專利名稱：汽輪發(fā)電機定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置及用途。屬于電力工業(yè)發(fā)電機檢測技術(shù)領(lǐng)域。
二.
背景技術(shù)：
大型汽輪發(fā)電機定子繞組的端部承受著正常運行時的交變電磁力和出口或內(nèi)部短路時巨大的瞬態(tài)電磁力作用。隨著發(fā)電機單機容量的增加，電磁力的作用也迅速增加，巨大的電磁力對端部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害也越來越大。各種統(tǒng)計資料表明由于端部強度不夠、運行中振動磨損的原因，造成大型汽輪發(fā)電機定子繞組的突發(fā)性事故占大多數(shù)。研究表明，發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)時定子端部存在100Hz的橢圓形電磁振動，當發(fā)電機定子線棒的固有頻率接近100Hz或端部整體存在100Hz附近的橢圓振動模態(tài)時，端部結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生強烈的共振，共振時的振動幅度比正常的大幾十倍甚至幾佰倍，長期的振動勢必引起絕緣磨損、結(jié)構(gòu)松動、線棒股線疲勞斷裂、漏水等，最終引起絕緣擊穿短路事故。因此，檢測并避開橢圓振動模態(tài)是避免絕緣擊穿短路事故的一種措施。
現(xiàn)有技術(shù)中，通常利用傳感技術(shù)將發(fā)電機定子繞組的振動轉(zhuǎn)化為電信號，然后送到特定監(jiān)測裝置。目前通常的做法有兩種其一是將傳感器直接安裝在發(fā)電機定子端部的絕緣件上，主要存在如下缺點(1)傳感器本身沒有采取絕緣和屏蔽措施，不但無法應用在電位較高的部位，而且容易受到發(fā)電機電磁場干擾，很難準確反映被測定子繞組的振動及磨損情況；(2)傳感器難于固定在被測定子繞組上，容易造成自身振動及磨損。其二是在傳感器和被測定子繞組的中性點線棒鼻端設(shè)置一絕緣層，主要存在如下的缺點由于絕緣層與傳感器不是連為一體，因此，一方面使整個傳感器部分體積很大，占用定子鼻端很大的空間，造成測試效果與實際情況不符，另一方面，被測的定子繞組不能與傳感器緊密接觸，很難準確測出被測定子繞組的振動及磨損情況。
三.技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明需要解決的問題，即本發(fā)明的目的，是為了提供汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置及其用途，利用傳感器檢測發(fā)電機定子繞組端部的振動及磨損情況，為維護和修理發(fā)電機提供依據(jù)。
為了達到本發(fā)明的目的可以通過采取如下措施達到汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置，其特征是由絕緣盒1和設(shè)置于絕緣盒1內(nèi)的加速度傳感器2構(gòu)成，所述絕緣盒1由環(huán)氧樹脂制成，絕緣盒1設(shè)一個圓柱形空腔，加速度傳感器2置于該空腔內(nèi)，加速度傳感器2上設(shè)置一金屬屏蔽層3，用環(huán)氧樹脂將傳感器2和屏蔽層3固化成一個整體；所述絕緣盒1的外側(cè)設(shè)置凹槽4，加速度傳感器2的信號輸出端通過屏蔽電纜引出絕緣盒1外；通過該凹槽4將帶加速度傳感器2的絕緣盒1捆綁在被測定子繞組的線棒鼻端，加速度傳感器2檢測定子繞組的振動、并將該振動信號轉(zhuǎn)化成電信號通過屏蔽電纜傳輸?shù)酵鈬鷻z測設(shè)備。
