Основные причины поломки вращающихся электрических машин и инструменты для их предотвращения
Пример вращающейся электрической машины
Вращающиеся электрические машины (ВЭМ) — генераторы, синхронные компенсаторы, электродвигатели разной мощности — работают в условиях больших токов и вибраций. В настоящее время существует тренд к увеличению мощности и стоимости некоторых ВЭМ. Все шире используются генераторы мощностью 1000 МВт, напряжением 20 кВ и стоимостью более $1 млн. Итогом роста мощности является увеличение тепловыделения, нагрузки на обмотки и статор, повышение вероятности повреждения изоляции и выхода ВЭМ из строя.
- слишком высокие нагрузки;
- скачки и нессиметрия (ассиметрия) напряжений и токов;
- блуждающие токи;
- гармонические искажения;
- проблемы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, или PWM).
Перегрузка как причина выхода из строя электродвигателя
Температурная деградация обмотки электродвигателя в результате перегрузки
Возникает из-за нагрузки выше расчетной и проявляется снижением крутящего момента и нагревом. Примерно 30% отказов электродвигателей связано с этой проблемой. При превышении температуры на 40 градусов Цельсия сверх нормальной для ВЭМ срок службы изоляции снижается примерно в 30 раз. Перегрузка приводит к чрезмерному нагреву отдельных деталей. Обнаружить это можно с помощью тепловизионного мониторинга и по превышению потребляемого тока. В последние годы на рынке появились новые компактные тепловизоры, которые хорошо подходят для регулярного обследования электрооборудования, например первый в мире мультиметр-тепловизор Fluke 279 FC.
Почему важна диагностика качества электроэнергии
Деградация части обмотки в результате неравномерного напряжения между фазами
Асимметрия напряжений и токов возникает, когда параметры трех фаз отличаются, что приводит к механической поломке ВЭМ, колебаниям крутящего момента и чрезмерному нагреву части обмоток. Например, из-за плохого контакта может увеличиваться сопротивление одной из обмоток, что приводит к росту силы тока на обмотках с меньшим сопротивлением. В результате появляется асимметрия тока, и некоторые обмотки подвергаются большей нагрузке и начинают чрезмерно нагреваться, даже при идеально сбалансированном напряжении.
Блуждающие токи — еще одна проблема, которая плохо поддается профилактике. Они возникают из-за разности потенциалов, могут проходить сквозь защитное заземление, приводить к быстрому питтингу (коррозии) подшипников, перегреву обмоток ВЭМ и отключению оборудования, причем причину такого отключения очень сложно обнаружить.
Инструменты для диагностики качества электроэнергии
Диагностика проводится по множествам параметров с помощью специальных приборов, таких как линейка анализаторов качества электроэнергии от компаний PITE Tech и Fluke Inc. Трехфазный регистратор потребляемой мощности Fluke 1738 в режиме online регистрирует более 500 параметров качества электроэнергии. Данные можно отправлять в базу данных для последующего анализа. Анализатор PITE-3561-3000A способен выполнить длительный мониторинг до 40 суток с записью результатов на карту памяти. Зачастую именно в ходе изучения статистики измерений обнаруживаются гармонические искажения, асимметрия тока или другие проблемы.
Анализаторы качества электроэнергии
Проблемы с широтно-импульсной модуляцией (PWM) возникают в результате рассогласования нагрузки из-за неправильных установки и выбора компонентов или износа оборудования. Итогом может быть пробой изоляции обмоток ВЭМ. Для выявления проблемы используются цифровые осциллографы, такие как Fluke ScopeMeter 190. Также применяются специализированные приборы, например ручной детектор PDS Insight для диагностики частичных разрядов, разработанный компанией HVPD для тестирования ВЭМ.
Приборы, которые помогут выявить пробой изоляции и проблемы с ШИМ
Рекомендации по поддержке работоспособности вращающихся электрических машин
Эксперты Fluke рекомендуют придерживаться четырех главных правил, которые помогут избежать поломки ВЭМ и отключения оборудования.
Прежде всего, нужно документировать технические характеристики и производительность оборудования. Также следует документировать результаты измерения ключевых параметров работы оборудования после установки, ремонта и обслуживания, замены узлов. Это создаст «точки отсчета», которые помогут анализировать изменение параметров с течением времени.
Нужно создать справочную базу данных измерений, чтобы быстро выявлять негативные тенденции в изменении параметров работы ВЭМ.
На основе статистики измерений необходимо определить базовый тренд, отклонение от которого может означать проблему в работе ВЭМ. Это важно для своевременного выявления неисправности и ее устранения до того, как она приведет к остановке оборудования.
Если вам нужна профессиональная консультация, просто отправьте нам сообщение:
Смотрите также:
