Система «REMM» - моніторинг та діагностика технічного стану великих електричних машин
Транскрипт
1 Система «REMM» - моніторинг та діагностика технічного стану великих електричних машин 1. Загальний опис системи Для контролю стану ізоляції обмотки статора використовується метод контролю та аналізу часткових розрядів, що виникають в ізоляції на ранніх етапах розвитку дефектів. Даний метод використовується при робочому напрузі статора 4 кв і вище. На малюнку наведено можливий варіант схеми виміру часткових розрядів у статорі електричної машини. Загалом у цій схемі виміру ЧР використовується 10 сигналів, одержуваних від 8 первинних датчиків трьох типів. Це 6 конденсаторів зв'язку, один датчик марки DRTD-3 для контролю часткових розрядів у пазах, і один датчик марки RFCT-4 для контролю часткових розрядів у заземлюючій жилі екрана високовольтного кабелю. За допомогою трьох конденсаторів зв'язку, підключених до вхідних затискачів обмотки статора, реєструються імпульси часткових розрядів, що виникли в частині обмотки, яка «примикає» до вхідних затискачів. Три додаткових конденсатора зв'язку, змонтовані на протилежному кінці кабелю, призначені для «розбирання» імпульсів перешкоди, надходження 1 Контроль часткових розрядів в обмотці статора 2 Контроль ізоляції та наявності КЗ 2 в обмотці ротора 3 Контроль повітряного зазору між ротором 5 Контроль вібрації підшипників ротора 6 7 Контроль асиметрії машини за спектрами струму та потужності Моніторинг технологічних параметрів машин Система моніторингу REMM (Rotation Electrical Machine Monitor) призначена для стаціонарного контролю параметрів стану турбо і гідрогенераторів, великих електричних двигунів змінного струму. Всі діагностичні засоби, реалізовані в системі, працюють в режимі on-line, тобто не вимагають зупинкиелектричної машини. Повний набір методів контролю, реалізований у системі «REMM», представлений малюнку як функціональних блоків. Залежно від типу, потужності та технологічної важливості контрольованої електричної машини, набір використовуваних діагностичних методів у системі «REMM» може змінюватися. 2. Методи діагностики стану генераторів та двигунів, реалізовані в системі «REMM» За допомогою технічних та програмних засобів системи «REMM» оцінка технічного стану генераторів та електродвигунів проводиться комплексно. При цьому використовується кілька різних методів контролю стану підсистем ЕМ, що доповнюють один одного взаємно Контроль стану ізоляції обмотки статора електричної машини
2 DRTD-3 A B C CC CC CC RFCT-5 CC CC CC Схема встановлення датчиків часткових розрядів контролю ізоляції статора електродвигуна. 1, , ,60 0,40 0,20 0,00 N 1 1 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 S N 16,0 18,0 20, 0 22,0 ють із зовнішньої частини енергосистеми. У цьому використовується метод «time of arrival». Якщо відповідна кабельна лінія довга, або виконана у вигляді шинопроводу, то другий набір конденсаторів можна не встановлювати. Для підвищення достовірності вимірювань у схемі на малюнку застосовано триканальний датчик марки «DRTD-3». Він включається в розрив ланцюга термометрів опору і монтується всередині або поруч з клемною коробкою висновків термоопорів на корпусі двигуна. Таких датчиків може бути змонтовано від одного до чотирьох залежно від кількості термоопорів. Установка таких датчиків необхідна тому, що одних конденсаторів, встановлених на зовнішніх затискачах обмотки, недостатньо контролю ізоляції всієї обмотки. Якщо імпульс ЧР виникає «далеко» від вхідних затискачів, він може повністю загаснути в обмотці, такі не досягнувши вхідних затискачів. Усі датчики часткових розрядів, показані на схемі, виготовляються фірмою «Вібро-Центр». Залежно від типу контрольованого обладнання набір первинних датчиків може бути відкориговано. Контроль стану ізоляції ротора електричної машини. Метод використовується при аналізі стану обмоток роторів синхронних електричних машин. Для визначення стану ізоляції обмотки ротора та визначення наявності коротко замкнутих витків проводиться контроль електромагнітного поля у зазорі генератора. Для ілюстрації цього на малюнку наведено графік розподілу індукції електромагнітного поля в зазорі турбогенератора. Завдяки тому, що датчик поля монтується прямо в зазорі, на графіку добре видно пульсації поля, зумовлені зубчастою структурою ротора. Якщо на цьому графіку з'являються спотворення поля в районі одного зубця, або однієї секції обмотки ротора, це зазвичай говорить про порушення ізоляції паза, або ж про наявність короткозамкнутих витків в секції обмотки.
