Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Диагностика работоспособности различных типов электрических аппаратов

Диагностика работоспособности различных типов электрических аппаратов

Диагностика электродвигателей

Одной из главных составляющих планирования предупредительных ремонтов, а также предупреждения аварийных отказов оборудования является диагностика всех его узлов и компонентов для определения текущего состояния и решения задач по прогнозированию срока службы оборудования. А в основе работы любого промышленного предприятия, его оборудования, лежит преобразование электрической энергии в другой вид энергии. Наибольшее представительство получили различные электродвигатели, как переменного тока, так и постоянного тока, с рядом мощностей от долей до десятков тысяч киловатт. От их надежности в первую очередь зависит успешное функционирование всего оборудования предприятия, и как следствие, выпуск продукции. Несмотря на это, многие, как правило, считают, что контролировать состояние электрических машин «не обязательно», при этом уделяя большее внимание механическим составляющим оборудования. А зря, известно множество примеров, когда несвоевременное техническое обслуживание, или просто отсутствие какого-либо контроля за техническим состоянием электрических машин, приводили не только к выходу их из строя, но и авариям.

Согласно различным европейским исследованиям, выходы из строя электродвигателей приходятся на: статор — до 40%, ротор — до 10%, подшипники — до 45%. В 80% случаев, когда обмотка статора выходит из строя, дефект начинается с межвиткового замыкания и впоследствии развивается до межфазного или замыкания на «землю», что уже приводит к полному выходу из строя машины.

Известны случаи, когда пробой корпуса работающего оборудования, возникший вследствие повреждения обмоток, приводил к жертвам среди обслуживающего персонала. Как правило, после «сгорания» обмотки двигатель ремонтировать не рентабельно, так как повреждается и магнитопровод статора, а такой ремонт по стоимости соразмерен с покупкой новой машины.

У, казалось бы, самых простых и надежных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, одновременно и самых распространенных, нередко выходит из строя ротор вследствие повреждения его стержней.

Такую неполадку в эксплуатации обнаружить заблаговременно крайне сложно. Этот дефект, впрочем, как и межвитковое замыкание в обмотке, развивается постепенно. Сначала выходит из строя один стержень, что приводит к увеличенной токовой нагрузки на остальные стержни, и, со временем, за ним лавинообразно следуют оставшиеся.

Оба описанных дефекта могут развиваться на протяжении долгого времени и не влиять на эксплуатацию двигателя до определенной стадии развития. То есть, при обнаружении подобных дефектов на ранней стадии, менять двигатель не целесообразно. Обнаружив такие дефекты, можно периодически контролировать состояние машины, тем самым прогнозируя срок службы и производить ремонт или замену двигателя во время планового останова, таким образом предотвращая отказ и развитие дефекта до невозможности восстановления работоспособности. Это позволяет сэкономить значительную часть средств предприятия на ремонтах, складских позициях и, главное, на предотвращении аварий и внеплановых остановов.

Так почему же тогда на предприятиях так редко осуществляется контроль состояния электрических машин должным образом? Вероятно это связано с тем, что дефекты оборудования механического характера встречаются чаще, ярче выражены и часто вообще заметны невооруженным взглядом, при этом электрические неполадки зачастую не выдают себя до фактического отказа или просто плохо поддаются диагностике без применения специализированного диагностического оборудования.

Компания «Практическая Механика» старается менять данные стереотипы, и внедрять культуру грамотного технического обслуживания на промышленных предприятиях.

На сегодняшний день специалистами отдела технического сервиса успешно производятся работы по комплексной диагностике электрических машин с применением самого современного специализированного диагностического оборудования для контроля за состоянием, как обмоток, так и общей функциональностью и исправностью машин.

Данные работы по диагностике условно делятся на два основных этапа, в обиходе получивших названия — статических и динамических испытаний. Итак, кратко разберемся в каждой их них.

Под статическими испытаниями подразумевается целый комплекс испытаний и измерений, направленный на глубокое понимание состояния обмоток электрических машин, включая определение сложных в дефектовке межвитковых замыканий на ранней стадии развития.

Это становится возможным с применением диагностического оборудования SKF Baker — усовершенствованного анализатора обмоток электрических машин AWA IV. С его помощью в максимально короткое время производятся:

  • измерение активного сопротивления обмотки (омического) от десятитысячных долей Ома до десятков Ом;
  • измерение сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции;
  • измерение индекса поляризации;
  • производятся различные виды высоковольтных испытаний до 12 кВ включительно;
  • испытания импульсом высокого напряжения на определение межвитковых замыканий.

По сути, это мобильная переносная лаборатория, так как все тесты выполняются одним прибором. Данный полный комплекс испытаний занимает от 10 до 30 минут, при этом для подготовки электродвигателя к диагностике не требуется разборка его схемы соединения, а достаточно всего отсоединить питающий кабель с любой стороны.

В результате получаем множество параметров обмотки, говорящих о ее исправности и надежности. Ведь главный ключ к обеспечению надежности электрической машины — это хорошая изоляция обмотки, а лучший способ ее проверить — испытать высоким напряжением. По анализу формы волны из импульсного испытания определяются межвитковые замыкания до их фактического появления в эксплуатации, а это позволяет нам задолго обнаруживать дефекты, и, как следствие, прогнозировать остаточный ресурс изоляции. При этом негативное влияние самих испытаний минимизировано за счет применения выпрямленного напряжения и сам прибор, в процессе производства испытаний контролирует состояние изоляции и при любых отклонениях снимает испытательное напряжения, тем самым не давая развития дефекту и предотвращая пробой.

Второй этап диагностики — динамическая электродиагностика — подразумевает диагностику электрической машины в работе под нагрузкой. Производится она при помощи многофункционального комплекса для on-line мониторинга SKF Baker Explorer 4000, который охватывает собой всю систему работы любой электрической машины, а это параметры питающей электрической сети, параметры функциональности и исправности самой машины, а также параметры механической нагрузки на валу.

Для начала процесса диагностики достаточно подключить к токоведущим частям питания электродвигателя переносные токовые клещи и щупы напряжения, причем это можно сделать в щите питания, и создать диагностируемый объект в базе данных прибора. Время проведения одного теста составляет от 10 секунд до нескольких минут.

