Диагностика электрических машин
Чтобы удовлетворить текущие потребности промышленных предприятий необходим регулярный технический осмотр машин и оборудования и быстрая идентификация отказов. Очень часто даже простая настройка параметров машины может привести к значительному снижению таких факторов, как механические вибрации, напряжение, аномалия в источнике питания, которые могут быть вредными для всего устройства.
Специальные компании, состоящие из людей с большим опытом работы в различных областях и уникальное оборудование позволяет проводить точную диагностику промышленного оборудования (работу инверторов, двигателей, шестерней, вентиляторов или насосов и т. д). Современные методы диагностики состоят в основном анализе корневой причины проблемы, который позволяет быстро определить реальную причину неисправности устройства или системы до начала процесса устранения неисправностей или ремонта.
Специалистами ООО «АСМАРТ» Украина, проводится диагностика промышленного оборудования
Измерение вибрации
Контроль вибрации позволяет оценить состояние оборудования, в частности: состояние подшипника, выравнивание, балансировку, состояние фундамента.
Современные измерительные приборы облегчают:
- измерение интенсивности механических вибраций, которое определяет состояние механизмов, основанных на общей величине вибрации,
- Анализ спектра FFT, который позволяет точно оценивать причины чрезмерной вибрации,
- Двухканальное синхронное измерение, позволяющее представить вибрации в виде графика
Измерения механических колебаний и балансировки вращающихся машин (особенно вентиляторов) происходят на месте. Установка машины выполняется с помощью лазерных инструментов.
Измерение электрических параметров
Анализ сигналов тока и напряжения облегчает:
Проверку состояния механизмов наряду с переходными состояниями и симметрией при работе, оценке качества, помех и влияния отдельных устройств.
Измерения теплового изображения
Измерение инфракрасной камерой позволяет визуализировать температурное поле объекта, что позволяет находить места повышенной температуры, указывающие на повреждение, отсутствие изоляции или плохие электрические соединения.
Изоляция обмоток
Измерение изоляции считается одной из основ метрологии электрических машин. Чтобы обнаружить дефекты изоляции и их причины, необходимо использовать соответствующие методы измерения:
Измерение сопротивления изоляции, определение коэффициентов поглощения и поляризации, измерение изоляции с помощью восстановления постоянного напряжения.
Измерения сопротивления с использованием четырехточечного метода и моста
- Измерения сопротивления обмотки,
- измерения сопротивления датчика.
Профилактическая диагностика
Диагностические службы позволяют не только быстро и точно определять источники неправильной работы машины, но также помогают принимать необходимые ремонтные работы при нормальной эксплуатации. Периодические измерения облегчают прогнозирование потенциальных сбоев, а также оценку степени износа ключевых элементов устройства.
Непрерывный мониторинг машин и оборудования также позволяет продлить время между простоями. Инспекции проводятся в соответствии с требованиями техники, а не по графику (т. е. ежеквартально или ежегодно).
Протоколы и отчеты
После проведения измерений и тщательного анализа результатов, составляются протоколы и отчеты, содержащие конкретные выводы и рекомендации для пользователей.
На данном ресурсе размещаются новости альтернативной и возобновляемой энергетики в мире. Освещаются основные события более чем в 200-х странах мира, в том числе в России, Украине и других странах советского пространства.
Возобновляемая энергетика – совокупность способов использования неисчерпаемых природных ресурсов для получения электроэнергии или других форм энергии. Большинство возобновляемых источников являются альтернативными, то есть они не связаны с использованием топливных полезных ископаемых.
Больше всего на сайте рассматривается новости ветряной и солнечной энергии, как наиболее развитые и перспективные способы использования возобновляемой энергии в мире. Также освящаются события гидроэнергетики, геотермальной энергетики, энергии океана, рассматриваются новые способы получения возобновляемой энергии.
Но затрагиваются и тесно связанные вопросы: развитие электромобилей, предотвращение загрязнение планеты, перенаселение Земли. Атомной энергетике уделено особое внимание, как наиболее спорному способу получения электроэнергии. Одни считают её полностью безопасным способом генерации энергии, другие – агитируют за прекращение работы АЭС. Наиболее важные статьи, описывающие общее состояние отрасли, структурированы в разделы, которые находятся в левом меню сайта.
