сборка. сборка и диагностика электрич машин материал. Характеристика сборочных работ
 Скачать 0.52 Mb.
|
Лекция 8. Диагностика электрических машин8.1 Основные дефекты электрических машин и их проявлениеНа основе опыта эксплуатации можно привести перечень наиболее часто встречающихся характерных дефектов электрических машин . Сердечник статора: - повреждение межлистовой изоляции, вызывающее местные перегревы; - 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 колец 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 контроля 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 активной 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. Основным направлением развития систем диагностики является автоматизация. Примером автоматизированных систем может служить система SUPER, установленная на одной из канадских ГЭС. Система SUPER фиксирует каждую минуту 52 механических и 10 электрических параметров и содержит 50 установок на сигнал. В основной процессор данные передаются обычно один раз в час. В случае срабатывания какой-либо из установок (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. 8.2 Вибродиагностика электрических машин Электромагнитные дефекты электрических машин. Анализируя сигналы с вибродатчиков, установленных на подшипниках электрических машин можно выявить достаточно много специфических причин повышенной вибрации, возникающих только в электродвигателях и генераторах различного типа. Эти причины могут являться как прямым результатом наличия различных внутренних электромагнитных дефектов электрических машин, так и быть просто связанными со специфическими особенностями проявления электромагнитных процессов в обмотках и сердечниках, отражать особенности нормальной работы электродвигателей и генераторов в агрегатах. Вибродиагностические методы контроля состояния двигателей и генераторов обычно являются первым этапом в оценке состояния, т.к. позволяют анализировать состояние оборудования непосредственно во время его работы. После выявления при помощи вибродиагностики основных характерных признаков существования того или иного дефекта, необходимо применять другие, специализированные методы диагностики. Обычные, широко распространенные причины повышенной вибрации электрических машин “не электромагнитного характера”, такие как небаланс, дефекты подшипников и т. д. не отличаются от хорошо изученных причин вибрации роторного технологического оборудования – насосов, компрессоров, вентиляторов. Поэтому основное внимание будем уделять причинам возникновения повышенной вибрации из-за дефектов электрических машин электромагнитного характера. Будут рассмотрены основные способы диагностики машин переменного тока, синхронных и асинхронных, как наиболее распространенных в промышленности. Часть вибрации в электрических машинах возбуждается силами электромагнитного взаимодействия между элементами машины - силами магнитного притяжения между элементами сердечника и силами между элементами обмоток с токами. Основная, или, говоря терминами, принятыми в спектральной вибродиагностике, оборотная частота электромагнитных сил и вибраций равна удвоенной частоте питающей сети. Это математически вытекает из того, что магнитные процессы пропорциональны квадрату “синусоиды” питающей сети, а это и есть колебание с удвоенной частотой от исходного. Это совершенно отдельная сила, не связанная с частотой вращения ротора. Она просто имеет частоту, равную удвоенной частоте питающей сети. Гармоники основной частоты этой силы имеют значения 200 Гц, 300, 400 и т. д. В чистом виде эта сила очень явно проявляется в статическом электрооборудовании. Примером этого является трансформатор, в котором гармоника вибрации с частотой питающей сети в 50 Гц практически отсутствует, а максимальна гармоника с частотой 100 Гц. Вибрации в двигателях и генераторах переменного тока, в общем случае, могут вызываться, в основном, пятью силами электромагнитной природы, имеющими свои собственные частоты: - первая сила связана с частотой питающей сети F1, имеет пик на частоте 50 Гц; - вторая сила FЭМ генерирует колебания с частотой проявления электромагнитных процессов в меди и стали электрической машины, имеет пик на частоте 100 Гц, проявляется в вибрации сердечника и обмоток всех машин переменного тока; - третья связана с частотой вращения электромагнитного поля в зазоре электрической машины и есть частное от деления частоты питающей сети на число пар полюсов статора F0 = (F1 / P). В синхронных машинах это частота вращения ротора; - четвертая FP связана с частотой вращения ротора и в асинхронных машинах всегда на несколько процентов меньше частоты вращения электромагнитного поля. У синхронных машин эти две силы возбуждают колебания с одной и той же частотой, что прямо вытекает из принципа действия синхронной машины; - пятая FП вызывается наличием зубцово - пазовой структуры в зазоре электрической машины. Вибрация может быть пропорциональна произведению частоты вращения на число пазов статора, ротора или их частоте биений. Косвенным проявлением влияния пазов является несимметрия ротора неявнополюсного турбогенератора, когда