本發(fā)明的目的還可以通過采取如下措施達到加速度傳感器2為壓電式加速度傳感器。
加速度傳感器2為光纖振動傳感器。
加速度傳感器2采用PZT壓電陶瓷材料制成，絕緣盒與線棒接觸面厚約2mm。
如前所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置的用途，其特點是所述帶加速度傳感器2的絕緣盒1安裝在定子繞組線棒鼻端振幅較大、松動或磨損較嚴重、電位較低的部位，各絕緣盒1可分別軸向、切向或徑向安裝；安裝步驟如下1)先用一小塊浸漬環(huán)氧樹脂的適形毛氈墊放在要安裝的部位，將絕緣器盒1壓在毛氈上；2)然后用浸漬過環(huán)氧樹脂的無緯玻璃絲帶將絕緣盒1與線棒(或夾板)綁扎固定，綁扎時一定要將綁帶拉緊，多方向反復綁扎；3)用于玻璃絲帶將屏蔽線沿電位低的部位分段固定，刷環(huán)氧樹脂；4)對每個加速度傳感器2的輸出屏蔽電纜進行編號，作好記錄。
加速度傳感器2裝入絕緣盒1內(nèi)時采取如下屏蔽措施1)先在絕緣盒1內(nèi)放置一銅制屏蔽環(huán)，在加速度傳感器2表面包上一層薄的絕緣帶，放入銅屏蔽環(huán)中；2)用一較大的銅屏蔽層套在與傳感器相連的屏蔽電纜的外面，并與盒內(nèi)銅屏蔽環(huán)焊接好，該層銅屏蔽層沿屏蔽電纜引至密封座處與機殼相連接地，使加速度傳感器2避開發(fā)電機內(nèi)的電磁場干擾；3)屏蔽電纜的屏蔽層與加速度傳感器2相連，引出發(fā)電機后經(jīng)電荷放大器一點接地。
屏蔽電纜在發(fā)電機內(nèi)的固定及走線方式如下1)將加速度傳感器2及屏蔽線均安裝好，然后沿發(fā)電機汽勵兩端機殼左右側(cè)邊角分別走線，直線時用一根φ20mm適當長度的金屬軟管將每側(cè)的屏蔽線套在一起，使屏蔽線端頭的編號標記露在軟管的外面，并多出軟管1～2米；2)在發(fā)電機機殼的四個邊角焊上適當數(shù)量的鋼環(huán)，將金屬軟管穿過鋼環(huán)固定好，注意確保金屬軟管與周圍的絕緣引水管有足夠的絕緣距離；3)直到將軟管引至機殼底部的出線孔處，將所有的屏蔽線從出線孔引出，軟管留在機殼內(nèi)，用裸銅線將軟管與機殼可靠連接(即將軟管接地)，用玻璃絲帶將各處的鋼環(huán)與軟管綁牢，并涂刷環(huán)氧樹脂固化。
屏蔽電纜引出機外采用如下密封措施在發(fā)電機機殼上鉆孔安裝出線法蘭或利用機殼下方汽勵兩端的小法蘭，根據(jù)法蘭的大小加工一個鋼管，通過螺栓與法蘭相連，鋼管內(nèi)放置一個鉆有適當數(shù)量小孔的環(huán)氧圓板，使環(huán)氧圓板大小剛好與鋼管內(nèi)徑配合；將屏蔽電纜從鋼管內(nèi)引出來，注意保持屏蔽電纜上的編號；環(huán)氧圓板放入鋼管內(nèi)前，先在圓板上安裝適當數(shù)量的標準L5插座，并進行編號，將屏蔽電纜與圓板上的插座對應的焊接好后將圓板放入鋼管內(nèi)，并將鋼管內(nèi)注滿環(huán)氧樹脂，然后將鋼管與法蘭用螺栓上緊(鋼管與法蘭間使用橡膠圈密封)；環(huán)氧樹脂固化后，進行氣密試驗，用檢漏儀檢查是否存在氣體泄漏。
本發(fā)明是在大型汽輪發(fā)電機定子繞組端部安裝測振傳感器，發(fā)電機定子端部振動主要是定子線棒中通過大電流時產(chǎn)生的100Hz的振動，這種振動的特點是頻率低幅值小及幅值相對穩(wěn)定等。發(fā)電機定子繞組端部是一個高電壓、高電磁場區(qū)域，選擇測振傳感器時，既要考慮傳感器本身的振動響應參數(shù)，同時還要考慮抗干擾及絕緣等因素，本專利選用的傳感器為壓電式加速度傳感器，該傳感器采用PZT壓電陶瓷材料制成，具有靈敏度高、頻響寬、橫向靈敏度小、性能穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點，通過適當?shù)陌惭b技術(shù)措施，可以滿足發(fā)電機定子端部振動在線監(jiān)測的要求。