Авторы сайта убеждены в том, что альтернативные и возобновляемые источники энергии станут решением двух главных проблем человечества. Во-первых, они станут источниками энергии будущего, когда топливные полезные ископаемые будут исчерпаны. Во-вторых, остановят выбросы углекислого газа и глобальное потепление.
Диагностика электрических машин и трансформаторов
Целью системы технической диагностики любого оборудования, в том числе электрических машин и трансформаторов, являете я определение фактического технического состояния оборудования для организации его правильной эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, а также выявление возможных неисправностей на раннем этапе их развития. Все виды затрат на функционирование системы технической диагностики должны быть минимизированы.
Плановая техническая диагностика проводится в соответствии с действующими нормами и правилами. Кроме того, она позволяет судить о возможности дальнейшей эксплуатации оборудования, когда оно отработало нормативный срок службы. Внеплановая техническая диагностика оборудования проводится в случае обнаружения нарушений его технического состояния. Если диагностика проводится во время работы оборудования, она называется функциональной.
В России и в других странах разработаны диагностические системы, основанные на различных физических и математических моделях, являющихся ноу-хау производителя. Поэтому детальное описание алгоритма и математического обеспечения таких систем в литературе, как правило, отсутствует.
В России созданием таких систем занимаются ведущие заводы—производители электрических машин и трансформаторов совместно с ведущими НИИ (ВНИИЭ, ВНИИЭлектромаш, ВНИИЭМ, ВЭИ и др.). За рубежом работы по созданию диагностических систем координируются научно-исследовательским институтом электроэнергетики Е PRI (США).
Диагностика электрических машин
Основные дефекты электрических машин.
Поскольку стоимость диагностических систем весьма велика, применять их целесообразно лишь для диагностирования крупных электрических машин (синхронных генераторов, компенсаторов и двигателей переменного тока), простой или отказ которых может привести к большому экономическому ущербу.
Поэтому рассмотрим наиболее часто встречающиеся дефекты и их проявления, характерные для основных элементов конструкции крупных машин.
Сердечник статора:
— повреждение межлистовой изоляции, вызывающее местные перегревы;
В 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 (ЧР); 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, вызывающее снижение электрической прочности изоляции;
— трещины в изоляции, приводящие к снижению ее электрической прочности.
Для машин с непосредственным водяным охлаждением весьма опасным дефектом является увлажнение изоляции из-за нарушения герметичности системы охлаждения, вызывающее пробой в зоне стержня на выходе из паза.
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 оборотной частоте и изменению фазы вибрации;
нарушение целости бандажных колеи и клиньев обмотки ротора, приводящее к повышенным вибрациям.
Обмотка возбуждения:
повреждение корпусной изоляции и витковые замыкания, приводящие к повышенным вибрациям на оборотной частоте и появлению подшипниковых токов;
износ полых проводников при водяном охлаждении, приводящий к тепловому небалансу ротора и повышенным вибрациям.
Воздушный зазор (для гидрогенераторов и крупных асинхронных двигателей):
изменение формы зазора или соосности сердечников статора и ротора, приводящее к асимметрии тока в параллельных ветвях и к возможному 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 приводят к увеличению температуры и уровня вибрации.
Уплотнения вала ротора (для турбогенераторов с водородным охлаждением):
износ уплотнений или их повреждение, приводящие к увеличению расхода водорода и попаданию масла внутрь корпуса; перекос уплотнений, приводящий к их повышенному нагреву.
Средства и методы контрой состояния отдельных узлов.
Сердечник статора.
Ослабление прессовки сердечника приводит к его повышенной вибрации, которая контролируется специальными датчиками, установленными на корпусе машины. Повреждение межлистовой изоляции приводит к местным перегревам, которые контролируются либо термодатчиками, установленными в актив ной стали статора, либо тепловизорами, либо с помощью специальных термоиндикаторных покрытий. Эти покрытия наносятся на поверхность критических по перегревам узлов машины, и при достижении предельной температуры выделяют определенные газы и аэрозоли, которые выявляют при химическом анализе охлаждающего газа. На разные узлы машины наносятся покрытия различного химического состава, что позволяет не только зафиксировать
местные перегревы, но и идентифицировать их источники. Кроме покрытий на опасные места могут устанавливаться термочувствительные «этикетки», изменяющие свой цвет при превышении порогового значения температуры места установки. Осмотр «этикеток» возможен только во время ревизии на остановленной машине.