3 Велике значення для діагностики має аналіз розподілу електромагнітного поля зазорі при зміні навантаження електричної машини. При цьому вдається додатково діагностувати низку дефектів обмотки ротора синхронної машини. Контроль стану обмотки ротора асинхронних машин (визначення наявності стрижнів короткозамкнутої клітини ротора, що відгоріли) проводиться на підставі аналізу спектрального складу споживаної електродвигуном з мережі потужності. Цей метод описаний нижче у розділі Контроль величини повітряного зазору електричної машини. Вимір повітряного зазору здійснюється за допомогою ємнісних датчиків, що монтуються на внутрішній поверхні статора електричної машини. Для більшості електричних машин, крім великих гідрогенераторів, достатньомонтувати не більше 4 таких датчиків. Постійний контроль зміни повітряного зазору, а отже і прогину ротора, дозволяє на ранніх стадіях виявляти послаблення в роторі, взаємні зміщення ротора і статора, і ряд інших дефектів. Контроль вібрації пакета стали статора є підвищена рухливість окремих пакетів магнітопроводу. За рахунок цього відбувається стирання ізоляції як усередині магнітопроводу, так і пазової ізоляції обмотки. Якщо здійснювати контроль вібрації магнитопровода статора, порушення механічної цілісності можна досить надійно виявити. Це проявляється у спектрі вібраційного сигналу збільшенням кількості та амплітуди вищих гармонік, кратних частоті електромагнітної сили, що дорівнює 100 (120 у США) герц. Ці гармоніки виникають у певних частотних діапазонах, різних у різних типів та конструкцій електричних машин. В системі «REMM» аналізуються вібраційні сигнали з трьох датчиків, змонтованих на крайніх, та середньому пакеті магнітопроводу. Контроль вібраційного стану підшипникових вузлів електричної машини Визначення технічного стану підшипникових вузлів здійснюється на підставі вимірювання та аналізу сигналів з датчиків вібрації, змонтованих на підшипникових опорах. Методика такого контролю та аналізу одержуваних сигналів досить відома і не потребує пояснень. Крім захисту електричної машини за рівнем вібрації, діагностики дефектів за спектрами вібрації, що виникли, в системі «REMM» є можливість проведення балансувальних робіт на основі інформації, що отримується зі встановленихдатчиків Контроль електромагнітної асиметрії ротора і статора електричної машини Контроль наявності електромагнітної асиметрії здійснюється на підставі аналізу спектра потужності електричної машини, що споживається (віддається). Спосіб його реалізації дуже простий аналізуються графіки спектральної густини відповідних параметрів. Важливим є необхідність отримання таких спектрів з дуже високою частотною роздільною здатністю.
4 Цей метод знаходить дедалі більше застосування контролю електричних машин, особливо асинхронних. При мінімальних витратах він дозволяє контролювати стан клітини ротора, і частину механічних дефектів конструкції, що найчастіше зустрічаються у практиці експлуатації. До таких дефектів можна віднести зношування (наявність дефектів) підшипників кочення, небаланс, частково розцентрування, дефекти монтажу. Це метод корисний і великих електричних машин різного виконання. З його допомогою можна, досить ефективно, виявляти електромагнітні асиметрії різної природи виникнення. Моніторинг технологічних параметрів електричної машини У процесі роботи система «REMM» контролює основні технологічні параметри роботи електричної машини. Вбудований у систему реєстратор аварійних ситуацій дозволяє реєструвати для подальшого аналізу всі перехідні процеси. Тривалість однієї безперервної реєстрації до 5 хвилин. Загальний обсяг пам'яті для зберігання дозволяє зберігати інформацію про дві години перехідних процесів, з наступним автоматичним перезаписом. Необхідність застосування різних методів діагностики параметрів електричної машини У наведеній таблиці зроблено спробу систематизувати необхідність застосування тих чи інших методів діагностики для контролю параметрів електричних машин. За основу взято умовнупотужність машини, що справедливо у більшості випадків. Метод діагностики Потужність машини 1 Контроль ЧР в обмотці статора 2 Контроль ізоляції та наявності КЗ в роторі 3 Контроль величини повітряного зазору 4 Контроль вібрації магнітопроводу статора 5 Контроль вібрації підшипників ротора 6 Контроль спектрів потужності і струму 7 наприклад, коли слід використовувати систему моніторингу параметрів. Тим не менш, ми вважаємо, що дана таблиця виявиться корисною для користувачів при виборі конфігурації діагностичної системи для електричних машин. 3. Технічний опис системи REMM За допомогою технічних і програмних засобів системи REMM оцінка технічного стану генераторів і електродвигунів проводиться комплексно. При цьому використовується кілька різних методів контролю стану підсистем ЕМ, що взаємно доповнюють один одного Модулі системи REMM Розроблена модульна структура системи REMM дозволяє легко підбирати необхідну конфігурацію системи моніторингу, що забезпечує для кожної електричної машини оптимальне співвідношення параметрів ціна - властивості.