采用本發(fā)明具有如下突出效果1.本發(fā)明是在大型汽輪發(fā)電機定子繞組端部安裝測振傳感器，拾取定子端部的振動信號，將機械振動信號轉(zhuǎn)換為電信號并引至發(fā)電機體外，以便對發(fā)電機定子端部振動進行實時在線監(jiān)測。由于測振傳感器設(shè)置在絕緣盒內(nèi)，絕緣盒是通過絕緣帶捆綁在發(fā)電機定子繞組的出線棒上，因此，本發(fā)明能達到高壓隔離、牢固可靠、抗干擾、密封的目的，即使是安裝在發(fā)電機定子繞組端部的高電壓、強電磁場和高氣壓區(qū)域，也能準確測出發(fā)電機的振動或磨損情況。
2.由于本專利在傳感器外設(shè)計了一個專用的絕緣盒，絕緣盒的體積對于發(fā)電機端部安裝位置來說大小合適，既達到了絕緣的要求，又不影響發(fā)電機的端部結(jié)構(gòu)，便于檢修維護；所采用的抗干擾措施，使端部強電磁干擾降到了最??；密封設(shè)計簡單實用，通過氣密試驗和運行的考驗，證實了這種密封方法的可靠性。
3.本發(fā)明解決了在大型汽輪發(fā)電機定子繞組端部高電壓、強磁場及高氣壓區(qū)域安裝測振傳感器需要克服的高電壓隔離、安裝的牢固性、信號的抗干擾及引出線的密封等難題，保證了振動信號的真實可靠。
四.圖面說明

圖1是本發(fā)明的絕緣盒的外型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的應用實例示意圖。
五.優(yōu)選實施例下面詳述本發(fā)明的具體實施方法。
圖1、圖2是應用于廣東省沙角發(fā)電A廠的3號發(fā)電機上的一個實施例。從圖1可知，本實施例中監(jiān)測裝置由壓力傳感器2和絕緣盒1構(gòu)成，壓力傳感器2內(nèi)置于絕緣盒1中，所述絕緣盒1由環(huán)氧樹脂制成，盒體內(nèi)設(shè)一個圓柱形空腔、傳感器置于該空腔內(nèi)，傳感器2上設(shè)置一金屬屏蔽層3，用環(huán)氧樹脂將傳感器2和屏蔽層3固化成一個整體；所述絕緣盒1的外側(cè)設(shè)置凹槽4，傳感器2的信號輸出端通過屏蔽電纜引出絕緣盒1外；通過該凹槽4將帶傳感器2的絕緣盒1捆綁在被測定子繞組的出線鼻端，傳感器2檢測定子繞組的振動、并將該振動信號轉(zhuǎn)化成電信號通過屏蔽電纜傳輸?shù)酵鈬鷻z測設(shè)備。傳感器2采用PZT壓電陶瓷傳感器和光纖振動傳感器兩種，絕緣盒1與線棒接觸面厚2mm。
具體實施時，在該發(fā)電機的勵側(cè)定子繞組的鼻端捆綁安裝了6個內(nèi)置傳感器2的絕緣盒1，汽側(cè)定子繞組的鼻端捆綁安裝了4個內(nèi)置傳感器2的絕緣盒1，具體的安裝位置如下表

本實施例中，監(jiān)測裝置的安裝應選在發(fā)電機大修時進行，安裝時將發(fā)電機兩側(cè)端蓋打開，在定子端部鼻端、引線和絕緣支架等部位安裝。安裝位置的選擇，要同時考慮下面三個原則，(1)大修時進行的定子繞組端部模態(tài)試驗結(jié)果，從擬合后的動畫中找出線棒鼻端振幅較大的部位，以及安裝的方向(徑-切-軸)；(2)根據(jù)每次檢修中發(fā)現(xiàn)的端部松動或磨損較嚴重的部位(包括鼻端、支架、壓緊螺栓、夾板等)；(3)根據(jù)定子繞組展開圖，找出上下線棒電位都較低的鼻端部位，盡量避開電壓較高的部位。