При этом получаем несколько десятков параметров работы системы «Сеть-двигатель-нагрузка», а также выделяется частотный спектр потребляемого тока, позволяющие обнаруживать такие дефекты как:

  • Параметры, связанные с качеством питания — дисбалансы напряжения и тока, гармонические и общие искажения сети, а также другие параметры — коэффициент мощности, разложение мощностей и полных сопротивлений по фазам и т.д.
  • «Скрытые» дефекты электродвигателя — статический и динамический эксцентриситеты, неравномерность воздушного зазора, дефекты магнитопроводов статора и ротора, несимметрии магнитного поля, для асинхронных двигателей — поломка стержня ротора, величина фактической загрузки и запас по мощности.
  • Параметры и дефекты нагруженного механизма — различного рода ослабления, расцентровки, несоосности, развитые дефекты подшипников, процессы кавитации в насосах, дисбалансы и другие.

Использование этого многофункционального комплекса позволяет нам применять прогрессивный метод диагностики состояния механизмов по анализу спектра потребляемого тока машины.

К динамической диагностике относятся и дополнительные исследования при помощи других приборов компании SKF, такие как обнаружение электрических разрядов на подшипниках и корпусе машины с помощью детектора разрядов TKED1 и тепловизионное обследование агрегатов и их коммутационных аппаратов с помощью тепловизионной камеры, позволяющее дополнить картину технического состояния диагностируемого объекта.

Такие комплексные исследования позволяют достаточно глубоко заглянуть в текущее техническое состояние электрической машины, а при постоянном и периодическом контроле решают задачи прогнозирования срока службы электрической машины в целом.

Так, например, у одного из наших клиентов на электродвигателе привода крупного насоса была проблема по постоянному выходу из строя подшипников из-за электроэрозии. С помощью детектора электрических разрядов SKF TKED1 нам удалось обнаружить электрические разряды, проходящие через подшипники двигателя. При проведении динамической диагностики были обнаружены недопустимые искажения питающей сети и импульсы напряжения на высоких частотах с выхода частотного преобразователя, питающего двигатель, что в свою очередь провоцировало прохождение тока в подшипнике. В результате, вопрос о наладке адресовался поставщикам оборудования, а наши клиенты получили решение задачи и избавились от постоянной «головной боли».

Еще один пример из нашей практики. При проведении динамической электродиагностики двигателя постоянного тока на предприятии машиностроения мы исследовали снятую осциллограмму. В результате были обнаружены вышедшие из строя тиристоры в возбудителе машины, что вело к постоянным сбоям в работе машины и дефектам на производственной линии. Нами были даны конкретные рекомендации по ремонту выпрямителя возбудителя, после выполнения которых, и последующей повторной диагностике, все проблемы с работой машины были успешно решены. Это предотвратило преждевременный выход из строя машины и простой оборудования, а также позволило продлить срок службы двигателя на долгие годы.

Кроме этого, в нашей практике были случаи, когда при проведении статических испытаний обнаруживались межвитковые замыкания обмотки исключительно импульсом высокого напряжения, при этом другие средства диагностики на такой ранней стадии данный дефект определить не могли. Это говорит о том, что в эксплуатации пробоя межвитковой изоляции не происходит, но есть предпосылки для его возникновения в будущем.

Все перечисленные выше виды работ по электродиагностике выполняются инженерами компании «Практическая Механика» на собственном диагностическом оборудовании производства «SKF». При желании, наши клиенты могут приобрести это оборудование. Специалисты «Практической Механики» осуществят подбор диагностического оборудования и его комплектацию, которая будет максимально соответствовать требованиям заказчика по функциональности и его штату электродвигателей, подлежащих диагностике. Кроме этого, возможно проведение обучения персонала, занятого в обслуживании электрических двигателей, работе с диагностическим оборудованием на технических семинарах в учебном центре «Практической Механики».

На семинарах в учебном центре «Практической Механики» мы делимся опытом по организации и проведению обслуживания, ремонта и правильной технической эксплуатации электрических машин, а также обучаем современным методикам и принципам диагностирования их состояния. На семинарах теория тесно переплетается с практическими работами, которые слушатели выполняют на лабораторном диагностическом оборудовании. Мы стараемся, чтобы каждый слушатель усвоил максимальный объем информации. В результате семинара по электродиагностике слушатели приобретают навыки, которые в дальнейшем позволяют им существенно снизить время на проведение тех или иных операций по обслуживанию и ремонту оборудования, производить более точный контроль его состояния, и, конечно, повысить качество ремонтных работ.

Таким образом, обратившись в компанию «Практическая Механика», вы получите комплексное решения задачи обслуживания электродвигателей вашего оборудования.

Материал этой статьи представлен в электронном выпуске «Инженерного Альманаха» в формате PDF.

Современные средства диагностики электрического оборудования

Современным универсальным средством диагностирования электрооборудования является инфракрасная термография, которая дает возможность: контролировать состояние электрооборудования без вывода его из работы; увеличить ресурс электрического оборудования за счет выявления дефектов на ранней стадии их развития; уменьшить потери электроэнергии в контактных соединениях в результате своевременного ремонте контактов; сократить затраты на техническое обслуживание вследствие прогнозирования сроков и снижения объема ремонтных работ.
По полученным термограммам идентифицируют, например, такие дефекты, как неправильная или неэффективная работа систем охлаждения; локальные нагревы элементов конструкции; ухудшение изоляции высоковольтных вводов и др.
Известно, что при износе подшипников вырабатывается тепло, вследствие чего двигатель вибрирует, и нарушается его центровка. Измерение температуры подшипников позволяет определить точки перегрева и спланировать ремонт или замену до полного повреждения оборудования.
Для силовых трансформаторов завод-изготовитель, как правило, указывает максимальные рабочие температуры. По точкам перегрева, измеренным, например, бесконтактным инфракрасным термометром, можно судить о дефекте обмоток трансформаторов.
Возможность контролировать ситуацию по реальному параметру (температуре) позволяет снизить вероятность возникновения пожаров и взрывов. Для обеспечения безопасности контроля в опасных зонах разработаны специальные модели инфракрасных термометров в искробезопасном исполнении.

