Принципиальная схема проведения испытаний
Физические процессы в конструктивных элементах ротора при подаче видеоимпульса
Составление дифференциальных уравнений
Преобразование исходных дифференциальных уравнений к нормальному виду для решения с использованием пакета MathCad
Результаты работы
Литература

Цель работы - теоретическое обоснование и выработка методики контроля состояния межвитковой изоляции обмотки возбуждения с помощью импульсных воздействий.

Научная новизна - Предлагаемый метод диагностики основан на анализе переходного процесса в массивных конструктивных элементах ротора при подаче импульсного воздействия на обмотку возбуждения.

Практическая ценность и область применения - Предлагаемый метод может быть использован вместо традиционного, связанного со значительными затратами времени и сложностью применения при критических частотах вращения ротора, что представляется наиболее важным при диагностике витковых повреждений.

Объект исследования - конструктивные элементы ротора турбогенератора: обмотка возбуждения, бочка ротора, клинья и бандажные кольца.

Методы исследования - математическое моделирование переходных процессов в массивных конструктивных элементах ротора с помощью пакета MathCad

Принципиальная схема проведения диагностических испытаний по методу, связанному с подачей видеоимпульса на обмотку возбуждения турбогенератора показана на рис. 1.

Рисунок 1 - Схема диагностирования витковых КЗ в обмотке ротора турбогенератора.

Блок формирования импульсного воздействия включает в себя маломощный источник постоянного тока UG, позволяющий установить ток не более 10-15 А; конденсатор С, подключённый к источнику через обмотку возбуждения; VT - диод, обуславливающий наличие только положительной полуволны тока возбуждения; S - электронный ключ, коммутирующий переходной процесс в схеме. Ротор турбогенератора на схеме представлен следующими элементами: LG - обмотка возбуждения, LD1, LD2 - эквивалентные демпферные контуры, представляющие массив ротора. Обмотка статора турбогенератора LS соединена в "звезду" и подключена к блочному трансформатору Т отключённому от системы выключателем QF. Свободное изменение вихревых токов в элементах ротора, наведённых вследствие импульсного воздействия фиксируется с помощью автоматизированного комплекса средств измерения PS. Назначение этого комплекса состоит в сборе информации и первичной обработке результатов диагностического эксперимента.

Физические процессы в конструктивных элементах ротора при подаче видеоимпульса

Проведение диагностического эксперимента с использованием однополярного импульсного воздействия выполняется с учётом физических процессов электромагнитного характера, поясняемых с помощью рисунка 2.

Рисунок 2 - Графики токов и напряжения

Изменения электрических параметров характеризуют следующие типичные временные интервалы.
1. Этап установления переходного процесса при подключении источника тока в схему (в работе не рассматривается так как не несёт полезной информации). В конце этого этапа через обмотку возбуждения протекает ток if , равный 10 - 15 А, токи в массиве ротора отсутствуют (на рис.2 интервал времени t < 0).
2. Этап формирования входного импульсного воздействия при размыкании ключа S(интервал 0..t1). При этом начинается колебательный процесс зарядки конденсатора, ток в обмотке возбуждения затухает и индуцирует в демпферной системе и короткозамкнутом витке соответственно токи iD и if кз. При переходе тока в обмотке ротора через нуль (t = t1) происходит разрыв цепи обмотки возбуждения диодом VТ. Изменение тока if в случае отсутствия диода показано пунктирной линией. Величина активного сопротивления обмотки возбуждения и ёмкость конденсатора определяет скорость среза формируемого подобным образом импульса.
3. Этап свободного затухания вихревых токов в короткозамкнутом контуре и демпферной системе (интервал t > t1). При этом регистрирующий прибор фиксирует изменение напряжения Uf, по которому возможно судить о наличии виткового замыкания в обмотке ротора.
Для исключения влияния измерительного комплекса на характер электромагнитных переходных процессов величины его активного сопротивления и ёмкости должны ограничиваться соответствующими значениями.

Составление дифференциальных уравнений

По схеме, приведенной на рис. 3 рассчитываются токи переходного процесса при исправной обмотке ротора (Активные сопротивления обмотки возбуждения и демпферных контуров не показаны).

Рисунок 3 - Расчётная схема замещения при неповреждённой обмотке ротора.

Составляются дифференциальные уравнения переходного процесса до момента времени t1, когда ток в обмотке возбуждения спадает до нуля:

Система дифференциальных уравнений для этапа свободного изменения вихревых токов в массиве ротора:

Для рассчёта переходного процесса в роторе с витковым КЗ используется схема замещения, показанная на рис. 4.

Рисунок 3 - Расчётная схема замещения при витковом КЗ обмотке возбуждения ротора.

Система дифференциальных уравнений на этапе формирования импульса:

Система дифференциальных уравнений на этапе свободного изменения вихревых токов в массиве ротора:

Преобразование исходных дифференциальных уравнений к нормальному виду для решения с использованием пакета MathCad

Для решения систем дифференциальных уравнений необходимо привести их к нормальному виду. Для этого необходимо, чтобы производные токов были в левой части уравнений. Запишем систему дифференциальных уравнений в матричном виде. Введём заряд конденсатора в качестве дополнительной переменной. Тогда получим следующую систему дифференциальных уравнений:

В нормальном виде система будет иметь вид:

Составляются матрицы коэффициентов L,R,S,E для системы (1):

для системы (2):

для системы (3):

для системы (4):

Результаты работы

В результате моделирования переходных процессов с помощью пакета MathCad были получены следующие кривые изменения диагностического параметра Uf (в относительных единицах).

Для неповреждённой обмотки возбуждения:

Для обмотки, содержащей короткозамкнутые витки:

Из графиков изменения Uf видно, что в случае виткового короткого замыкания в обмотке возбуждения переходной процесс затухания свободных вихревых токов в конструктивных элементах ротора происходит гораздо медленее, а численное значение диагностического параметра на порядок ниже чем в опыте с неповреждённой обмоткой. По этим характеристикам делается заключение о состоянии витковой изоляции обмотки.

1. Глебов И.А., Данилевич Я.Б. Диагностика турбогенераторов. - Л.: Наука, 1989. - 119 с.

2. Рогозин Г.Г. Определение электромагнитных параметров машин переменного тока. - К.: Техніка, 1992.

3. Абрамов П.А. Проектирование турбогенераторов. - Л: Наука, 1993. - 340 с.

4. Генке В.И. Неисправности электрических машин. - М, 1990. - 270 с.

Перечень ссылок
Электронная библиотека
Отчёт о поиске в Internet