由于運行中發(fā)電機內(nèi)風壓及風速較大，軟管的布置及固定非常重要，而且一旦安裝后至少要運行一個大修周期(至少四年)，因此在安裝時一方面要注意保持足夠的絕緣距離，同時也要充分考慮牢固可靠性，如相鄰兩個鋼環(huán)的間隔不能超過500mm，玻璃絲帶一定要浸透環(huán)氧樹脂等。
本實施例中，勵側(cè)安裝的傳感器2為PZT壓電陶瓷傳感器，汽側(cè)安裝的傳感器2為光纖振動傳感器。
從圖2可知，勵側(cè)的傳感器2的信號輸出端通過多通道電荷放大器5連接服務(wù)主機6的一個輸入端，汽側(cè)的傳感器2的信號輸出端通過多通道光電轉(zhuǎn)換裝置7連接服務(wù)主機6的一個輸入端，服務(wù)主機6的I/O口連接客戶端計算機8，服務(wù)主機6的輸出端連接顯示器、打印機等輸出設(shè)備。
實施本項技術(shù)，應嚴格按本專利的技術(shù)要求進行，利用發(fā)電機大修期間轉(zhuǎn)子抽出后實施，對于沒有專門引出信號電纜法蘭的發(fā)電機，一定要選擇加工好法蘭孔，作好密封措施，并且不能影響發(fā)電機機殼的強度。
權(quán)利要求
1.汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置，其特征是由絕緣盒(1)和設(shè)置于絕緣盒(1)內(nèi)的加速度傳感器(2)構(gòu)成，所述絕緣盒(1)由環(huán)氧樹脂制成，絕緣盒(1)設(shè)一個圓柱形空腔，加速度傳感器(2)置于該空腔內(nèi)，加速度傳感器(2)上設(shè)置一金屬屏蔽層(3)，用環(huán)氧樹脂將傳感器(2)和屏蔽層(3)固化成一個整體；所述絕緣盒(1)的外側(cè)設(shè)置凹槽(4)，加速度傳感器(2)的信號輸出端通過屏蔽電纜引出絕緣盒(1)外；通過該凹槽(4)將帶加速度傳感器(2)的絕緣盒(1)捆綁在被測定子繞組的線棒鼻端，加速度傳感器(2)檢測定子繞組的振動、并將該振動信號轉(zhuǎn)化成電信號通過屏蔽電纜傳輸?shù)酵鈬鷻z測設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置，其特征是加速度傳感器(2)為壓電式加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置，其特征是加速度傳感器(2)為光纖振動傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置，其特征是加速度傳感器(2)采用PZT壓電陶瓷材料制成，絕緣盒與線棒接觸面厚約2mm。
5.如權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置的用途，其特征是所述帶加速度傳感器(2)的絕緣盒(1)安裝在定子繞組線棒鼻端振幅較大、松動或磨損較嚴重、電位較低的部位，各絕緣盒(1)可分別軸向、切向或徑向安裝；安裝步驟如下1)先用一小塊浸漬環(huán)氧樹脂的適形毛氈墊放在要安裝的部位，將絕緣器盒1壓在毛氈上；2)然后用浸漬過環(huán)氧樹脂的無緯玻璃絲帶將絕緣盒1與線棒(或夾板)綁扎固定，綁扎時一定要將綁帶拉緊，多方向反復綁扎；3)用干玻璃絲帶將屏蔽線沿電位低的部位分段固定，刷環(huán)氧樹脂；4)對每個加速度傳感器2的輸出屏蔽電纜進行編號，作好記錄。