Читать еще:  Что делать если загорелась розетка

Рекомендации при проведении тепловизионного обследования электротехнического оборудования и установок

Современные ИК — камеры в нормальных условиях эксплуатации способны измерять температуру в диапазоне —40. +1200°С, что вполне достаточно для большинства обследуемых объектов.
Камеры могут автоматически находить самую высокую температуру в изображении; полученная термограмма сохраняется в памяти камеры.
Правильное температурное измерение зависит не только от возможностей ПО или самой камеры, но и от условий, в которых работает камера. Ошибка может появиться в том случае, если реальное место нагрева скрыто от оператора, т.е. недоступно. Другая причина неверного определения температуры на обследованном объекте из-за плохо выбранного фокуса съемки.
Для тепловизионного обследования электрических установок используется метод измерения, который основан на сравнении однотипных объектов. В соответствии с этим методом осуществляется систематический просмотр однотипных элементов параллельно для оценки степени нагрева одного из них в сравнении с элементом, предположительно находящимся в нормальном состоянии. Реальный нагрев представляется тепловым пятном с явным спадом температуры за пределами пятна
Чтобы правильно оценить, имеет ли исследуемый элемент перегрев, необходимо знать его рабочую температуру и температуру окружающей среды. Температуру перегрева определяют как разницу между температурой подозреваемого элемента и температурой аналогичного элемента, расположенного рядом, т.е. другой фазы или другого однотипного элемента с такой же электрической нагрузкой. Также важно сравнить те же самые точки на различных фазах.
В большинстве нормальных ситуаций однотипные компоненты всех фаз имеют одинаковую или почти одинаковую температуру Рабочая температура компонентов открытых площадок подстанций или линий электропередач обычно на 1 -2° С превышает наружную температуру воздуха. В помещениях подстанций рабочие температуры компонентов могут иметь пределы намного больше.

Определение температуры перегрева.

Температуры превышения, измеренные непосредственно на дефектных частях, обычно подразделяют на три категории в приложении к 100%-ной нагрузке:

  1. 30°С — сильный перегрев (необходимо принять меры неотложно, но с учетом анализа нагрузочной ситуации).
    1. Отчет о результатах тепловизионных измерений. Программа, используемая для создания отчетов, входит в комплект программного обеспечения. Она адаптирована к нескольким типам инфракрасных камер.
    2. Тепловые аномалии в электрических установках.
  2. Отражение. Поскольку камера чувствительна к солнечным отражениям, называемым солнечными бликами, оператор камеры должен рассматривать и этот эффект. Важно не принять излучение солнечного отражения за излучение перегретого элемента установки.
  3. Солнечное нагревание. Поверхность компонента с высокой излучательной способностью, например, окрашенная сторона трансформатора, может в жаркий летний день быть нагретой солнцем до весьма значительных температур. Вихревые токи могут нагревать металлические детали до значительных температур. В случае образования больших токов могут возникнуть даже пожары. Этот тип нагревания происходит в магнитном материале вдоль токового пути, например, металлические пластины основания изоляторов.
  4. Изменение нагрузки. Дефект может предполагаться в том случае, если температура элементов одной фазы значительно отличается от температуры элементов других двух фаз. Однако необходимо быть уверенным, что нагрузка на фазах действительно распределена равномерно. Это можно, в большинстве случаев, уточнить с помощью стационарных приборов или подсоединяемого амперметра (до 600 А).
  5. Изменение сопротивления. Перегрев элементов электрической установки может произойти по разным причинам, например, при слабом сжатии контактов.
  6. Если плохой контакт имеет небольшие размеры, то перегрев локализуется только в районе головки болта. Низкая излучательная способность болта создает впечатление, что он более холодный, чем изолированный провод. Изоляция провода имеет более высокую излучательную способность.
  7. Перегрев одного элемента в результате дефекта в другом элементе. Иногда температура превышения может регистрироваться и на исправном элементе. Причина может быть в различии сопротивлений двух параллельных проводников, по которым идет ток. В этом случае дефектный, с увеличенным сопротивлением, проводник несет меньшую нагрузку, а проводник без дефекта — повышенную нагрузку и может значительно перегреваться.

Во время тепловизионного обследования различных типов электрических установок такие факторы, как ветер, расстояние до объекта, дождь или снег, часто влияют на результат измерений.
Во время наружного осмотра охлаждающий эффект ветра должен быть принят во внимание. Температура превышения, измеренная при скорости ветра 5 м/с, будет приблизительно вдвое ниже, чем измеренная при скорости ветра 1 м/с. Важно знать, что выявленные перегретые элементы при сильном ветре будут значительно более перегреты при слабом ветре.
Тепловизионное обследование может проводиться с удовлетворительными результатами в период слабого (редкого) снегопада с сухим снегом или при слабом дожде. Качество изображения при сильном снегопаде или дожде ухудшается, и определить достоверность измерения невозможно.

Задачи диагностических работ при эксплуатации электрооборудования

Диагноз в переводе с греческого означает «распознавание», «определение». Техническая диагностика — это теория, методы и средства, с помощью которых делается заключение о техническом состоянии объекта.

Чтобы определить техническое состояние электрооборудования, необходимо, с одной стороны, установить, что и каким способом следует контролировать, а с другой стороны — решить, какие средства для этого потребуются.

В данной проблеме просматривается две группы вопросов:

анализ диагностируемого оборудования и выбор методов контроля для установления его действительного технического состояния,

построение технических средств для контроля состояния оборудования и условий эксплуатации.

Итак, для проведения диагноза нужно иметь объект и средства диагноза .

Объектом диагноза может быть любое устройство, если оно по крайней мере может находиться в двух взаимно исключаемых состояниях- работоспособном и неработоспособном, и в нем можно выделить элементы, каждый из которых также характеризуется различными состояниями. На практике реальный объект при исследованиях заменяют диагностической моделью.

