
參考符號(hào)表1.繞組，直線部分2.繞組，弓形部分3.溫度傳感器，敏感元件，特別是電阻元件4.溫度傳感器，導(dǎo)線5.定子6.天線共用器7.天線共用器的輸入端8.天線共用器的第一輸出端9.天線共用器的第二輸出端10.定子中的槽11.夾層12.轉(zhuǎn)子13.軸14.故障信號(hào)的分析處理裝置15.定子中產(chǎn)生火花的位置16.同軸電纜17.電容器18.線圈19.變壓器20.顯示元件
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)帶有電繞組(1、2)和至少設(shè)有一個(gè)溫度傳感器(3、4)的定子(5)的大型電機(jī)中的高頻磁場(chǎng)產(chǎn)生的高頻故障信號(hào)進(jìn)行輸出偶合的方法，其特征在于，將溫度傳感器(3、4)作為對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行輸出耦合的天線使用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于獲得溫度信號(hào)的溫度傳感器(3、4)也是電驅(qū)動(dòng)的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，向用于獲得溫度信號(hào)的溫度傳感器(3、4)提供直流電流或直流電壓。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，溫度傳感器(3、4)上設(shè)有一個(gè)位于定子(5)中的敏感元件(3)，該敏感元件與從定子(5)中引出的導(dǎo)線(4)相連。
5.如權(quán)利要求2-4之一所述的方法，其特征在于，同時(shí)接收故障信號(hào)和溫度信號(hào)，并使故障信號(hào)從溫度信號(hào)中退耦。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，溫度信號(hào)是低頻信號(hào)，最好是直流信號(hào)。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，故障信號(hào)由多個(gè)溫度傳感器(3、4)接收。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，a)溫度傳感器(3、4)實(shí)際上均勻地布置在定子上;b)使溫度傳感器(3、4)的故障信號(hào)互補(bǔ)以確定在大型電機(jī)中產(chǎn)生故障信號(hào)的位置(15)。
9.一種完成上述權(quán)利要求之一所述方法的裝置，包括a)4x有定子(5)的大型電機(jī)，Ky述定子上具有電子繞組(1、2);b)至少有一個(gè)裝在定子(5)上且?guī)в袑?dǎo)線(4)的溫度傳感器(3、4)，導(dǎo)線(4)從定子(5)中引出;c)用于使故障信號(hào)從溫度信號(hào)中退耦的天線共用器(6)，其包括輸入端(7)，第一輸出端(8)和第二輸出端(9)，其中第一輸出端(8)提供溫度信號(hào)，而第二輸出端(9)提供故障信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，a)溫度傳感器(3、4)是電驅(qū)動(dòng)的且提供溫度信號(hào)，該信號(hào)是低頻信號(hào)，最好是直流電流信號(hào)或直流電壓信號(hào);＃b)天線共用器(6)在第一輸出端(福┤掀鸕屯 瞬ㄆ韉摹作用而在第二輸出端(9)上起高通濾波器的作用。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，a)HF組(1、2)包括繞組桿(1)，8C繞組桿插在定子(5)的槽(10)中;b)溫度傳感器(3、4)裝在槽(10)中。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，a)將每兩個(gè)繞組桿(1)重疊裝在槽(10)中，兩個(gè)繞組桿之間設(shè)有電絕緣層(11);b)溫度傳感器(3、4)位于絕望層(11)中。
13.如權(quán)利要求9-12之一所述的裝置，其特征在于，溫度傳感器(3、4)是帶有熱敏電阻的電阻元件(3)。
14.如權(quán)利要求9-13之一所述的裝置，其特征在于，該裝置具有多個(gè)溫度傳感器(3、4)，這些傳感器最好均勻地布置在定子(5)上。
15.用權(quán)利要求1-8之一所述的方法證明在大型電機(jī)中存在火花，而且因產(chǎn)生火花而出現(xiàn)高頻故障信號(hào)。
16.用權(quán)利要求1-8之一所述的方法，對(duì)大型電機(jī)中的故障進(jìn)行識(shí)別與位置測(cè)定。
17.用權(quán)利要求1-8之一所述的方法證明高頻故障信號(hào)的頻率為1MHz至300MHz之間，最好是在3MHz至100MHz之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有帶一個(gè)電繞組(1、2)和配置有至少一個(gè)溫度傳感器(3、4)的定子(5)的大型電機(jī)中高頻電磁場(chǎng)的高頻故障信號(hào)的輸出耦合。根據(jù)本發(fā)明，高頻故障信號(hào)可由用作天線的溫度傳感器(3、4)接收。按這種方法，用于故障信號(hào)的輸出耦合的部件用得很少，所以可以使用多個(gè)溫度傳感器(3、4)來測(cè)定引起故障信號(hào)的故障(15)的位置。本發(fā)明可以用特別簡(jiǎn)單的方法對(duì)大型電機(jī)中的故障進(jìn)行識(shí)別和位置測(cè)定。
文檔編號(hào)G01R31/34GK1096104SQ9311906
公開日1994年12月7日 申請(qǐng)日期1993年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月22日
發(fā)明者彼德·格思瓦爾德, 儒根·維德納, 瑞霍德·考茲爾 申請(qǐng)人:西門子公司