ИЭРЭТУ_8
.pdf9 ДИАГНОСТИКАЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И
ТРАНСФОРМАТОРОВ
9.1 Состав и функционирование диагностических систем
Техническое диагностирование в соответствии с ГОСТ 25718-87 «Диагностирование изделий. Общие требования» должно обеспечи-
вать решение следующих задач:
определение технического состояния оборудования;
поиск места отказа или неисправности;
прогнозирование технического состояния оборудования.
Для работы системы диагностики необходимо установить ее критерии и показатели, а оборудование должно быть доступным для проведения необходимых измерений и испытаний.
Основными критериями системы диагностики являются точ-
ность и достоверность диагностики, а также технико-экономические критерии. Критерии точности и достоверности практически не отли-
чаются от аналогичных критериев оценки приборов и методов ис-
пользованных при проведении любых измерений, а технико-
экономические критерии включают в себя объединенные материаль-
ные и трудовые затраты, продолжительность и периодичность диаг-
ностирования.
В качестве показателей системы диагностики в зависимости от решаемой задачи используют либо наиболее информативные па-
раметры оборудования, позволяющие определить или прогнозировать
его техническое состояние, либо глубину поиска места отказа или не-
исправности.
В состав диагностической информации могут входить паспорт-
ные данные оборудования; данные о его техническом состоянии на начальный момент эксплуатации; данные о текущем техническом со-
стоянии с результатами измерений и обследований; результаты рас-
четов, оценок, предварительных прогнозов и заключений; обобщен-
ные данные по парку оборудования.
Средства технической диагностики должны обеспечивать на-
дежное измерение или контроль диагностических параметров в кон-
кретных условиях эксплуатации оборудования. Надзор за средствами технической диагностики обычно осуществляется метрологической службой предприятия.
Различают четыре возможных состояния оборудования: ис-
правное (отсутствуют любые повреждения), работоспособное
(имеющиеся повреждения не мешают работе оборудования в данный момент времени), неработоспособное (оборудование выводится из эксплуатации, но после соответствующего технического обслужива-
ния может работать в одном из предыдущих состояний), предельное
(на этом этапе принимается решение о возможности дальнейшей экс-
плуатации оборудования после ремонта, либо о его списании).
В зависимости от сложности и изученности оборудования ре-
зультаты диагностики в виде заключений и рекомендаций могут быть получены либо в автоматическом режиме, либо после соответ-
ствующей экспертной оценки данных, полученных в результате диаг-
ностики оборудования.
Техническое обслуживание и ремонт в этом случае сводятся к устранению повреждений и дефектов, указанных в заключении по данным технического диагностирования или к нахождению места от-
каза.
Структурно система технической диагностики является инфор-
мационно-измерительной системой и содержит датчики контроли-
руемых параметров, либо связи с блоком сбора информации, блок обработки информации, блоки вывода и отображения информации,
исполнительные устройства, устройства сопряжения с другими ин-
формационно-измерительными и управляющими системами (система противоаварийной автоматики). Система технической диагностики может проектироваться как самостоятельная, так и в качестве подсис-
темы в рамках уже существующей информационно-измерительной системы.
9.2 Диагностика электрических машин
Основные дефекты электрических машин. К наиболее часто встречающимся дефектам и их проявлениям, характерным для основ-
ных элементов конструкции крупных машин можно отнести следую-
щие.
Сердечник статора:
повреждение межлистовой изоляции, вызывающее местные пе-
регревы;
ослабление прессовки, вызывающее вибрацию пластин стали с повреждением межлистовой изоляции; распушение крайних пакетов,
вызывающее излом листов;
изменение формы статора гидрогенераторов из-за ослабления стыковки секторов статора, что может привести к касанию ротора и статора.
Обмотка статора:
ослабление крепления стержней в пазу, вызывающее истирание изоляции стержня;
повреждение полупроводящего покрытия стержня, вызывающее появление частичных разрядов; расслоение изоляции, вызывающее ее ускоренное старение;
нарушение изоляции элементарных проводников, вызывающее увеличение циркуляционных токов и местный перегрев обмотки;
ослабление крепления лобовых частей, вызывающее истирание изоляции, смещение проводников и повышенную вибрацию лобовых частей;
загрязнение, замасливание и увлажнение изоляции, взывающее снижение электрической прочности изоляции;
трещины в изоляции, приводящие к снижению ее электрической прочности.