Обмотка статора.
Контроль теплового состояния обмотки осуществляется либо с помощью встроенных датчиков температуры, либо с помощью тепловизоров, либо путем химического анализа охлаждающего газа, в котором находятся продукты термического разложения изоляции. По концентрации продуктов разложения можно судить о степени перегрева изоляции. Контроль за местными перегревами можно проводить с помощью нанесения термоиндикаторных покрытий или термочувствительных «этикеток».
Контроль состояния изоляции осуществляется анализаторами ЧР. измеряющими интенсивность частичных разрядов. Сигналы на анализатор поступают от емкостных датчиков связи, устанавливаемых под пазовым клином. Существующие анализаторы ЧР позволяют распознать следующие дефекты обмотки статора: ослабление крепления обмотки в пазу, повреждение полупроводящего покрытия, расслоение или плохая пропитка изоляции, отслоение меди от корпусной изоляции, существенный износ изоляции, ослабление крепления обмотки. В связи с высокой информативностью анализаторы ЧР получили широкое распространение в системах диагностики крупных электрических машин.
Частичные разряды приводят к появлению озона в охлаждающем газе. Большая концентрация озона свидетельствует о наличии частичных разрядов в изоляции, связанных с повреждением полупроводящего покрытия.
Воздушный зазор. Контроль воздушного зазора осуществляется с помощью систем оптического контроля, имеющих точность 0,05 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, динамические изменения воздушного зазора при изменениях режима работы 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, установленными на статоре.
Подшипники и подпятники. Для определения состояния подшипников осуществляется непосредственный (путем установки датчиков на баббитовых вкладышах) или косвенный (измерение температуры масла на входе и выходе подшипника) тепловой контроль, а также контроль вибрации.
Отдельно следует сказать о широко применяемых в настоящее время системах вибродиагностики. Эти системы позволяют получать достоверную информацию о наличии следующих дефектов: разбалансировка ротора, несоосность вала, неравномерность воздушного зазора, дефекты уплотнений, трещины в роторе, структурные резонансы и ряд других.
На базе комплекса методов выявления дефектов созданы автоматизированные системы контроля состояния крупных электрических машин. Так, созданная в России система СКДГ контролирует температуру, электрические и механические параметры и выдает предупредительные и аварийные сигналы при выходе измеряемых величин за допустимые пределы. Система имеет 120 каналов контроля, обрабатывает и сохраняет данные измерений и показатели режимов работы.
Наиболее универсальной в настоящее время считается разработанная по заказу EPR1 система HYDROSCAN (фирма «МСМ Enterprise Ltd», США). Система включает сканирующее устройство, являющееся по существу диагностической системой состояния статора и ротора гидрогенератора. Устройство состоит из комплекта датчиков, стабилизатора питания, телеизмерительной системы, управляющего контроллера и пульта управления. Измерение температуры на статоре производится со стороны ротора, а температуры ротора — со стороны статора.
Сканирование поверхности расточки статора производится датчиками 6, установленными на роторе в межполюсном пространстве. Имеется 14 полос измерения температуры, обегающих все пазы статора (соответствует 7056 точкам измерения температуры на сердечнике статора). Частота опроса по пазам составляет 1 кГц, чувствительность — PC на площади длиной 2,5 см и шириной, равной ширине зубца. 
Устройство диагностической системы HYDROSCAN.
1 — стабилизированный источник питания, 2 спицы ротора; 3 — полюса ротора; 4 — приемник сигналов датчиков, установленных на роторе; 5 — статор; 6 — линейка датчиков;
Развивающиеся повреждения стержней обмотки статора гидрогенератора, которые сопровождаются частичными разрядами в изоляции, определяются с помощью радиочастотных датчиков. Для получения большей чувствительности и точности фиксации места разряда эти датчики устанавливают на оси полюса. Кроме того, контроль за частичными разрядами ведется с помощью емкостных датчиков, встроенных в пазы статора.