Воздействия, специально создаваемые для целей диагноза технического состояния и подаваемые на объект диагноза от средств диагноза, называются тестовыми воздействиями. Различают контролирующие и диагностирующие тесты. Контролирующим тестом называется совокупность наборов входных воздействий, позволяющих провести проверку работоспособности объекта. Диагностическим тестом называется совокупность наборов входных воздействий, позволяющих осуществить поиск неисправности, т. е. определить отказ элемента или неисправный узел.

Центральной задачей диагностики является поиск неисправных элементов, т. е. определение места, а возможно, и причины появления отказа. Для электрооборудования такая задача возникает на различных этапах эксплуатации. В силу этого, диагностика является эффективным средством повышения надежности электрооборудования в процессе его эксплуатации.

Процесс поиска неисправностей в установке обычно включает в себя следующие этапы:

логический анализ имеющихся внешних признаков, составление перечня неисправностей, которые способны привести к отказу,

выбор оптимального варианта проверок,

переход к осуществлению поиска неисправного узла.

Рассмотрим простейший пример. Электродвигатель вместе с исполнительным механизмом не вращается при подаче на него напряжения. Возможные причины — сгорела обмотка, двигатель заклинило. Следовательно, нужно проверять обмотку статора и подшипники.

С чего начать диагностирование? Проще с обмотки статора. С нее и начинаются проверки. Затем уже, в случае необходимости, осуществляется разборка двигателя и оценка технического состояния подшипников.

Каждый конкретный поиск носит характер логического исследования, для которого необходимы знания, опыт, интуиция обслуживающего электрооборудование персонала. При этом помимо знания устройства оборудования, признаков нормального функционирования, возможных причин выхода из строя необходимо владеть методами поиска неисправностей и уметь правильно выбрать требуемый из них.

Различают два основных вида поиска отказавших элементов — последовательный и комбинационный.

При использовании первого метода проверки в аппаратуре выполняются в некотором порядке. Результат каждой проверки сразу же анализируется, и если отказавший элемент не определен, то поиск продолжается. Порядок выполнения операций диагноза может быть строго фиксированным или зависеть от результатов предыдущих опытов. Поэтому программы, реализующие этот метод, можно подразделить на условные, в которых каждая последующая проверка начинается в зависимости от исхода предыдущей, и безусловные, в которых проверки выполняются в некотором заранее фиксированном порядке. При участии человека всегда используются гибкие алгоритмы, чтобы избежать лишних проверок.

При использовании комбинационного метода состояние объекта определяется путем выполнения заданного числа проверок, порядок выполнения которых безразличен. Отказавшие элементы выявляются после проведения всех испытаний путем анализа полученных результатов. Для этого метода характерны такие ситуации, когда не все полученные результаты необходимы для определения состояния объекта.

В качестве критерия для сравнения различных систем поиска неисправностей обычно используется среднее время обнаружения отказа. Могут быть применены и другие показатели — количество проверок, средняя скорость получения информации и пр.

На практике помимо рассматриваемых нередко используется эвристический метод диагноза . Строгие алгоритмы здесь не применяются. Выдвигается определенная гипотеза о предполагаемом месте отказа. Осуществляется поиск. По результатам его гипотеза уточняется. Поиск продолжается до определения неисправного узла. Зачастую такой подход использует радиомастер при ремонте радиоаппаратуры.

Помимо поиска отказавших элементов понятие технической диагностики охватывает также процессы контроля технического состояния электрооборудования в условиях применения его по назначению. При этом лицо, осуществляющее эксплуатацию электрооборудования, определяет соответствие выходных параметров агрегатов паспортным данным или ТУ, выявляет степень износа, необходимость регулировок, потребность в замене отдельных элементов, уточняет сроки проведения профилактических мероприятий и ремонтов.

Применение диагностирования позволяет предупредить отказы электрооборудования, определить его пригодность для дальнейшей эксплуатации, обоснованно установить сроки и объемы ремонтных работ. Диагностирование целесообразно проводить как при применении существующей системы планово-предупредительных ремонтов и технических обслуживании электрооборудования (система ППР), так и в случае перехода к новой, более совершенной форме эксплуатации, когда ремонтные работы выполняются не через определенные заранее установленные сроки, а по результатам диагноза, если сделано заключение о том, что дальнейшая эксплуатация может привести к отказам или становится экономически нецелесообразной.

При применении новой формы обслуживания электрооборудования в сельском хозяйстве следует проводить:

техническое обслуживание согласно графикам,

плановое диагностирование через определенные периоды или наработки,

текущий или капитальный ремонты по данным оценки технического состояния.

При техническом обслуживании диагностирование служит для определения работоспособности оборудования, проверки стабильности регулировок, выявления необходимости ремонта или замены отдельных узлов и деталей. При этом диагностируются так называемые обобщенные параметры, которые несут максимум информации о состоянии электрооборудования — сопротивление изоляции, температура отдельных узлов и др.

При плановых проверках контролируются параметры, характеризующие техническое состояние агрегата и позволяющие определить остаточный ресурс узлов и деталей, ограничивающих возможность дальнейшей эксплуатации оборудования.

Диагностирование, проводимое при текущем ремонте на пунктах технического обслуживания и текущего ремонта или на месте установки электрооборудования, позволяет в первую очередь оценить состояние обмоток. Остаточный ресурс обмоток должен быть больше периода между текущими ремонтами, иначе оборудование подлежит капитальному ремонту. Помимо обмоток выполняется оценка состояния подшипников, контактов и других узлов.

В случае проведения технического обслуживания и планового диагностирования электрооборудование не разбирают. При необходимости снимают защитные сетки вентиляционных окон, крышки выводов и другие быстросъемные детали, обеспечивающие доступ к узлам. Особую роль в данной ситуации играет внешний осмотр, позволяющий определить повреждения выводов, корпуса, установить наличие перегрева обмоток по потемнению изоляции, проверить состояние контактов.

Читать еще:  Чем мыть линолеум до блеска

Основные параметры диагностирования

В качестве диагностических параметров следует выбирать характеристики электрооборудования, критичные к ресурсу работы отдельных узлов и элементов. Процесс износа электрооборудования зависит от условий эксплуатации. Решающее значение принадлежит режимам работы и условиям окружающей среды.