в одной части ротора есть пазы, а в другой нет. В результате прогиб ротора различен при повороте его на 90 градусов. Это всегда приводит, при частоте вращения ротора с частотой 50 Гц, к увеличенным вибрациям в вертикальном направлении с частотой в 100 Гц. Основной признак того, что диагностируемый дефект имеет электромагнитную природу - мгновенное исчезновение его признаков в спектре вибрации после отключения электрической машины от сети. Очень важным является то, что диагностика причин повышенной вибрации электрических машин должна проводиться при возможно большей нагрузке двигателя. Если исследования проводятся на холостом ходу, то очень часто удается выявить только малую часть всех имеющихся в оборудовании электромагнитных дефектов. Для успешной диагностики различных электромагнитных дефектов в электрических двигателях и генераторах необходим спектроанализатор с очень высокой разрешающей способностью, с числом спектральных линий, не меньшем, чем 3200. Измерение вибрации на подшипниках электродвигателей и генераторов нужно всегда проводить в трех направлениях - вертикальном, поперечном и осевом, иначе потом будет невозможно провести полную диагностику состояния. Идеальным является синхронная регистрация (не путать с синхронизированной регистрацией, которая гораздо менее эффективна) сразу шести вибросигналов с двух подшипников электрической машины. Обычно это повышает достоверность диагнозов дополнительно не менее чем на 10 %. Перечень электромагнитных дефектов. Приведем краткий перечень электромагнитных дефектов электрических машин, которые можно эффективно диагностировать по спектрам вибросигналов. Здесь же приведем все характерные признаки каждого вида дефекта. Для описания дефектов будем использовать термины: - F1 - частота питающей сети 50 Гц; - FЭМ - частота электромагнитных сил в электрических машинах, равна удвоенной частоте сети 100 Гц; - N0 - частота вращения поля в зазоре электрической машины, численно равна частному от деления 3000 на число пар полюсов “Р”, которое может принимать целые значения от единицы и более (об/мин); - F0 - частота электромагнитного поля в зазоре (Гц); - NР - собственная частота вращения ротора электрической машины, для синхронных машин она совпадает с частотой вращения поля, для асинхронных всегда меньше на величину скольжения; - s - скольжение ротора относительно электромагнитного поля в асинхронных машинах, безразмерная величина, численно равняется разнице между частотой вращения поля в зазоре и частотой вращения ротора, отнесенной к частоте вращения поля в зазоре s = (N0 - NР ) / N0; - FP - частота вращения ротора, у синхронных машин численно равна частоте вращения поля в зазоре, а асинхронных всегда меньше частоты вращения поля на величину произведения частоты вращения поля на скольжение ротора FР = F0 (1 - s); - FП - зубцово - пазовая частота вибрации, численно равная произведению числа пазов (на роторе или статоре) на частоту электромагнитного поля в зазоре. Может быть повышенной относительно статора, относительно ротора, может быть разностная или суммарная частота биений пазовых частот ротора и статора. Наиболее опасные дефекты статора, которые можно определить по вибропараметрам: - ослабление прессовки пакета стали, обрыв или замыкание в обмотке. Проявляются на частоте действия электромагнитных сил FЭМ, равной двойной частоте питающей сети. Особое внимание следует уделять наличию дробных гармоник электромагнитной частоты - 1/2, 3/2, 5/2 и т.д. от основной частоты. По значению частоты эти гармоники соответствуют основной и нечетным гармоникам питающей сети; - эксцентриситет, эллипсность, внутренней расточки статора относительно оси вращения ротора. Возникает обычно как дефект монтажа подшипниковых стоек, дефект состояния подшипниковых щитов или при деформации статора. В вибрации проявляется на частоте вращения поля в зазоре и на частоте электромагнитных сил 100 Гц. Иногда сопровождается появлением боковых гармоник. Обычно сопровождается неравенством вертикальной и поперечной составляющих соответствующих гармоник. Пространственный максимум гармоник соответствует направлению эксцентриситета, смещения оси статора. Наиболее просто диагностируется при снятии “розы вибраций”, когда датчик последовательно перемещается по огибающей вокруг подшипника со смещением при каждом измерении на угол 30 - 45 градусов; - неправильный взаимный осевой монтаж активных пакетов ротора и статора. Иногда для данного дефекта используется термин: “неправильная установка электромагнитных осевых разбегов”. При работе электрической машины, в результате сил магнитного притяжения, пакет ротора всегда стремится к положению точно под пакетом статора. Если этому будут препятствовать условия монтажа подшипников, то в неправильно установленном подшипнике, сдвинутом в осевом направлении, возникнут осевые нагрузки и вибрации. Подшипники достаточно быстро нагреются и выйдут из строя. Иногда ротор двигателя “утягивается” в осевом направлении валом механизма, что возможно при неправильном осевом монтаже всего механизма и в случае малой подвижности в соединительной муфте. |