專利名稱：發電機絕緣過熱監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬儀器儀表類，涉及一種監測氫冷或空冷發電機絕緣局部過熱的裝置。
目前，我國發電機絕緣局部過熱尚無檢測裝置，如果發電機的絕緣局部過熱，不及早發現，終將導致絕緣熱擊穿，使發電機損壞，嚴重時將難以修復，即使能修復其檢修費用也較高。如20萬機損壞其檢修材料費達百萬元，因停電造成的損失更大，可達幾十至幾百萬元。在國際上與本發明最接近的產品有美國Enrionment／one公司產的GCM裝置，記錄儀器簡單，靈敏度低，離子室設計不合理，遙控部分功能少。
本實用新型填補了國家一項空白，克服了上述已有技術的缺點。
本實用新型的目的是提供一種國內尚無同類產品的監測氫冷或空冷發電機絕緣局部過熱的裝置，可以早期予報絕緣局部過熱避免絕緣事故的擴大和發展，并有針對性的及時檢修。
該裝置由檢測部分、遙控部分組成。檢測部分由氣路和電路組成，氣路經聯接管路與發電機本體構成密閉循環系統，在發電機風扇壓力的作用下，使機內的冷卻氣體流經該裝置，冷卻氣體在裝置中受到離子室內放射物質所產生的射線的轟擊，使冷卻氣體發生電離，產生正、負離子對，在直流電場的作用下，形成極為微弱的電離電流，此電流經微電流放大器放大后由電流表指示。如果發電機在運行中某部件的絕緣有局部過熱時，絕緣材料發生熱分解，產生冷凝核，冷凝核隨冷卻氣體進入裝置。由于冷凝核遠比氣體分子體積大而且重，負離子附著在冷凝核上使負離子的運動速度大大降低，從而使電離電流大幅度下降，反映在表計上就是電流表指示值迅速下降。電離電流的下降程度與發電機絕緣過熱的程度有關。當電離電流下降到某一整定值時，遙控部分即自動發出報警的聲、光信號。運行人員可以根據報警信號，結合其它的檢測手段進行綜合判斷后，采取必要的措施，避免絕緣破壞的擴大和發展。
該裝置工作性能穩定，指示正確，能靈敏可靠的早期檢測和預報發電機絕緣局部過熱現象，并具有判斷真、假報警，定時自動打印，手動隨機打印，事故追憶等功能，對分析事故的原因提供可靠的依據，該裝置還具有自動取樣手段，可進一步確定故障的部位。經過模擬和實機試驗表明它是發電機在線監測的一種先進儀器，對發電機的安全、經濟運行具有重要意義。
本實用新型的實施例參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。
圖1為本裝置的原理框圖。由檢測部分和遙控部分組成，檢測部分包括氣路(見圖1中單虛線框內)和電路(圖1中虛線框外)，遙控部分包括雙虛線框內的電路。
在發電機風扇壓力的作用下，使冷卻發電機的氣體經過分水濾氣器(39)進入帶四通的試驗粒子源(1)以后有下列幾種運行方式發電機正常運行情況下，三通電磁閥(3)的a關閉，b、c接通，冷卻氣體通過三通電磁閥(3)的b、c進入離子室(4)，受到離子室(4)內放射物質镅241產生的α射線的轟擊，產生正、負離子對，在直流電場的作用下，形成微弱的電離電流，經過特制的電纜(11)送入微電流放大器(14)進行電壓放大，此電壓信號進入中間放大器和電壓電流轉換器(17)后使電流表(19)指示為正常值(本實施例定為100％)，此電流信號經過信號端子排(21)信號電纜(22)模擬信號輸入(23)后進入A／D轉換器(24)，通過光電隔離(25)，送入單板機(26)進行數據處理，每天從000到2400每隔8小時由打印機(37)打印出電流表(19)所指示的電流百分值，同時遙控部分的實時時鐘和測量值百分比窗口(27)有時鐘顯示。此種情況下冷卻氣體經過測量流量表(5)回到發電機內。