Основными параметрами, проверяемыми при оценке технического состояния электрооборудования, являются:

для электродвигателей — температура обмотки (определяет срок службы), амплитудно-фазовая характеристика обмотки (позволяет оценить состояние витковой изоляции), температура подшипникового узла и зазор в подшипниках (указывают на работоспособность подшипников). Кроме этого для электродвигателей, эксплуатируемых в сырых и особо сырых помещениях, дополнительно следует замерять сопротивление изоляции (позволяет прогнозировать срок службы электродвигателя),

для пускорегулирующей и защитной аппаратуры — сопротивление петли «фаза-нуль» (контроль соответствия условиям защиты), защитные характеристики тепловых реле, сопротивление контактных переходов,

для осветительных установок — температура, относительная влажность, напряжение, частота включения.

Помимо основных может быть оценен и ряд вспомогательных параметров, дающих более полное представление о состоянии диагностируемого объекта.

Диагностика работоспособности различных типов электрических аппаратов

Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций

На сегодняшний день экономическое состояние энергетики России вынуждает принимать меры по увеличению сроков эксплуатации различного электротехнического оборудования.

В России в настоящее время общая протяженность электрических сетей напряжением 0,4–110 кВ превышает 3 млн км, а трансформаторная мощность подстанций (ПС) и трансформаторных пунктов (ТП) – 520 млн кВА. Стоимость основных фондов сетей составляет около 200 млрд руб., а степень их износа – около 40 %. За 90-е годы резко сократились объемы строительства, технического перевооружения и реконструкции ПС [1], и только последние несколько лет вновь наметилась некоторая активность в этих направлениях.

Решение задачи по оценке технического состояния электротехнического оборудования электрических сетей в значительной мере связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля и технической диагностики. Кроме того, оно необходимо и обязательно для безопасной и надежной работы электрооборудования.

1. Основные понятия и положения технической диагностики

Экономическая ситуация, сложившаяся в последние годы в энергетике, заставляет принимать меры, направленные на увеличение сроков эксплуатации различного оборудования. Решение задачи по оценке технического состояния электротехнического оборудования электрических сетей в значительной мере связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля и технической диагностики [2].

Техническое диагностирование (с греч. «распознавание») – это аппарат мероприятий, который позволяет изучать и устанавливать признаки неисправности (работоспособности) оборудования, устанавливать методы и средства, при помощи которых дается заключение (ставится диагноз) о наличии (отсутствии) неисправности (дефекта). Другими словами, техническая диагностика позволяет дать оценку состояния исследуемого объекта. Такая диагностика направлена в основном на поиск и анализ внутренних причин неисправности оборудования. Наружные причины определяются визуально [3].

Согласно ГОСТ 20911–89, техническая диагностика определяется как «область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов». Объект, состояние которого определяется, называется объектом диагностирования (ОД), а процесс исследования ОД – диагностированием.

Основной целью технической диагностики являются в первую очередь распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации, и как следствие, повышение надежности и оценка остаточного ресурса системы (оборудования). В связи с тем, что различные технические системы имеют различные структуры и назначения, нельзя ко всем системам применять один и тот же вид технической диагностики.

Условно структура технической диагностики для любого типа и назначения оборудования представлена на рис. 1. Она характеризуется двумя взаимопроникающими и взаимосвязанными направлениями: теорией распознавания и теорией контролеспособности. Теория распознавания изучает алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики, которые обычно могут рассматриваться как задачи классификации. Алгоритмы распознавания в технической диагностике частично основываются на диагностических моделях, устанавливающих связь между состояниями технической системы и их отображениями в пространстве диагностических сигналов. Важной частью проблемы распознавания являются правила принятия решений.

Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов. Основной задачей теории контролеспособности является изучение средств и методов получения диагностической информации [4].

Рис. 1. Структура технической диагностики

Применение (выбор) вида технической диагностики определяется следующими условиями:

1) назначением контролируемого объекта (сфера использования, условия эксплуатации и т. д.);

2) сложностью контролируемого объекта (сложностью конструкции, количеством контролируемых параметров и т. д.);

3) экономической целесообразностью;

4) степенью опасности развития аварийной ситуации и последствий отказа контролируемого объекта.

Состояние системы описывается совокупностью определяющих ее параметров (признаков), при диагностировании системы они называются диагностическими параметрами. При выборе диагностических параметров приоритет отдается тем, которые удовлетворяют требованиям достоверности и избыточности информации о техническом состоянии системы в реальных условиях эксплуатации. На практике обычно используют несколько диагностических параметров одновременно. Диагностическими параметрами могут являться параметры рабочих процессов (мощность, напряжение, ток и др.), сопутствующих процессов (вибрация, шум, температура и др.) и геометрические величины (зазор, люфт, биение и др.). Количество измеряемых диагностических параметров также зависит от типов приборов для диагностики системы (которыми производится сам процесс получения данных) и степени развитости методов диагностирования. Так, например, число измеряемых диагностических параметров силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов может достигать 38, масляных выключателей – 29, элегазовых выключателей – 25, ограничителей перенапряжения и разрядников – 10, разъединителей (с приводом) – 14, маслонаполненных измерительных трансформаторов и конденсаторов связи – 9 [5].

В свою очередь диагностические параметры должны обладать следующими свойствами:

2) широтой изменения;

6) периодичностью регистрации;

7) доступностью и удобством измерения.

Чувствительность диагностического параметра – это степень изменения диагностического параметра при варьировании функционального параметра, т. е. чем больше значение этой величины, тем чувствительнее диагностический параметр к изменению функционального параметра.

Однозначность диагностического параметра определяется монотонно возрастающей или убывающей зависимостью его от функционального параметра в диапазоне от начального до предельного изменения функционального параметра, т. е. каждому значению функционального параметра соответствует одно-единственное значение диагностического параметра, а, в свою очередь, каждому значению диагностического параметра соответствует одно-единственное значение функционального параметра.

Стабильность устанавливает возможную величину отклонения диагностического параметра от своего среднего значения при многократных измерениях в неизменных условиях.

Широта изменения – диапазон изменения диагностического параметра, соответствующий заданной величине изменения функционального параметра; таким образом, чем больше диапазон изменения диагностического параметра, тем выше его информативность.