Система непосредственного охлаждения:
закупорка каналов непосредственного охлаждения, приводящая к местным перегревам обмотки;
нарушение герметичности, приводящее к появлению дистиллята внутри корпуса и увлажнению изоляции.
Ротор:
трещины в различных частях ротора турбогенератора или валу гидрогенератора, приводящие к повышенным вибрациям на оборот-
ной частоте и изменению фазы вибрации;
нарушение целостности бандажных колец и клиньев обмотки ротора, приводящее к повышенным вибрациям.
Обмотка возбуждения:
повреждение корпусной изоляции и витковые замыкания, при-
водящие к повышенным вибрациям на оборотной частоте и появле-
нию подшипниковых токов;
износ полых проводников при водяном охлаждении, приводя-
щий к тепловому небалансу ротора и повышенным вибрациям.
Воздушный зазор (для гидрогенераторов и крупных асинхрон-
ных двигателей):
Изменение формы зазора и соосности сердечников статора и ро-
тора, приводящее к асимметрии тока в параллельных ветвях и к воз-
можному задеванию ротора о статор с последующим разрушением последних.
Подшипники и подпятники:
нарушение изоляции, приводящее к появлению подшипниковых токов и повышенному нагреву подшипников;
износ рабочих поверхностей и перекосы, которые также приво-
дят к увеличению температуры и уровня вибрации.
Уплотнения вала ротора (для турбогенераторов в водяным ох-
лаждением):
износ уплотнений или их повреждение, приводящее к увеличе-
нию расхода водорода и попаданию масла внутрь корпуса;
перекос уплотнений, приводящий к их повышенному нагреву.
Средства и методы контроля состояния отдельных узлов.
Сердечник статора. Ослабление прессовки сердечника приводит к его повышенной вибрации, которая контролируется специальными датчиками, установленными на корпусе машины. Повреждение лис-
товой изоляции приводит к местным перегревам, которые контроли-
руются либо термодатчиками, установленными в активной стали ста-
тора, либо тепловизорами, либо с помощью специальных термоинди-
каторных покрытий.
Обмотка статора. Контроль теплового состояния обмотки осуществляется либо с помощью встроенных датчиков температуры,
либо с помощью тепловизоров, либо путем химического анализа ох-
лаждающего газа, в котором находятся продукты термического раз-
ложения изоляции.
Контроль состояния изоляции осуществляется анализаторами частичных разрядов, измеряющими интенсивность частичных разря-
дов. Существующие анализаторы позволяют распознать следующие дефекты обмотки статора: ослабление крепления обмотки в пазу, по-
вреждение полупроводящего покрытия, расслоение или плохая про-
питка изоляции, отслоение меди от корпусной изоляции, существен-
ный износ изоляции, ослабление крепления обмотки.
Воздушный зазор. Контроль воздушного зазора осуществляется с помощью систем оптического контроля, имеющих точность 0,5 мм при пределе измерения 40 мм. С помощью таких систем, имеющих
датчики на статоре и роторе, удается выявить радиальные колебания статора, неравномерное расширение статора при нагревании, дина-
мические изменения воздушного зазора при изменениях режима ра-
боты и биение вала.
В последнее время широко используются системы контроля воздушного зазора гидрогенераторов на базе емкостных датчиков.
Они проще оптических и позволяют обойтись только датчиками, ус-
тановленными на статоре.
Подшипники и подпятники. Для определения состояния под-
шипников осуществляется непосредственный (путем установки дат-
чиков на баббитовых вкладышах) или косвенный (измерение темпе-
ратуры масла на входе и выходе в подшипник) тепловой контроль, а
также контроль вибрации.
Системы вибродиагностики позволяют получать достоверную информацию о наличии таких дефектов: разбалансировка ротора, не-
соосность вала, неравномерность воздушного зазора, дефекты уплот-
нений, трещины в роторе, структурные резонансы и ряд других.
9.3 Диагностика трансформаторов
Магнитопровод. При наличии дефекта в межлистовой изоляции возможны перегревы, вызываемые вихревыми токами или токами в короткозамкнутых контурах, образованных в результате нарушения изоляции массивных деталей остова и активной стали. В случае кон-
денсации влаги на поверхности масла она попадает на верхнее ярмо,
проникает между пластинами активной стали в виде водомасляной эмульсии, разрушает межлистовую изоляцию и вызывает коррозию стали. По этим причинам ухудшается состояние масла (понижается температура вспышки, повышается кислотность) и увеличиваются потери холостого хода.
Обмотки. Наиболее характерным видом повреждений в обмот-
ках является витковое замыкание. Причиной его может быть разру-
шение изоляции из-за старения вследствие ее естественного износа или из-за продолжительных перегрузок трансформатора при недоста-
точной охлаждении обмоток. Нарушение изоляции витков может произойти также вследствие механических повреждений при корот-
ких замыканиях. Признаками витковых замыканий являются сраба-
тывание газовой защиты, повышенный нагрев, различие в сопротив-
лениях фаз постоянному току и т.д.
На трансформаторах мощность от 1000 кВ·А устанавливается газовое реле, срабатывание которого происходит в результате выде-
ления внутри трансформатора разов из-за разложения масла, вызван-
ного указанными повреждениями. О причинах срабатывания газовой защиты и о характере повреждения можно судить по результатам хи-
мического анализа скопившегося в реле газа, который позволяет вы-
явить повреждения на ранней стадии их возникновения и в ряде слу-
чаев оперативно их устранить.
В настоящее время установлены связи между выделяемыми в масло газами и причинами их появления. Выделение водорода (Н2)
свидетельствует о наличии в трансформаторе искровых и дуговых частичных разрядов, ацетилена (С2Н2) – о наличии электрической ду-
ги и искрения, этилена (С2Н4) – о местных нагревах масла и бумажно-
масленой изоляции выше 873 К, метана (СН4) – о местных нагревах изоляции в диапазоне 673…873 К, этана (С2Н6) – о местных нагревах масла и изоляции в диапазоне 573…673 К, оксида и диоксида углеро-
да (СО, СО2) – о старении и увлажнении масла и твердой изоляции,
диоксида углерода – о нагреве твердой изоляции.
Кроме указанных газов в масле может содержаться кислород
(воздух), наличие которого свидетельствует о нарушении герметич-
ности трансформатора, и вода, наличие которой приводит к ухудше-
нию изоляционных свойств трансформаторного масла.
Принцип действия существующих установок непрерывной ди-
агностики основан на измерении объема всех растворенных в масле газов или на определении его объемного сопротивления (по величине
, на которую влияют продукты старения масла, можно судить в ве-
личине его ). Для герметичных трансформаторов и высоковольт-
ных маслонаполненных вводов используются установки, работающие по принципу измерения давления и температуры масла. Снижение давления ниже нормы свидетельствует о наличии течи масла, а по-
вышение давления и (или) температуры – о внутреннем повреждении в трансформаторе или вводах. Скорость изменения контролируемых параметров свидетельствует о степени серьезности повреждения.
10 ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
10.1 Техническое обслуживание электрических машин
В процессе эксплуатации важное место занимает техническое обслуживание машин перед вводом в эксплуатацию, в процессе рабо-
ты и после остановки, плановое проведение ремонта и профилактиче-
ские (межремонтные) испытания.
Профилактические испытания позволяют обнаружить неисправ-
ности, которые не всегда можно выявить во время осмотра, посколь-
ку они не имеют внешних проявлений. При этих испытаниях прове-
ряют сопротивления изоляции обмоток электрических машин и пус-
корегулирующей аппаратуры, правильность срабатывания защиты машин напряжением до 1000 В сетях с заземленной нейтралью и уст-
ройств защитного отключения.
Выбор мегомметров при проверке сопротивления изоляции электрических машин осуществляется следующим образом: для из-
мерения сопротивления изоляции обмоток машин постоянного тока и обмоток статора машин переменного тока напряжением до 1 кВ сле-
дует пользоваться мегомметром класса напряжения 1000 В, для изме-
рения сопротивления изоляции обмоток ротора машин переменного тока напряжением до 1 кВ – мегомметром класса напряжения 500 В.
Для измерения сопротивления изоляции обмоток машин переменного тока, имеющих напряжение свыше 1 кВ, следует использовать ме-
гомметры класса напряжения 2500 В.
Типовой объем работ по техническому обслуживаю электриче-
ских машин включает в себя:
ежедневный контроль за выполнением правил эксплуатации электрических установок потребителей и инструкций завода-
изготовителя (контроль за нагрузкой, температурой отдельных узлов