5 Усі модулі системи «REMM» мають однакові розміри і кріпляться на загальній DIN рейці. Для поєднання модулів використовується внутрішня шина системи. Набір модулів встановлюється в монтажній шафі. У максимальній конфігурації система REMM збирається з модулів 5 типів: M0 Універсальний блок живлення. M1 Головний модуль системи моніторингу, контроль до 20 технологічних параметрів. «M2» Реєстратор аварійних процесів, 14 аналогових та 12 цифрових параметрів. "M3" Модуль контролю ЧР, до 15 датчиків різного типу. «M4» Модуль контролю вібрації – 6 каналів, осьовий зсув ротора, відмітник фази. За потребисистема REMM може бути доповнена модулем M5, призначеним для контролю температури обмоток і сталі статора. Це робиться у разі постачання системи REMM на нові електричні машини. Інформація, що збирається, та аналізована системою «REMM», легко інтегрується в будь-яку систему АСУ-ТП вищого рівня, що вже є у Замовника, за допомогою набору вбудованих інтерфейсів Програмне забезпечення, що входить до постачання системи «REMM» До складу постачання системи «REMM» входять два пакети програмного забезпечення: REMM-Монітор - інформаційна система для експлуатаційного персоналу. Оцінка стану всіх систем електричної машини провадиться за допомогою «світлофорів» стану. «REMM-СКІ» - програмне забезпечення діагностики та спеціальних функцій. Використовується діагностичним персоналом Первинні датчики системи «REMM» У таблиці, як приклад, наведено перелік первинних датчиків системи «REMM», що монтуються на турбогенераторі. Наименование датчика Назначение 1 Датчик величины воздушного зазора 2 Датчик величины воздушного зазора 3 Датчик величины воздушного зазора 4 Датчик величины воздушного зазора 5 Датчик электромагнитной индукции в зазоре 6 Датчик вибрации статора в сечении 1 7 Датчик вибрации статора в сечении 2 8 Датчик вибрации статора в сечении 3 9 Датчик напруги фази "А" обмотки статора 10 Датчик струму фази "В" обмотки статора 11 Датчик напруги фази "В" обмотки статора 13 Датчик напруги фази "С" обмотки статора 14 Датчик струму фази " С» обмотки статора Контроль зазору Контроль обмотки ротора Контроль рухливості статора обмотки Контроль електромагнітної асиметрії електричної машини M1 M1 M1 Модуль Інтерфейс
6 15 Датчик напруги на роторі 16 Датчик струму обмотки ротора 17 Конденсатор зв'язкуCC-20 у фазі «А» 18 Конденсатор зв'язку CC-20 у фазі «В» 19 Конденсатор зв'язку CC-20 у фазі «З» 20 Датчик часткових розрядів DRTD-3 у фазі «А» 21 Датчик часткових розрядів DRTD-3 фазі «В» 22 Датчик часткових розрядів DRTD-3 у фазі «С» 23 Датчик часткових розрядів RFCT-4 24 Датчик вібрації підшипника «1В» 25 Датчик вібрації підшипника «1П» 26 Датчик вібрації підшипника «1О» 27 » 28 Датчик вібрації підшипника «2П» 29 Датчик вібрації підшипника «2О» 30 Датчик осьового зсуву ротора 31 Датчик синхронізації вимірів з ротором Контроль технологічних параметрів (плюс до параметрів статора) Контроль ізоляції обмотки статора Вібраційний контроль датчик. З допомогою такої кількості датчиків можна досить надійно контролювати технічний стан великої електричної машини.