Информативность – это свойство диагностического параметра, которое при недостаточности или избыточности может снизить эффективность самого процесса диагностики (достоверность диагноза).

Периодичность регистрации диагностического параметра определяется, исходя из требований технической эксплуатации и инструкций заводаизготовителя, и зависит от скорости возможного образования и развития дефекта.

Доступность и удобство измерения диагностического параметра на прямую зависят от конструкции объекта диагностирования и диагностического средства (прибора).

В различной литературе можно найти разные классификации диагностических параметров, в нашем случае для диагностики электрооборудования мы будем придерживаться типов диагностических параметров, представленных в источнике [6].

Диагностика электрооборудования.

Диагностирование состояния электрического оборудования является и необходимостью, и мерой безопасности одновременно. Поскольку от исправности устройств и механизмов зависит не только качество и бесперебойность рабочих процессов, но ещё и безопасность людей.

Надёжность электрооборудования зависит от конструкции, качества изготовления комплектующих и сборки аппарата. Однако в процессе эксплуатации естественные процессы старения материалов, воздействие внешних факторов и возможные перегрузки негативно отражаются на технических характеристиках механизмов. Поэтому крайне важно своевременно выявить и устранить возможные неисправности.

И вот здесь на помощь приходит диагностика электрооборудования. Она призвана максимально точно определять фактическое состояние устройств и выявлять отклонения от параметров, указанных в паспорте или протоколе испытаний, предоставленных компанией-производителем в момент поставки.

Как правило, для экспертной оценки технического состояния оборудования наряду с визуальным осмотром и «классическим» мониторингом основных рабочих показателей, используются все виды излучений: рентгеновское, магнитное, ионизирующее, акустическое и др., которые призваны обеспечить надлежащий контроль без разбора механизма на части.

В России ведущие заводы-изготовители электрических аппаратов тесно сотрудничают с Всероссийскими научно-исследовательскими институтами (ВНИИ). В ходе совместной работы разрабатываются техническо-расчётные методики оценки технического состояния машин и оборудования, согласно которым выполняется обход и диагностика аппаратуры таких категорий:

  • Электродвигатели;
  • Электрооборудование, установленное во взрывоопасных зонах;
  • Пункты распределения электрической энергии;
  • Системы освещения и осветительные приборы;
  • Заземляющие устройства;
  • Конденсаторы;
  • Оборудование трансформаторных подстанций.

Техническое диагностирование оборудования – это более высокий уровень исследования состояния аппаратуры, чем тот, что обеспечивает обычная дефектоскопия и неразрушающие методы контроля. Оно проводится с целью:

— мониторинга технического состояния с помощью методов и средств как неразрушающего так и разрушающего контроля;

— выявления неисправностей и определения причин выхода оборудования из строя;

— прогнозирования технического состояния.

Согласно ГОСТ 20911-89 «Техническая диагностика. Термины и определения» прогнозирование призвано с высокой долей вероятности установить промежуток времени, на протяжении которого оборудование будет находиться в рабочем состоянии (как минимум на межремонтный период).

Основные принципы диагностики электрооборудования

Проверка состояния электрических механизмов и устройств силового типа (трансформаторных установок и компрессоров) включает мониторинг данных тепловых сигнализаторов, изучение показаний датчиков уровня масла, диагностику заземления и целостности изоляторов обмотки, а также прослушивание равномерности шумов включённого оборудования.

Техническая диагностика электрооборудования из группы двигателей предполагает осмотр внешнего состояния аппарата, проверку чистоты на наличие/отсутствие жидкости. Эксперты также изучают показания тахометра, измеряющего частоту оборотов различных вращающихся деталей, проверяют заземление, состояние проводки и управляющей клавиши. На муфте рабочего двигателя должен быть установлен защитный кожух, который предотвращает трение.

Состояние устройств заземления мониторится с целью проверки надёжности контактов проводников и антикоррозионных покрытий.

Осмотр источников бесперебойного питания (ИБП) проводится для того, чтобы выявить наружные повреждения, проконтролировать технические параметры оборудования в рабочем режиме и порядок зарядки аккумуляторных батарей. Все обнаруженные неполадки и дефекты электроаппаратуры в обязательном порядке фиксируются в оперативном журнале.

Проверка технического состояния станций и подстанций проходит в несколько этапов:

  • На первом уровне выполняется проверка состояния электрооборудования с использованием встроенных датчиков и автоматизированных систем контроля. На этом этапе нет необходимости применять специальные устройства и вспомогательную диагностическую аппаратуру. Первичная информация поступает от уже действующих РАС — регистраторов аварийных событий.
  • На втором технологическом уровне эксперты проверяют установку, работающую в штатном режиме. Для этого они периодически контролируют основные рабочие показатели с помощью специальных приборов. В качестве вспомогательной аппаратуры могут быть использованы стетоскопы, разветвители сигналов, осциллографы, вакуумметры и др.
  • На третьем уровне проводится диагностика состояния электрооборудования отключённой от сети установки.

В ходе проверки аппаратуры высоковольтных подстанций и контрольно-технических пунктов эксперты в первую очередь обращают внимание на состояние изоляционных материалов кабелей, проводов и приборов. Сопротивление изоляции показывает степень старения электрооборудования, что позволяет определить, какие меры необходимо предпринять, чтобы предотвратить возникновение аварийной ситуации.

Мониторинг электрооборудования & новейшие технологии

Специалисты филиала ПАО «МРСК Центра» — «Липецкэнерго» ведут активную работу по внедрению инновационных технологий в процессы исследования состояния одного из главных элементов сетевого комплекса — линий электропередачи.

В настоящее время на базе филиала проводится тестирование беспилотного летательного аппарата (БЛА), оснащённого специализированными приборами для диагностики оборудования. На борту дрона установлена камера с функцией панорамной съёмки с углом обзора в 360° и тепловизор. Это позволяет использовать мультикоптер для исследования ЛЭП и оборудования распределительных пунктов в отдалённых местностях и труднодоступных районах.

