DE29518286U1 - Vorrichtung zur Ortung von Teilentladungen bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen und/oder Hochspannungsanlagen - Google Patents

Description

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Beschreibung

Vorrichtung zur Ortung von Teilentladungen bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen und/oder Hochspannungsanlagen 5

Dynamoelektrische Hochspannungsmaschinen und/oder Hochspannungsanlagen, bei denen es sich beispielsweise um Generatoren in Kraftwerken handeln kann, fordern als kapitalintensive Anlagen eine hohe Verfügbarkeit, um sie möglichst wirtschaftlieh betreiben zu können. Zur Steigerung der Verfügbarkeit einer Hochspannungsmaschine und/oder Hochspannungsanlage ist eine frühzeitige Erkennung von sich anbahnenden Schäden in den einzelnen Anlagenteilen zweckmäßig. Durch ein rechtzeitiges Erkennen eines bevorstehenden Fehlers kann das Ausmaß des eventuellen Schadens begrenzt werden, wobei weitergehende schwere Schäden und damit lange Stillstandszeiten für die Instandsetzungsarbeiten vermieden werden können.

Es ist bekannt, daß Fehler an elektrischen Anlagen oder AnIagenkomponenten sich bereits lange vor dem Eintritt des eigentlichen Schadens durch Bildung von Teilentladungen oder Abreißfunken ankündigen. Bei den Teilentladungen handelt es sich um hochfrequente Schwingungen.

Es ist bekannt, daß in Kraftwerksblöcken kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen Messungen durchgeführt werden, durch die eine Trendbestimmung der hochfrequenten Teilentladungen verifiziert wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine sichere Fehlerfrüherkennung an elektrischen Betriebsmitteln.

Durch die EP 0 22 8 613 Bl sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Teilentladungserfassung und Abreißfunkenmessung bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen, insbesondere zur betriebsmäßigen Überwachung des Isolationszustandes der Ständerwicklung und der angeschlossenen elektrischen Ableitung bei Turbogeneratoren, bekannt. Die Vorrichtung umfaßt wenigstens ein Teilentladungs-Meßgerät, bei dem über Koppel-

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filter angeschlossene Meßleitungen, insbesondere zur betriebsmäßigen Überwachung des Isolationszustandes der Ständerwicklung und der angeschlossenen elektrischen Ableitungen bei Turbogeneratoren, vorgesehen sind. An die Meßleitung ist wenigstens eine stationäre induktive Koppelschleife als Empfangsantenne in unmittelbarer Nachbarschaft des Dipolfeldes der Maschinenwelle angekoppelt. Bei dieser Einrichtung handelt es sich um eine stationär angeordnete Einrichtung, durch die eine Fehlerfrüherkennung des Isolationszustandes der Ständerwicklung ermöglicht wird.

Kraftwerke sind hochkomplexe Anlagen, die eine erhebliche räumliche Ausdehnung haben können. Durch die bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist zwar eine Fehlerfrüherkennung möglich, jedoch nicht auch nur näherungsweise die Bestimmung des Ortes des Fehlers. Hierdurch bedingt ist ein erheblicher Zeitaufwand notwendig, um einen möglichen Fehlerort ausfindig zu machen. Neben dem erheblichen Zeitaufwand kann auch der apparative Aufwand zur Lokalisierung des Fehlers groß sein.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung und das Verfahren zur Fehlererkennung so weiterzubilden, daß der Fehler wenigstens näherungsweise geortet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ortung des Fehlers ist Gegenstand des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran-0 sprüche.

Die wenigstens näherungsweise Bestimmung des Fehlerortes, an welchem Teilentladungen entstehen, erfolgt mittels einer Vorrichtung, die wenigstens zwei Ankopplungseinheiten aufweist, die an im Abstand zueinander liegenden Meßstellen eines Leiters der Hochspannungsmaschine und/oder Hochspannungsanlage angekoppelt sind. Diese Ankopplungseinheiten sind mit einer

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Auswerteeinrichtung verbunden. In der Auswerteeinrichtung wird die zeitliche Abfolge der für jede Ankopplungseinheit ausgekoppelten Schwingungen registriert und/oder korreliert. Die ausgekoppelten Schwingungen lassen sich vergleichend aufzeichnen und in ihrer Laufzeitdifferenz auswerten. Durch eine geschickte Wahl der Meßpunkte ist der Entstehungsort auf diese Weise einzugrenzen. Hierdurch kann eine genauere Lokalisierung eines Fehlers erreicht werden. Mit anderen Worten wird durch die Vorrichtung eine Ortung von Teilentladungen bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen und/oder Hochspannungsanlagen ermöglicht, die auf einer Laufzeitmessung basiert. Durch gleichzeitige Aufzeichnung der Impulse an den Meßstellen ist eine sichere Zuordnung für die Signalverfolgung gewährleistet.

Um den Einfluß der Meßvorrichtung selbst auf die Laufzeit des hochfrequenten Schwingungsspektrums der Teilentladungen möglichst gering zu halten, sind die Ankopplungseinheiten mit der Auswerteeinrichtung vorzugsweise über gleich lange elektrische Leiter verbunden. Bei den Leitern handelt es sich vorzugsweise um Koaxialkabel.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, jede Kopplungseinheit mit einem Filter, Vorzugsweise einem Hoch-Paß-Filter zu versehen. Durch ein solches Filter werden die Schwingungen der Mantelströme unterdrückt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hoch-Paß-Filter um ein 30 kHz-Hoch-Paß-Filter, der 50 Hz-Mantelströme unterdrückt.

Die Signalausgänge der Hoch-Paß-Filter sind um Erdschleifen zu vermeiden vorzugsweise galvanisch frei. Über gleich lange Leitungen sind die Filter an einem zentralen Erdpunkt geerdet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung umfaßt die Auswerteeinheit erfindungsgemäß ein Speicheroszilloskop, das Impulsoszillogramme wenigstens zweier Meß-

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stellen gleichzeitig darstellt. Bei dem Speicheroszilloskop handelt es sich vorzugsweise um ein hochauflösendes Oszilloskop, bei dem jeweils zwei Meßstellen gleichzeitig dargestellt sind, wodurch die zeitliche Abfolge der Signale an den einzelnen Meßstellen verifizierbar ist. Aus der zeitlichen Abfolge der Signale an den einzelnen Meßstellen kann die Laufrichtung der hochfrequenten Teilentladung bestimmt werden. Durch Verlagerung der Meßstellen am Leiter kann eine sukzessiv genauer werdende Lokalisierung des Entstehungsortes der Teilentladungen erfolgen. Hierdurch wird eine wenigstens annähernde Lokalisierung des Fehlers erreicht. Am günstigsten ist es, wenn Meßstellen an den Enden der Anlage oder wenigstens an beiden Seiten der zu überwachenden Komponenten angeordnet werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ortung von Teilentladungen bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen und/oder Hochspannungsanlagen wird vorgeschlagen, wenigstens zwei Ankopplungseinheiten an im Abstand zueinander liegenden Meßstellen eines Leiters der Hochspannungsmaschine und/oder Hochspannungsanlage anzukoppeln. Das beim Auftreten von Teilentladungen entstehende Frequenzspektrum hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen wird durch die Ankopplungseinheiten aus dem Leiter ausgekoppelt und zu einer Auswerteeinrichtung geleitet. In der Auswerteeinrichtung wird die zeitliche Abfolge der von jeder Ankopplungseinheit ausgekoppelten Schwingung verglichen, wodurch die Laufrichtung der Teilentladungen bestimmt wird. Aus der Laufrichtung kann eine Lokalisierung der Fehlerquelle erfolgen. Vorzugsweise werden die Oszillogramme der Schwingungen an den Meßstellen paarweise verglichen.

Durch geeignete Vorversuche kann die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen in den einzelnen Teilbereichen des Systems ermittelt werden. Die Kenntnis der Fortpflanzungsgeschwindigkeit kann zu einer qualitativen Auswertung der Laufzeitmessungen herangezogen werden.

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Vorzugsweise werden wenigstens drei Ankopplungseinheiten an die Leiter angekoppelt, da hierdurch die Bestimmung der Ausbreitungsrichtung und damit die Ortung von Teilentladungen vereinfacht wird. Die Ankopplungseinheiten sind vorzugsweise äquidistant zueinander anzuordnen, so daß der Fehlerentstehungsort in Kenntnis der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen im Leiter einfacher festlegbar ist.

Die Schwingungen werden am Entstehungsort in den Leiter eingeleitet. Sie breiten sich innerhalb des Leiters in allen Richtungen aus. Die Ankopplungseinheiten werden aufeinanderfolgend in Längsrichtung eines Leiters angeordnet. Es kann nicht zuverlässig festgestellt werden, ob die Fehlerentstehungsstelle vor oder hinter einer Meßstelle liegt, die einen äußeren Rand eines Meßintervalls bildet. Unter einem Meßintervall ist eine Strecke des Leiters zu verstehen, die durch die Meßpunkte begrenzt wird. Um den Ort des Fehlers eindeutig bestimmen zu können, wird daher vorgeschlagen, die Einkopplungseinheit, die im Vergleich zu anderen Ankopplungseinhei-0 ten zeitlich zuletzt Schwingungen registriert hat zwischen zwei benachbarten Ankopplungseinheiten die die Schwingungen früher registrierten, zu positionieren. Hierdurch kann besonders leicht entschieden werden, ob der Fehlerort innerhalb des Meßintervalls liegt.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem vor die Meßstelle der Ankopplungseinheit, die die Schwingungen als die erste registrierte eine Ankopplungseinheit an einer vor dieser Meßstelle liegenden zusätzlichen Meßstelle angeordnet wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schema einer gekapselten Ableitung eines

Kraftwerks,

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Figur 2 schematisch die Anordnung einer Meßschaltung und

Figur 3 Oszillogramme an den einzelnen Meßstellen.

In der Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Wassersammelr,ing bezeichnet. An dem turbinenseitigen und erregerseitigen Wassersammeiring 1 der Ständerwicklung ist jeweils ein Meßpunkt TS bzw. ES angeordnet, an den Schwingungen ausgekoppelt werden. An der Leitung 2 sind drei mobile Meßpunkte MPl, MP2 und MP3 angeordnet. Ein stationärer Meßpunkt AKV ist ebenfalls an der Leitung 2 angeordnet. An den einzelnen Meßpunkten werden die bei Teilentladungen entstehenden Schwingungen ausgekoppelt.

Die Anordnung der Auskopplungseinheiten 16, 17, 18 für eine Auskopplung von Schwingungen aus einem Leiter 2 ist in der Figur 2 schematisch dargestellt. In jeder Anschlußleitung 3, 4, 5 ist jeweils ein Filter 6, 7, 8 angeordnet. Bei den Filtern handelt es sich jeweils um ein 3 0 kHz-Filter. Die Langer der Leitungen 3, 4 und 5 sind jeweils gleich. Mit gleich langen Erdkabeln 9, 10 und 11 werden jeweils die Signalausgänge der Hoch-Paß-Filter 6, 7 und 8 an einem zentralen Erdpunkt geerdet. Jeder Filter 6, 7 und 8 ist über eine Koaxialleitung 13, 14 und 15 mit einem nicht dargestellten Speicheroszilloskop verbunden. Bei der Meßschaltung nach Figur 2 wird ein dreikanaliges Speicheroszilloskop verwendet. Die Koaxialleitungen 13, 14 und 15 sind vorzugsweise gleich lang.

Durch gleichzeitige Aufzeichnung der Schwingungsimpulse an 0 der Meßstelle AKV und am Meßpunkt MPl ist eine sichere Zuordnung für die Signalverfolgung gewährleistet. Gleiches gilt auch für die weiteren Meßpunkte, insbesondere die Meßpunkte TS und ES an den Wassersammeiringen 1 des Generators.

Die Ortung einer Fehlerquelle wird anhand zeitlich hochaufgelöster Impulsoszillogramme, bei denen jeweils zwei Meßstellen gleichzeitig dargestellt sind, durchgeführt. Aus dem Impuls-

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oszillogramm ist die Signalzeitfolge erkennbar. In der Figur 3a ist das Impulsoszillogramm an der Meßstelle MPl und an der Meßstelle AKV dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Entladungen den Meßpunkt MPl zuerst erreichen. Im Generator selbst treffen die Teilentladungsimpulse mit hoher Amplitude auf den erregerseitigen Wassersammeiring bevor sie später am turbinenseitigen Wassersammeiring ankommen. Die Teilentladungsimpulse auf dem erregerseitigen Wassersamme1ring sind in der Figur 3d an der Meßstelle ES dargestellt. Die Erregung an der Meßstelle TS, die turbinenseitig am Wasserring angeordnet ist, ist ebenfalls aus der Figur 3d ersichtlich. Die qualitativen Unterschiede hinsichtlich der Erregeramplitude resultieren aus Dämpfungen zwischen den beiden Meßstellen ES und TS. Aus der zeitlichen Reihenfolge der gemessenen teilentladungsbedingten Impulse kann geschlossen werden, daß die Fehlerquelle sich im erregerseitigen Wickelkopfbereich des Generators befindet. Durch eine Verlagerung der Meßstellen vor die Meßstelle ES kann eine genauere Eingrenzung des Fehlerortes erreicht werden.

Die Erfindung eignet sich besonders für große Generatoren, inbesondere mit wassergekühlten Ständerwicklungen, mit einer Leistung von z. B. 1000 MVA und mehr.

Claims (15)

GR 95 G 3813 DE *· .·" . &Iacgr; &Iacgr; .*..:"*« Schut zansprüche

1. Vorrichtung zur Ortung von Teilentladungen bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen und/oder Hochspannungsanlagen umfassend wenigstens zwei Ankopplungseinheiten (16, 17, 18), die an im Abstand zueinander liegenden Meßstellen (MPl, MP2, MP3, ES, TS, AKV) eines Leiters (2) der Hochspannungsmaschine und/oder Hochspannungsanlage angekoppelt sind und ein beim Auftreten von Teilentladungen entstehendes Frequenzspektrum hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen auskoppeln, und

eine mit jeder Ankopplungseinheit (16, 17, 18) elektrisch verbundene Auswerteeinrichtung, die die zeitliche Abfolge der von jeder Ankopplungseinheit (16, 17, 18) ausgekoppelten Schwingungen registriert und/oder korreliert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplungseinheiten (16, 17, 18) mit der Auswerteeinrichtung über gleichlange elektrische Leiter (13, 14, 15) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter (13, 14, 15) ein Koaxialkabel ist. 25

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch ge kennzeichnet, daß jede Ankopplungseinheit (16, 17, 18) jeweils ein Filter (6, 7, 8) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (6, 7, 8) ein Hoch-Paß-Filter, vorzugsweise ein 30 kHz Hoch-Paß-Filter, ist.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Hoch-Paß-Filters galvanisch frei ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (6, 7, 8) über gleichlange Leitungen (9, 10, 11) an einem gemeinsamen Punkt (12) geerdet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit ein Speicheroszilloskop umfaßt, das Impulsoszillogramme wenigstens zweier Meßstellen (MPl, MP2, MP3, ES, TS, AKV) gleichzeitig darstellt.

9. Verfahren zur Ortung von Teilentladungen bei dynamoelektrischen Hochspannungsmaschinen und/oder Hochspannungsanlagen bei dem wenigstens zwei Ankopplungseinheiten (16, 17, 18) an im Abstand zueinander liegenden Meßstellen (MPl, MP2, MP3, 0 ES, TS, AKV) eines Leiters (2) der Hochspannungsmaschine und/oder Hochspannungsanlage angekoppelt werden, die ein beim Auftreten von Teilentladungen entstehendes Frequenzspektrum hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen auskoppeln und zu einer mit jeder Ankopplungseinheit (16, 17, 18) elektrisch verbundenen Auswerteeinrichtung leiten, die die zeitliche Abfolge der von jeder Ankopplungseinheit (16, 17, 18) ausgekoppelten Schwingungen registriert und/oder korreliert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem Impulsoszillogramme der Schwingungen an den Meßstellen (MPl, MP2, MP3, ES, TS, AKV) paarweise verglichen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen im Leiter (2) kalibriert wird.

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12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem wenigstens drei Ankopplungseinheiten (16, 17, 18) an den Leiter (2) angekoppe1t werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Ankopplungseinheiten (16, 17, 18) aquidistant zueinander angeordnet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine Ankopplungseinheit, die im Vergleich zu anderen Ankopplungseinheiten zeitlich zuletzt Schwingungen registriert hat, zwischen zwei benachbarte Ankopplungseinheiten, die die Schwingungen früher
registrieren, angeordnet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem vor der Meßstelle der Ankopplungseinheit, die die Schwingungen als erste registriert,
eine Ankopplungseinheit an einer vor dieser Meßstelle
liegenden zusätzlichen Meßstelle angeordnet wird.