發電機內部絕緣過熱或冷卻氣體內含有大于80％的油霧(水霧)干擾時，冷卻氣體通過三通電磁閥的b、c進入離子室(4)，在離子室內受到放射性物質镅241產生的α射線的轟擊，產生正負離子對。如果是發電機內部絕緣過熱，絕緣材料發生熱分解產生冷凝核，冷凝核隨冷卻氣體進入裝置，由于冷凝核遠比氣體分子體積大而且重，負離子附著在冷凝核上，從而使負離子的運動速度大大降低，引起電離電流大幅度下降。如果是干擾信號時，由于油霧(水霧)分子團較大且重，負離子附著在分子團上，同樣使電離電流大大下降。當電流表(19)所指示的電流值下降到小于規定的下限值時(本實施例的下限定為75％)，3秒鐘內裝置自動投入過濾器(2)，此時三通電磁閥(3)的b關閉，a、c接通，單板機(26)判斷軟件延時一段時間(本實施例定為一分鐘)，自動觀察采集到的電流是否大于規定的下限值。若不大于規定的下限值則裝置叛斷是由于其它原因引起的誤報警(包括裝置本身出現的故障)，此時打印機打印出“裝置故障”的字樣，處理完故障，裝置才能正常運行；若過濾器(2)投入后電流值大于規定的下限值，則裝置自動切除過濾器(2)，此時三通電磁閥的a關閉，b、c接通，一定時間后(本實施例定為18秒)，再采集數據判斷，若電流值仍然大于規定的下限值，裝置認為是瞬間干擾，即恢復正常工作；若電流小于規定的下限值，則裝置迅速啟動報警控制電路(29)，此時，檢測部分和遙控部分的“安全”燈熄滅，紅色“報警”燈亮，同時遙控部分的揚聲器(29)發出音響報警，取樣控制電路(32)也自動起動二通電磁閥(6、9)，取樣燈亮，經取樣器(7)吸附后的氣體通過取樣流量表(8)排入大氣，運行人員可用手按一下“報警復位”鍵，切除報警音響，但報警燈、取樣燈仍然亮。一定時間后(本實施例定為9分鐘)自動關閉二通電磁閥(6、9)，同時打印機自動打印出發生事故的時間和事故過程曲線，運行人員取下取樣器(7)，放在色譜儀上進行分析，根據分析結果確定發電機故障的部位，根據事故曲線分析故障的大小，采取停機、降負荷、降勵磁等措施，避免絕緣事故的擴大和發展。
取樣結束后，此時電流指示若大于下限值則“安全”燈亮，“報警”燈熄滅，若小于下限值則進入下一個報警判斷循環。
圖2為離子室。
由離子室內腔(40)、離子室外腔(41)、內電極(42)、外電極(43)、放射源(44)、隔離筒(45)、離子室外殼(46)、內電極引出線(47)、外電極引出線(48)、接線板(49)、屏蔽筒(50)、離子室端蓋(51)、出氣導管(52)、絕緣筒(53、56)、絕緣套(54、55)、聯結螺母(57)、螺母(58)、出氣管(59)、絕緣墊(60)以及在離子室外的加熱裝置所組成。
首先，把內電極(42)裝入絕緣套(54)內，外電極(43)裝入絕緣套(54)外，裝好的內外電極壓入絕緣套(55)內，隔離筒(45)裝在絕緣套(55)外，在外電極的另一端，外電極(43)與隔離筒(45)之間裝入起固定作用的絕緣筒(56)，然后，內電極引出線(47)、外電極引出線(48)裝入絕緣筒(53)內固定，絕緣筒(53)裝入離子室端蓋(51)內，依次將配合好的裝有內外電極的隔離筒(45)擰入離子室端蓋(51)，將絕緣筒(53)壓緊，使內電極引出線(47)插入內電極(42)內，外電極引出線(48)與外電極(43)緊密結合，用螺絲將接線板(49)和屏蔽筒(50)固定在端蓋(51)上，放射源(44)放在離子室外殼(46)內表面，用螺絲將端蓋(51)和離子室外殼(46)固定在一起，將出氣導管(52)擰入端蓋(51)內，聯結螺絲(57)擰在端端蓋，螺母(58)將出氣管(59)經過絕緣墊(60)與聯結螺絲(57)聯結在一起。