Читать еще:  Как обшить металлическую лестницу

По оценкам аналитиков, анализ данных, собранных с помощью летательного аппарата, позволит энергетикам оценивать фактическое состояние сетевой инфраструктуры. Помимо этого, они смогут прогнозировать воздействие окружающей среды на воздушные линии электропередачи и оперативно выявлять места обрыва проводов.

Установленные на мультикоптере средства диагностики электрооборудования способны обеспечить эффективный контроль охранных зон ЛЭП. С их помощью энергетики смогут измерять объём лесных насаждений на трассе линий, своевременно обнаруживать дефекты кабельных линий и проводов.

Во время полёта над объектами сетевой инфраструктуры тепловизионный прибор позволяет определить нагревающиеся участки арматуры ЛЭП. Это означает, что элемент уже изношен и вскоре здесь могут возникнуть неполадки. Таким образом, энергетики смогут выявлять и устранять «слабые звенья» прежде, чем произойдёт авария.

Летательный аппарат может быть использован при порывах ветра до 10 м/с и в холодное время года, когда температура воздуха опускается ниже нуля. Следовательно, энергетики смогут использовать инновационные методы диагностики электрооборудования практически круглый год.

«Для филиала «Липецкэнерго» использование дрона стало одним из первых шагов на пути к повышению энергоэффективности. Возможности мультикоптера, оснащённого современной аппаратурой, позволят нам определять проблемные места на всех без исключения объектах сетевого хозяйства. В результате уменьшится количество аварий и перебоев в подаче электроэнергии конечному потребителю», — прокомментировал ситуацию директор филиала ПАО «МРСК Центра» — «Липецкэнерго» Сергей Коваль.

Возможность внедрения БЛП с целью осуществления комплексной диагностики линий электропередачи рассматривают также и калининградские энергетики. В АО «Янтарьэнерго» убеждены, что реализация аналогичного проекта позволит создать эффективную систему мониторинга, предупреждения и устранения неполадок в региональных энергосетях.

На базе энергокомпании введён в действие главный центр управления сетями, созданный с использованием передовых достижений в сфере информационных технологий. Его ключевым элементом является видеостена, построенная из жидкокристаллических панелей, на которую выведена многослойная схема всех электрических сетей Калининградской области.

Диагностика линий электропередач осуществляется в режиме онлайн. Этого удалось достичь благодаря функционалу программного комплекса «ОЛИМП».

Выбор и разработка средств для диагностирования электрооборудования

Исходя из задач и принципов организации работ, при диагностировании электрооборудования применяются приборы и устройства. Классификация средств, применяемых при диагностировании электрооборудования, показана на рис. 1. В настоящее время диагностирование и прогнозирование электрооборудования обычно проводится с помощью переносных приборов ручного управления.


Рис. 1. Классификация средств, применяемых при диагностировании электрооборудования

Довольно широкое применение получат устройства для диагностирования электрооборудования, которые могут осуществлять постоянный или периодический автоматический контроль за техническим состоянием и сигнализировать о наступлении предаварийного состояния. Такие устройства не позволяют автоматике или вручную включать и отключать электрооборудование из сети при угрозе возникновения ^неисправностей. Перспективы широкого применения устройств для диагностирования объясняются тем, что электрооборудованием, в отличие от других машин и механизмов, сравнительно легко можно управлять благодаря наличию аппаратуры управления и схем автоматизации его работы. Естественно, что автоматические диагностические устройства в первую очередь целесообразно устанавливать для контроля за электрооборудованием, отказы которого приводят к большому ущербу, а также за электрооборудованием, доступ к которому затруднен или невозможен. Следует отметить, что одно устройство может контролировать группу электрооборудования, например, электродвигатели одной поточной технологической линии.

На последующих этапах разработки средств и внедрения диагностирования, как составного элемента новой формы системы ППР, предвидится естественный процесс перехода к созданию диагностических систем, в которых большинство операций проводится полуавтоматически и автоматически. Как правило, диагностической системой автоматически выдается результат диагноза и прогноза.

Средства для диагностирования по принципу воздействия на объект диагностирования разделяются на две группы: тестовую и функциональную. С помощью средств тестовой группы при диагностировании в контролируемое электрооборудование посылаются сигналы (тестовые воздействия), при этом измеряют необходимые параметры, характеризующие реакцию электрооборудования на сигналы, и по этим параметрам оценивается его техническое состояние. Средствами диагностирования функциональной группы определяется техническое состояние электрооборудования во время работы, причем никаких внешних воздействий, отражающихся на функционировании электрооборудования, не производится.

При разработке средств в 1-ю очередь проводится классификация диагностических параметров, с помощью которых определяется техническое состояние электрооборудования, а также устанавливаются пределы изменения этих параметров.

В случае, если величину диагностического параметра нельзя определить прямым измерением, проводят выбор или разработку преобразователей или датчиков. В зависимости от характера диагностических параметров определяется, к какой группе будет относиться средство диагностирования (тестовой или функциональной).

При разработке диагностических средств стремятся создать конструкции и схемы, обеспечивающие минимальную трудоемкость и стоимость диагностирования, а также заданную точность измерения. Большое значение при разработке средств для диагностирования электрооборудования имеет форма представления результатов, которая должна быть удобной для анализа и прогнозирования.

На 1-м этапе создания средств для диагностирования обычно преобладает считывание показаний по приборам, цифровым индикаторам, световая и звуковая сигнализация. При этом считывание показаний по приборам и цифровым индикаторам в большинстве случаев присуще диагностированию с помощью переносных приборов, а световая или звуковая индикация — полуавтоматическим и автоматическим устройствам контроля технического состояния, устанавливаемым около контролируемого электрооборудования. В дальнейшем по мере совершенствования средств диагностирования, по-видимому, будет наблюдаться переход к форме представления результатов диагностирования в виде записи (аналоговой или цифровой). При разработке диагностических средств одним из важных ключевых показателей является учет области применения, т. е. соответствие разрабатываемого прибора, устройства или системы основным положениям организации диагностирования электрооборудования.