6.如權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置的用途，其特征是加速度傳感器(2)裝入絕緣盒(1)內(nèi)時采取如下屏蔽措施1)先在絕緣盒(1)內(nèi)放置一銅制屏蔽環(huán)，在加速度傳感器(2)表面包上一層薄的絕緣帶，放入銅屏蔽環(huán)中；2)用一較大的銅屏蔽層套在與傳感器相連的屏蔽電纜的外面，并與盒內(nèi)銅屏蔽環(huán)焊接好，該層銅屏蔽層沿屏蔽電纜引至密封座處與機殼相連接地，使加速度傳感器(2)避開發(fā)電機內(nèi)的電磁場干擾；3)屏蔽電纜的屏蔽層與加速度傳感器(2)相連，引出發(fā)電機后經(jīng)電荷放大器一點接地。
7.如權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置的用途，其特征是絕緣盒(1)內(nèi)的屏蔽電纜在發(fā)電機內(nèi)的固定及走線方式如下1)將加速度傳感器(2)及屏蔽線均安裝好，然后沿發(fā)電機汽勵兩端機殼左右側(cè)邊角分別走線，直線時用一根φ20mm適當長度的金屬軟管將每側(cè)的屏蔽線套在一起，使屏蔽線端頭的編號標記露在軟管的外面，并多出軟管1～2米；2)在發(fā)電機機殼的四個邊角焊上適當數(shù)量的鋼環(huán)，將金屬軟管穿過鋼環(huán)固定好，注意確保金屬軟管與周圍的絕緣引水管有足夠的絕緣距離；3)直到將軟管引至機殼底部的出線孔處，將所有的屏蔽線從出線孔引出，軟管留在機殼內(nèi)，用裸銅線將軟管與機殼可靠連接(即將軟管接地)，用玻璃絲帶將各處的鋼環(huán)與軟管綁牢，并涂刷環(huán)氧樹脂固化。
8.如權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置的用途，其特征是屏蔽電纜引出機外采用如下密封措施在發(fā)電機機殼上鉆孔安裝出線法蘭或利用機殼下方汽勵兩端的小法蘭，根據(jù)法蘭的大小加工一個鋼管，通過螺栓與法蘭相連，鋼管內(nèi)放置一個鉆有適當數(shù)量小孔的環(huán)氧圓板，使環(huán)氧圓板大小剛好與鋼管內(nèi)徑配合；將屏蔽電纜從鋼管內(nèi)引出來，注意保持屏蔽電纜上的編號；環(huán)氧圓板放入鋼管內(nèi)前，先在圓板上安裝適當數(shù)量的標準L5插座，并進行編號，將屏蔽電纜與圓板上的插座對應的焊接好后將圓板放入鋼管內(nèi)，并將鋼管內(nèi)注滿環(huán)氧樹脂，然后將鋼管與法蘭用螺栓上緊(鋼管與法蘭間使用橡膠圈密封)；環(huán)氧樹脂固化后，進行氣密試驗，用檢漏儀檢查是否存在氣體泄漏。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽輪發(fā)電機組定子繞組端部振動在線監(jiān)測裝置及用途，其特征是由絕緣盒1和設(shè)置于絕緣盒1內(nèi)的加速度傳感器2構(gòu)成，所述絕緣盒1由環(huán)氧樹脂制成，絕緣盒1設(shè)一個圓柱形空腔，加速度傳感器2置于該空腔內(nèi)，加速度傳感器2上設(shè)置一金屬屏蔽層3，用環(huán)氧樹脂將傳感器2和屏蔽層3固化成一個整體；所述絕緣盒1的外側(cè)設(shè)置凹槽4，加速度傳感器2的信號輸出端通過屏蔽電纜引出絕緣盒1外；通過該凹槽4將帶加速度傳感器2的絕緣盒1捆綁在被測定子繞組的線棒鼻端，加速度傳感器2檢測定子繞組的振動、并將該振動信號轉(zhuǎn)化成電信號通過屏蔽電纜傳輸?shù)酵鈬鷻z測設(shè)備。
文檔編號G01M7/00GK1428601SQ01130128
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者楊楚明, 周尚禮 申請人:廣東省電力工業(yè)局試驗研究所