Контроль величины воздушного зазора осуществляется двумя индуктивно связанными катушками, закрепленными в воздушном зазоре. Разрешающая способность измерений воздушного зазора составляет 0,64 мм. В зазоре измеряется также вращающаяся составляющая магнитною поля (по трем осям с помощью датчиков Холла), позволяющая выявить витковые замыкания в катушках статора.
Выявление ослабления пазовых клиньев, крепления лобовых частей и вибрации сердечника статора осуществляется путем анализа шума с помощью трех микрофонов, установленных в блоке датчиков. В блоке датчиков установлены также акселерометр для измерения вибрации ротора, устройство питания датчиков и оптоволоконное устройство передачи данных на приемник 4
Система диагностики (сканирующее устройство является ее частью) контролирует температуру воздуха в воздушном зазоре, состояние подшипников и щеточно-контактного аппарата.
Основным направлением развития систем диагностики является автоматизация.
Расположение датчиков в диагностической системе SUPER:
1 — датчики температуры обмотки статора; 2 — датчики температуры охлаждающей воды; 3 — датчик температуры охлаждающего воздуха; 4 — датчик температуры окружающего воздуха; 5 — емкостные датчики смешения; 6 — датчики вибрации на подпятнике (вибрации на оборотной частоте и частоте сети); 7—датчики вибрации (по двум осям в горизонтальной плоскости); 8 — датчики температуры корпуса Подшипников, масла и охлаждающей воды; 9 — датчики температуры масла и виброускорсния в подпятнике; 10 — датчики смешения; 11 — датчики вибрации вала: 12 — датчики положения направляющего аппарата; 13 — датчики состояния кольцевого уплотнения турбины
Примером автоматизированных систем может служить система SUPER, установленная на одной из канадских ГЭС. Система контролирует следующие характеристики основных узлов гидроагрегата.
Генератор:
измерение температуры обмотки статора (датчики 1), охлаждающей воды (датчики 2), охлаждающего (датчики 3) и окружающего (датчики 4) воздуха;
положение ротора относительно статора (датчики 5); напряжение и силу тока обмоток статора и ротора, активную и реактивную мощность генератора, коэффициент мощности;
вибрации на оборотной частоте и на частоте сети (датчики 6 на верхнем подшипнике). Подшипники:
вибрации по двум осям в горизонтальной плоскости (датчики 7): температуру на корпусе подшипников, температуру масла и воды охлаждающей системы (датчики 8)
вибрации на подпятнике (датчики 9), а также расход масла в системе смазки и воды в системе уплотнения.
Возбудитель генератора:
износ щеток (по температуре контактных колец); частоту вращения.
Кроме того контролируется работа гидротурбины и направляющего аппарата (датчики 10. 13).
Система SUPER фиксирует каждую минуту 52 механических и 10 электрических параметров и содержит 50 уставок на сигнал. В основной процессор данные передаются обычно один раз в час. В случае срабатывания какой-либо из уставок (сигнал тревоги — выход контролируемого параметра за допустимые пределы) в процессор передаются данные за предыдущий час работы. Математическое обеспечение позволяет обрабатывать и передавать сигналы датчиков, отбирать их для базы данных, осуществлять постоянный контроль и анализ в режиме «on-line» и проводить специальные тесты.
В системах функциональной диагностики нашли широкое применение устройства контроля химических и механических примесей в охлаждающем газе, позволяющие определять перегревы изоляции (по продуктам ее тепловой деструкции или по продуктам разложения термочувствительных покрытий) и степень ее механического износа (по составу и количеству механических примесей). Эти устройства могут быть как стационарными (для постоянного контроля состояния изоляции), так и переносными (для периодического контроля состояния изоляции).
Применение систем функциональной диагностики совместно с испытаниями и проверками во время ревизий и осмотров позволяет максимально увеличить межремонтный период, а при необходимости проведения ремонта более точно определить место и степень повреждения, минимизировав тем самым его объем и время проведения.