Опыт разработки и внедрения диагностирования в практику эксплуатации электрооборудования показывает, что средства диагностирования целесообразно разделить по следующему принципу:

  1. Простые средства для диагностирования по ограниченному числу обобщенных диагностических параметров, позволяющих определять общее техническое состояние электрооборудования. Эти средства предназначаются для определения технического состояния электрооборудования при техническом обслуживании, а также для обнаружения простейших неисправностей. К таким средствам относятся простые переносные приборы.
  2. Средства для проведения полного диагностирования и прогнозирования, позволяющие определять техническое состояние всех элементов, ограничивающих ресурс работы или работоспособность электрооборудования. Эти средства предназначены для проведения планового диагностирования и поиска неисправностей электрооборудования.
  3. Средства для проведения доремонтного и послеремонтного диагностирования, предназначенные для применения в специализированных электроремонтных предприятиях или участках с целью определения номенклатуры подлежащих ремонту узлов и деталей и качества ремонта электрооборудования по параметрам, характеризующим послеремонтный ресурс.

В зависимости от назначения средства для диагностирования могут разрабатываться переносными, передвижными и стационарными. Важным показателем средств для диагностирования является степень их автоматизации. Условно средства для диагностирования разделяют на автоматизированные, автоматические и ручного управления.

На 1-х этапах разработки проводят расчеты по оптимальному выбору диагностических средств, т. е. по определению типа, параметров, характера решаемых задач и др. При этом учитываются требования, предъявляемые к средствам диагностирования организацией эксплуатации электрооборудования, а также достоверность результатов диагностирования. Одним из основных требований является назначение разрабатываемого средства (для определения работоспособности; определения работоспособности и ресурса; определения работоспособности, ресурса и поиска неисправностей; определения ресурса; поиска неисправностей и др.).

Оптимальный выбор диагностических средств должен обеспечивать минимальную стоимость проверки элементов, минимум издержек от погрешности проверки элементов, а также максимальную экономическую эффективность применения средств. Экономическую эффективность применения средств диагностирования рассчитывают в соответствии с методикой определения эффективности использования в народном хозяйстве новой техники. Следует отметить, что экономическая эффективность применения разрабатываемого средства тем выше, чем большее количество электрооборудования можно продиагностировать с его помощью, т. е. чем выше его производительность. После получения положительного результата при проверочном расчете экономической эффективности (целесообразности) создания конкретного средства для диагностирования, составляют принципиальные кинематические и электрические схемы, а также рассчитывают параметры деталей и узлов. Затем создается макетный или экспериментальный образец, который проходит вначале лабораторные, а затем производственные испытания. При испытаниях устанавливают соответствие разрабатываемого средства своему целевому назначению и его работоспособность; определяют погрешности и трудоемкости измерения диагностических параметров. По результатам испытаний вносят необходимые коррективы в схему и конструкцию средства и разрабатывают опытный образец. Опытный образец после заводских и производственных испытаний и соответствующей доработки по их результатам представляется ведомственной или межведомственной государственной комиссии, которая рекомендует его к серийному производству.

Диагностика асинхронных электрических машин по спектрам тока

Семёнов Дмитрий Николаевич (начальник акустической лаборатории)

ОАО «СПО «Арктика»

Баркова Наталья Александрова (к.т.н. директор) Северо-Западный учебный центр

Для электрических машин вибрационные методы диагностики не охватывают достаточно точно и полно всех дефектов составных частей электромагнитной системы (дефектов обмоток статора, ротора, активного железа, эксцентриситета, неравномерности зазора, асимметрии и искажения питающего напряжения), т.к. дефекты электромагнитной системы проявляются опосредованно, передаваясь через электромагнитное поле на корпус машины.

Метод определения неисправностей путём анализа спектра питающих токов основан на том, что неисправности в работе электрической и механической частей электродвигателя и связанного с ним устройства приводят к изменениям магнитного потока в зазоре электрической машины а, значит, к модуляции входного тока. Измерение сетевого напряжения позволяет определить его не симметрию и наличие несинусоидальности (которые возникают при работе с частотными регуляторами) — т.е. факторов, которые влияют на срок службы двигателя. Измерения могут быть выполнены при подключении датчиков тока и напряжения непосредственно в клеммной коробке электродвигателя или в щите питания, без изменения режима работы привода.

В настоящее время существует несколько стационарных и переносных измерительных комплексов различных фирм, реализующих данный метод диагностики. Среди них российские: СД-21 Ассоциации «Вибро Акустические Системы и Технологии» (СПб) (рис.1г.), A17-U8/ЗЭТ ЗАО «Электронные технологии и метрологические системы» (Москва) (рис.1д.), КДРМ, ШДРМ приборостроительный завод «Вибратор» (СПб) (рис.1в,е.), K-5101 ООО «Витэк» (СПб) (рис.1ё.), и иностранные EXP4000 SKF Baker (рис.1а.), MCEmax PdMA (рис.1б.), AnomAlert GE Bently Nevada (рис.1ж.), Fluke-435 (рис.1з.).

На предприятии судоремонта ОАО «СПО «Арктика» осуществляется внедрение технологии ремонта электрооборудования по техническому состоянию с применением диагностических методов неразрушающего контроля. Выполнение этих задачи направлено на дальнейший переход предприятия от концепции среднего и текущего ремонтов судового электрооборудования к сервисному техническому обслуживанию по результатам диагностики электрооборудования.

Лаборатория диагностики предприятия располагает приборами для анализа вибрационных параметров СД-21, АГАТ-М, SVAN-956, К-5101, и электрических- МСЕ мах, PXI, Fluke. Предприятие занимается средним ремонтом и восстановлением технической готовности судового электрооборудования. Данный пример приведён для одномашинного преобразователя 50-400 Гц, мощностью 250 кВт.

Описание задачи. После регламентных работ по восстановлению посадочных мест и замены подшипников, была выполнена балансировка преобразователя и доводка преобразователей по виброшумовым характеристикам.

Существенного снижения вибрации на оборотной частоте балансировкой добиться не удалось, т.к. наблюдались значительные изменения значений амплитуды и фазы во времени (рис.2а).

Дополнительные проверки показали, что высокие уровни значений амплитуды и фазы регистрируются только на работающем преобразователе и при снятии напряжения уровни амплитуды и фазы резко уменьшаются (рис.2б).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector