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.

Если вам нужна профессиональная консультация, просто отправьте нам сообщение:

- Email
- Confirm

* - Обязательное для заполнения
Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

 

Последние новости

29.06.2022

В компанию «СвязьКомплект» поступил запрос от компании “Россети Сибирь” на оснащение воздушных линий электропередач (ЛЭП) 10 и 110 кВ индикаторами короткого замыкания.

06.06.2022

Новые тепловизионные камеры промышленного применения китайского производителя Jiahehengde доступны в России! Оборудование сертифицировано и доступно под заказ!  

25.05.2022

Поиск мест повреждений кабельных линий распределительных сетей низкого напряжения является серьезной проблемой, а с учетом их распространенности, это может служить причиной значительного недоотпуска электроэнергии потребителям.

12.05.2022

Профессиональное высоковольтное оборудование b2 electronic GmbH (Австрия), предназначенное для испытания и диагностики высоковольтных кабельных линий доступно для заказа! Цены снижены и зафиксированы до конца года. Сроки поставки основной номенклатуры – около 2 недель.

12.04.2022

Нормальная эксплуатация силовых трансформаторов предполагает своевременное проведение диагностики и ремонтов. На практике используются различные методы диагностики, определяющие состояние тех или иных узлов и систем трансформатора. В ряду применяемых методов диагностики измерение температуры является самым быстрым. Измеряют температуру поверхности открытых конструктивных элементов, температуру охлаждающего масла и температуру функциональных узлов внутри трансформатора.

07.04.2022

Одним из ключевых вопросов, влияющих на надежность распределительной сети, является вопрос поиска поврежденных линий. Традиционные методы поиска места неисправности могут полагаться только на внешний осмотр во время патрулирования линии. Это сопряжено с необходимостью иметь в штате персонал, ответственный за поиск неисправностей, что приводит к дополнительным затратам человеческих, материальных и финансовых ресурсов. Поиск места повреждения занимает время и особенно осложнен в труднодоступных местах и в условиях неблагоприятных погодных условий.

23.03.2022

В данной статье описаны этапы тестирования кабельной линии на наличие частичного разряда под рабочим напряжением, в режиме онлайн. При построении ветровых электростанции (ВЭС) широко используется так называемый блочный (модульный) принцип построения главных схем, когда три или несколько генераторов соединяются с трансформатором и образуют энергоблок, как показано на схеме ниже.

14.03.2022

Защита трансформаторного масла от насыщения влагой имеет решающее значение для надежной работы трансформатора. Увлажнение масла приводит к снижению его диэлектрической прочности, а повышенное насыщение масла кислородом воздуха приводит к ускоренному окислению меди. Эти два фактора способствуют снижению ресурса изоляции трансформатора и в конечном счете приведет к пробою изоляции обмоток и аварии трансформатора. Поэтому важно, чтобы...

24.02.2022

С каждым годом неуклонно растет потребление электроэнергии. Увеличивается нагрузка на всю систему электроэнергетики, в том числе и на кабельные линии передачи. Вопрос повышения надёжности кабельных систем не теряет своей актуальности.

22.02.2022

Острая необходимость в устройствах индикации повреждений на воздушных линиях вызывает рост предложения в этом сегменте рынка. Применение таких новейших систем защиты, как нейтрализаторы замыкания на землю (GFN) не снижают потребности в индикаторах короткого замыкания, так как место повреждения, в любом случае, необходимо определить. Именно по этому внедрение ИКЗ является очень актуальным направлением.

Заказать звонок

- Email
- Confirm
Имя *
Номер телефона *
E-mail *
Комментарий *
Согласие на отправку персональных данных *


* - Обязательное для заполнения