Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

К вопросу создания системы мониторинга электрических машин и аппаратов по их техническому состоянию
 

К вопросу создания системы мониторинга электрических машин и аппаратов по их техническому состоянию

Завидей В.И.,и др.

 

 

Рассмотрена возможность применения многопараметрической системы контроля в задачах создания системы предупредительного обслуживания электрических ма­шин. Многопараметрическим анализатором электрических цепей определяются основные электрические параметры обмоток электродвигателей, трансформато­ров, соленоидов. Помимо традиционных можно выполнить измерения индуктивно­сти, ёмкости, фазового угла и частотной характеристики обмоток, что позволяет однозначно выявить наиболее распространённые и значимые дефекты статорных и роторных обмоток асинхронных и синхронных электродвигателей в отключенном состоянии. На работающих электродвигателях проводят спектральный анализ токов статорных обмоток, а также вибрационный и тепловизионный контроль. Эти мето­ды в совокупности дают возможность судить о техническом состоянии (ТС) объек­та контроля и могут служить основой для создания системы обслуживания электри­ческих аппаратов по ТС.

 

Ключевые слова: диагностика, электрические машины, дефект, спектральный анализ, температура, вибрации, замыкание и обрыв витков, электрическая изоляция.

 

Силовые трансформаторы и элек­трические двигатели — главные составляющие в системах распределе­ния и потребления электроэнергии. Син­хронные и асинхронные электроприво­ды потребляют более половины элек­троэнергии, производимой в мире. Сило­вые трансформаторы конечных потре­бителей представляют наиболее много­численную группу электрических аппа­ратов, влияющих на стабильность энер­госнабжения предприятий и населения.

Сбои в электроснабжении и повреж­дения трансформаторов и электродви­гателей ведут к нарушению технологи­ческих процессов, повышению брака продукции, дополнительным затратам на восстановление и ремонт электриче­ских аппаратов. Аварийные режимы, как правило, сопряжены со значитель­ными экономическими издержками, особенно в ключевых отраслях произ­водства (энергетике, нефтегазодобы­че, металлургии, транспорте и пр.).

Оперативному диагностированию ТС электрических машин в рабочих ре­жимах или при кратковременных оста­новах уделяется большое внимание. Однако из-за огромного парка машин диагностирование ограничивается тепловизионным контролем и измерением вибрационных характеристик находя­щихся в работе электродвигателей. Та­кие процедуры позволяют обнаружи­вать дефекты уже на поздней стадии развития.

В этой связи создание систем мони­торинга и обслуживания электрического оборудования по ТС - актуальная про­блема современной энергетики. Для её решения необходимо создание мето­дов одновременного контроля ком­плекса характеристик и разработка со­ответствующих измерительных систем, позволяющих с высокой вероятностью определять ТС аппаратов за счёт ран­него обнаружения зарождающихся дефектов.

Измерительные системы и мето­ды диагностики электрооборудования можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся методы тестовой диагностики, для ко­торых необходимо формирование ис­кусственных возмущений, воздей­ствующих на изучаемый объект. Во вторую группу входят методы опе­ративной диагностики, фиксирующие возмущения в процессе работы. Каж­дая группа в свою очередь делится на две последующие, которые представ­ляют собой методы, позволяющие обнаружить неисправность электро­оборудования в целом и выявляющие конкретную неисправность или дефект.

Тестовая диагностика — основной вид обнаружения дефектов электро­оборудования в отечественной энер­гетике. С её помощью определяется структура технического обслуживания и ремонта (ТОиР) по регламенту. По­добный подход может способствовать возникновению дефектов в исправных аппаратах. Так, при плановых ремонтах электрические машины подвергаются высоковольтным испытаниям, которые вызывают увеличение в обмотке час­тичных разрядов и микродефектов, развивающихся в последующий период работы машины.

Для перехода с ТОиР по регламенту на ТОиР по фактическому состоянию необходимо применение методов диаг­ностики, относящихся не только к категории функциональных, но и позволяю­щих выявлять дефект конкретной части электрооборудования.

