ИЭРЭТУ_8

9 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-

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