Основные причины поломки вращающихся электрических машин и инструменты для их предотвращения

Работоспособность некоторых видов электрооборудования имеет первостепенное значение, и профилактика их неисправностей особенно важна. Рассмотрим основные причины поломки вращающихся электрических машин, а также инструменты, которые должны свести к минимуму время простоя дорогостоящего оборудования.

Причины выхода из строя вращающихся электрических машин
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.

Согласно данным компании Fluke Corporation, наиболее частыми причинами выхода из строя ВЭМ являются разрушение обмоток изоляции и поломка подшипников. Механические повреждения возникают из-за неправильного монтажа конструкций ВЭМ, свободного или несбалансированного хода вала, износа подшипников и т. д. Возникающие вибрации приводят к поломке двигателя. Механические проблемы можно выявить по сильной вибрации или избыточному тепловыделению. 
Среди основных причин повреждения изоляции специалисты Fluke выделяют следующие:
  • 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
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

Проблемы с качеством электроэнергии, от скачков напряжения и тока до гармонических искажений, вызывают повреждения изоляции ВЭМ. Выявить их можно в большинстве случаев только путём анализа качества электроэнергии на соответствие установленным нормам. По статистике компании – производителя электрооборудования BarkTech, мгновенные изменения напряжения и тока являются причиной 80% случаев простоя оборудования. Эти скачки могут длиться менее 1 миллисекунды, но при этом сокращать срок жизни оборудования в 2-3 раза. Проблема осложняется тем, что скачки могут происходить нерегулярно и иметь разные симптомы. Так, скачок может привести к пробою изоляции обмоток электродвигателя или появиться в управляющих кабелях — это не обязательно напрямую повредит оборудование, но может нарушить режим работы ВЭМ. 
Деградация части обмотки в результате неравномерного напряжения между фазами
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.

Гармонические искажения — это частотные помехи, которые отличаются от основной частоты цепи. ВЭМ не могут использовать «паразитные» гармоники из-за чего колеблется крутящий момент, перегреваются обмотки, появляется шум, начинает сбоить система управления. Итогом являются повреждение и пробой изоляции, остановка оборудования. Единого решения для борьбы с гармоническими искажениями, а также другими проблемами, связанными с изменениями параметров тока, не существует, поэтому необходимо обеспечивать постоянный контроль за качество электроэнергии. 
 

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
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
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.


 


Заказать звонок

- Email
- Confirm
Имя *
Телефон *
Комментарий
Согласие на отправку персональных данных *

* - Обязательное для заполнения