Разработки и исследования послед­них лет в России и за рубежом в части развития методов и средств контроля, а также анализа текущего ТС элек­тродвигателей позволяют реализовать технологию обслуживания «по состоя­нию» — актуальную для российской энергетики и промышленности [1, 2]. В этом случае ТОиР производятся в за­висимости от реального ТС электриче­ских машин, контролируемых в процес­се эксплуатации. При этом затраты на ТОиР электрических машин многократ­но снижаются по сравнению с обслужи­ванием по системе планово-предупре­дительных ремонтов.

В электрических машинах наиболее часто повреждаются обмотки статоров (37 %) и роторов (9 %). В целях их диагностирования предложен ряд ме­тодов, например, контроль пускового тока статора для обмоток ротора короткозамкнутого асинхронного элек­тродвигателя. В некоторых работах, например [3], ТС электродвигателя оценивается по гармоническим состав­ляющим тока статора. В работах [4, 5] стержни короткозамкнутого ротора асинхронных электродвигателей диагно­стируются посредством пульсаций обобщённого вектора тока статора на работающем двигателе.

Наряду с преимуществами, спек­тральные методы анализа тока электри­ческих машин имеют и недостатки, к которым можно отнести возможные ошибки в определении ТС, возника­ющие из-за качества электрической энергии питающей сети, влияния через сеть близко расположенных потребите­лей с дефектными аппаратами и мощ­ными коммутационными устройствами. Важную роль в обеспечении надёжной работы электродвигателей и их диаг­ностировании играет уровень пере­напряжений, наличие в сети высокочас­тотных гармоник тока и напряжения, небаланс фаз.

Согласно объёмам и нормам испы­таний [6], ТС электродвигателей опре­деляется измерениями сопротивления изоляции, сопротивлений обмоток по­стоянному и переменному току, а так­же результатами высоковольтных испы­таний на отключенном двигателе. На работающих электродвигателях изме­ряют токи статорных обмоток, а также выполняют вибрационный и тепловизионный контроль. Эти методы полезны на работающем оборудовании, но дают информацию в стадии достаточно развитых дефектов.

Для получения исчерпывающей ин­формации о состоянии электрических аппаратов требуется проведение мно­жества разнородных контрольно-измерительных операций и использование значительного числа измерительных приборов. Подобные измерения до­вольно трудоёмки, для их проведения требуется привлечение широкого круга специалистов, поэтому они оператив­ным персоналом в полной мере, как правило, не выполняются.

Анализ тенденций развития в области технической диагностики электродви­гателей указывает на два основных направления. К первому относятся ме­тоды и средства, используемые при профилактических испытаниях и ре­монтах (т. е. на неработающих элек­тродвигателях), которые позволяют выявлять электрические повреждения цепей и статорных обмоток. Второе на­правление — методы, применяемые на работающих электродвигателях и по­зволяющие судить о наличии дефектов определенного типа, например, дефек­тов подшипников, изоляции статорной обмотки и пр.

Анализ развиваемых в последние годы интегрированных систем диагно­стики ТС электродвигателей показыва­ет, что наиболее эффективными пред­ставляются подходы, связанные с од­новременным получением возможно более полной информации о наличии дефектов на отключённых двигателях (статические испытания) и находящихся в работе (динамические испытания). Совпадение результатов, полученных в результате статических и динамиче­ских испытаний даёт возможность по­лучить более надёжную информацию о характере дефектов. Этому способ­ствует также определение неэлектри­ческих параметров — температуры и вибрации.

Указанные возможности впервые реализованы в приборе, называемом «анализатором цепей двигателей», и в «системе динамического анализа двига­телей», производимых корпорацией PdMA (США). Многопараметрическая система контроля ALL Test PRO IV дви­гателей в отключенном состоянии ори­ентирована на выявление наиболее ве­роятных дефектов, позволяет выпол­нять оперативный анализ значимости дефектов и давать заключение о необ­ходимости проведение ремонта или за­мены двигателя. Следует отметить, что ТС оценивается по ряду параметров ус­тановленных в [6], которые практически идентичны критериям, разработанным институтами EPRI (The Electric Power Research Institute USA) и IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

В данных устройствах предусмотре­но использование программного обес­печения для анализа данных измерений и формирования базы обследуемых объектов, что позволяет получать вре­менные зависимости изменений пара­метров контроля. Технология и систе­мы диагностики ориентированы на об­наружение наиболее повреждаемых элементов и узлов двигателей, а также связанных с ними элементов выключа­телей, кабелей питания или преобра­зователей.

Важнейшие параметры контроля по предлагаемой технологии диагностики для электрических аппаратов, выведен­ных из работы — сопротивление изо­ляции, сопротивление обмоток посто­янному току, комплексное сопротив­ление, индуктивность обмоток, фазовый угол между напряжением и током, отношение токов на основной и удвоенной частоте. Выбор параметров контроля производится с некоторой избыточностью, при этом повышается чувствительность обнаружения харак­терных дефектов обмоток электри­ческих аппаратов. Кроме того, избы­точность параметров контроля обу­словливает новое качество контрольных операций, при которых не требуются заранее известные (в том числе и пас­портные) данные об объекте контроля.

Рассмотренные подходы применимы как к трансформаторам, так и к элек­тродвигателям, поскольку последние, по существу, и есть трансформаторы с вращающейся вторичной обмоткой и увеличенным магнитным сопротивлени­ем. Упрощенную эквивалентную схему замещения контролируемой цепи для одной фазы рассматриваемых машин и аппаратов можно представить в виде двух обмоток, связанных взаимной маг­нитной индукцией. Основные параметры подобных цепей — актив­ные сопротивления обмоток, их индук­тивности, сопротивления изоляции и ём­кости. При промышленной частоте эти параметры можно принять как сосре­доточенные и не рассматривать волно­вые процессы, которые наблюдаются при частотах, значительно превыша­ющих промышленную частоту. Реак­тивные элементы такой цепи создают фазовый сдвиг между током и напря­жением, а также зависимость проте­кающего тока от частоты.

Статистика повреждений электродви­гателей и силовых трансформаторов показывает, что наиболее распростра­нены дефекты контактных соединений кабельных линий питания или регулятора напряжения, замыкание или обрыв вит­ков обмоток, ухудшение сопротивле­ния изоляции обмоток. Для асинхрон­ных электродвигателей наиболее час­тые дефекты возникают во вводных контактных соединениях обмотки ста­тора, а также при обрывах или ухудше­нии пайки элементарных проводников обмотки ротора. Указанные дефекты приводят к изменению активного со­противления, индуктивности, ёмкости (и связанного с ними комплексного сопротивления), а также температуры или к появлению вибраций.

 

Список литературы

1.      Гашимов М.А., Гаджиев Г.А., Мирзоева С. М. Диагностирование не­исправностей обмотки статора электриче­ских машин // Электрические станции. 1998. № 11. С. 30 - 35.

2.      Гармаш В.С. Метод контроля ис­правности стержней ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя / / Энер­гетика. 1990. № 10. С. 50 - 52.

3.      Петухов В. Спектральный анализ модулей векторов парка тока и напряже­ния // Новости электротехники. 2008. № 1(49).

4.      Лукьянов М.М. Новые принципы виброакустической диагностики изношен­ного силового электрооборудования // Электрика. 2001. № 2.

5.      Еремеев С.Н. Профилактическое обслуживание электродвигателей высоко- нагруженного технологического обору­дования // Электрика. 2001. № 3.

6.      РД 34.45-51.300-97. Объём и нор­мы испытаний электрооборудования. — М.: РАО «ЕЭС России», 1997.

 

 

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Завидей В.И.,и др. К вопросу создания системы мониторинга электрических машин и аппаратов по их техническому состоянию. Энергетик, №  12,  2012.– С.15-18.
Материал размещен на www.transform.ru: 24.01.2013 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????