當冷卻氣體由入口自上而下進入離子室的外腔(41)，受到放射源(44)的轟擊，產生電離，電離后的正負離子隨氣流自下而上流入離子室內腔(40)，由于在內腔(40)中的內電極(42)上加有負直流電，使內電極(42)和外電極(43)(環形電極)之間產生一個直流電場，在電場的作用下，正離子被吸引到內電極(42)上，負離子被推向外電極(43)，從外電極(43)上收集到的負離子形成一定的電離電流，通過外電極引出線(48)引至微電流放大器。在離子室外的加熱裝置是經一個環形加熱帶進行低溫加熱的，保證了離子室不受潮氣的影響。
圖3為微電流放大器的電路圖。由靜電計管(T)、儀用放大器(虛線框內包括A1、A2、A3、R)、電阻等組成。
微電流通過R3進入靜電計管(T)進行一級放大，變成差模電壓V1，V1進入儀用放大器(虛線框內)進行二級放大，將V1放大成V0作為輸出，同時引出一個反饋信號經反饋電阻R2進入輸入端。輸出信號V0進入一個常規的電壓電流轉換器，將電壓信號轉換成電流信號。
由于冷卻氣體經過離子室后在直流電場的作用下產生的電離電流十分微弱，在有局部過熱時，信號就更微弱了，根據運行要求，放大器與離子室用一根特制的傳輸電纜聯接。
在現場6米平臺發電機底部安裝檢測部分，面板上的電流表指示不受振動的影響，傳輸電纜任意彎曲放大器輸出不改變，現場風機、電焊機等設備與放大器共用一相電源，頻繁起動不受影響，放大器不受空間電磁場的隔射、靜電感應、磁耦合所造成的共模干擾的影響，多級串聯放大造成系統自激、放大器輸入端為尖脈沖輸入時的沖擊及空間、電源、電網的干擾等得到了有力的抑制，克服了零漂、時漂。裝置還設置了動態較零和調零功能。
圖4為取樣器。由膨松物(61)、吸附劑(62)、金屬網(63、64)、外殼(65)所組成，其特征在于外殼(65)是一定長度的管，在管的一頭依次裝上縱向銅網(64)、橫向銅網(63)，在管內裝有吸附劑(62)，管的另一頭用膨松物(61)堵住。
當發電機內部絕緣過熱時，通過遙控部分控制的電磁閥被打開，取樣器中流有一定流量的冷卻氣體，取樣器內裝有既能很好的吸附冷凝核又能很好的釋放冷核的吸附劑(62)，若將發電機內部涂上具有不同冷凝核的絕緣涂料，當發電機內部絕緣過熱時，不同的絕緣涂料分解出不同的冷凝核，將吸附了冷凝核的取樣器取下，利用色譜儀進行分析，可進一步判斷發電機絕緣過熱的部位。
圖5為過濾器。由外殼(66)、端蓋(67)、密封墊(68)、螺母(69)、組合分子篩(70)等組成，其特征在于把密封墊(68)裝入端蓋(67)內，管狀外殼(66)擰入端蓋(67)內，組合分子篩(70)裝入外殼(66)內，管狀外殼(66)的另一頭用同樣的端蓋擰緊，螺母(69)把過濾器端蓋和與本過濾器聯接的管道聯接起來。
此過濾器通過遙控部分控制電磁閥自動投入、切除，內部填充有組合分子篩它能吸附絕緣過熱產生的分解物及油霧(水霧)等。投入過濾器后，電離電流能穩定在下限值以上。通過投切過濾器，達到判別真假報警的目的。
在發電機大、小修或校驗裝置本身有無故障時，本裝置設置了一個體積小且所裝物品能產生多次煙霧的試驗粒子源，將其投入后，電流值能在30秒內由100％降至10％以下。檢查裝置本身有無故障的另一種方法是“香煙法”，在檢測裝置氣路入口處用香煙產生一定濃度的煙霧也能達到校驗裝置的目的。
為了防止從電源竄入干擾信號，本裝置采用了帶屏蔽的穩壓電源和隔離變壓器，使電源和負載之間實現完全的電隔離，對瞬變電壓、脈沖尖峰等具有極大的衰減性能。檢測部分和遙控部分之間的電纜為絞線式，目的在于防止電磁干擾，抑制共模干擾。
檢測部分的燈光顯示電路的電源采用＋6V穩壓塊，指示燈為發光型二極管，開關型三極管控制指示燈中的“安全”、“報警”兩個燈，開關型三極管的“b”極由遙控部分控制。“過濾”、“檢零”、“試驗”按鍵的指示燈控制和按鍵的常開口串聯，按一下燈亮，再按一下燈滅。
檢測部分控制的主要對象是過濾電磁閥、取樣電磁閥和試驗粒子源。試驗粒子源只有手動控制，三只電磁閥采用了自動、手動互鎖方式，實現既能手動操作，又能自動控制。
本裝置還設置了檢測流量計和取樣流量計，以滿足裝置正常工作和取樣時氣體的需要量。定期觀察表計有無變化，不斷調節流量計使之在正常的范圍內。
遙控部分裝在電廠集控室內，一臺遙控可同時控制多臺檢測部分，可以監測全廠所有發電機絕緣過熱狀態。遙控部分還具有程序控制的實時時鐘顯示窗口，并可以進行小時、分、秒調節，調正好時間后自動投入，為報警打印、定時打印、手動打印提供實時輸出時間。為了使運行人員更直觀、更方便地看到實測數據，手動打印時，時鐘顯示窗口實時顯示數據(百分比)，手動打印完畢該窗口恢復時鐘顯示。
圖11.帶四通的試驗離子源2.過濾器3.三通電磁閥4.離子室5.檢測流量表6.二通電磁閥7.取樣器8.取樣流量表9.二通電磁閥10.加熱變壓器11.特制電纜12.＋6V穩壓器、控制用繼電器13.燈光顯示電路14.微電流放大器15.變壓器16.穩壓器17.中間放大器、電壓電流變換器18.隔離變壓器19.電流表20.220V電源端子排21.信號端子排22.信號電纜23.模擬信號輸入24.A／D轉換器
25.光電隔離26.單板機27.實時時鐘、測量值的百分比顯示窗口28.光電隔離29.聲、光報警控制及揚聲器30.光電隔離31.過濾器控制32.取樣器控制33.零漂校對控制34.220V電源35.＋5V穩壓器36.±15V穩壓器37.打印機38.手動控制按鍵39.分水濾氣器圖240.離子室內腔41.離子室外腔42.內電極43.外電極44.放射源45.隔離筒46.離子室外殼47.內電極引出線48.外電極引出線
49.接線板50.屏蔽筒51.離子室端蓋52.出氣導管53、56.絕緣筒54、55.絕緣套57.聯結螺母58.螺母59.出氣管60.絕緣墊圖3T.靜電計管虛線框內儀用放大器電阻圖461.膨松物62.吸附劑63.橫向銅網64.縱向銅網65.外殼圖566.外殼67.端蓋68.密封墊69.螺母70.組合分子篩
權利要求1.一種發電機絕緣過熱監測裝置，檢部分由氣路和電路組成，遙控部分由電路組成，檢測部分的氣路包括帶四通的試驗粒子源(1)、過濾器(2)、三通電磁閥(3)、離子室(4)、檢測流量計(5)、二通電磁閥(6、9)、取樣器(7)、取樣流量表(8)等組成，檢測部分的電路包括加熱變壓器(10)、特制電纜(11)、穩壓器和控制用繼電器(12)、燈光顯示電路(13)、微電流放大器(14)、變壓器和穩壓器(15、16)、中間放大器和電壓電流變換器(17)、隔離變壓器(18)、電流表(19)、交流電源(20)、信號端子排(21)等組成，遙控部分的電路包括信號電纜(22)、模擬信號輸入(23)、A/D轉換器(24)、單板機(26)、實時時鐘和測量值的百分比顯示窗口(27)、光電隔離(25、28、30)、聲光報警控制(29)、過濾器控制(31)、取樣器控制(32)、零漂校對控制(33)、交流電源(34)、穩壓器(35、36)、打印機(37)、手動控制按鍵(38)、分水濾氣器(39)等組成，其特征在于a)它有一個離子室，把內電極(42)裝入絕緣套(54)內，外電極(43)裝入絕緣套(54)外，裝好的內外電極壓入絕緣套(55)內，隔離筒(45)裝在絕緣套(55)外，在外電極的另一端，外電極(43)與隔離筒(45)之間裝入絕緣筒(56)，內電極引出線(47)、外電極引出線(48)裝入絕緣筒(53)內固定，絕緣筒(53)裝入離子室端蓋(51)內，依次將配合好的裝有內外電極的隔離筒(45)擰入離子室端蓋(51)，將絕緣筒(53)壓緊，使內電極引出線(47)插入內電極(42)內，外電極引出線(48)與外電極(43)緊密結合，用螺絲將接線板(49)和屏蔽筒(50)固定在端蓋(51)上，放射源(44)裝入離子室外殼(46)內表面，用螺絲將端蓋(51)和離子室外殼(46)固定在一起，將出氣導管(52)擰入端蓋(51)內，聯結螺絲(57)擰在端蓋上，螺母(58)將出氣管(59)經過絕緣墊(60)與聯結螺絲(57)聯結在一片；b)它有一個微電流放大器，從離子室采集到的微電流通過R3進入靜電計管(T)進行一級放大，變成差模電壓V1，V1進入儀用放大器進行二級放大，將V1放大成V0作為輸出，同時經反饋電阻R2反饋至輸入端。
2.根據權利要求1所述的發電機絕緣過熱監測裝置，其特征在于它有一個取樣器，由膨松物(61)、吸附劑(62)、金屬網(63、64)、外殼(65)所組成，外殼(65)是一個管子，在管的一頭依次裝上金屬網(64、63)，在管內裝有吸附劑(62)，管的另一頭用膨松物(61)堵住。
3.根據權利要求1所述的發電機絕緣過熱監測裝置，其特征在于它有一個過慮器，是由外殼(66)、端蓋(67)、密封墊(68)、螺母(69)、組合分子篩(70)組成，把密封墊(68)裝入端蓋(67)內，管狀外殼(66)擰入端蓋(67)內，組合分子篩(70)裝入外殼(66)內，管狀外殼(66)的另一頭用同樣的端蓋擰緊，螺母(69)把過濾器端蓋和與本過濾器聯接的管道聯接起來。
專利摘要一種發電機絕緣過熱監測裝置，能可靠的早期檢測和預報發電機定子鐵芯、定子線棒、轉子繞組等部件的絕緣局部過熱，由試驗粒子源、過濾器、電磁閥、離子室、檢測流量表、聲光報警控制電路、微電流放大器、單板機、取樣器、電流表、打印機等組成，適用于高、中、低氫壓的汽輪發電機及空冷發電機，是發電機在線監測的一種先進儀器，對發電機安全、經濟運行具有重要意義。
文檔編號G01D21/00GK2075775SQ9020399
公開日1991年4月24日 申請日期1990年4月5日 優先權日1990年4月5日
發明者陳淑身, 王全方, 袁波, 沈丙申, 馮復生 申請人:華北電力試驗研究所