Третья предпочтительная тема “Современные методы, технологии и средства для испытаний электрических машин, отключенных от сети (off-line), и мониторинг их в процессе работы (on-line) с целью уменьшения объемов работ по поддержанию их работоспособности ”.
По этой теме было представлено шесть докладов:
11 - 301 Разработка и экспериментальная проверка методов диагностики гидрогенераторов (Австрия, Швейцария).
11 - 302 Технология измерений и алгоритмы оценки остаточного ресурса изоляции обмоток статоров (Румыния).
11 - 303 Информационно-диагностическая система для агрегатов ГЭС (Россия).
11 - 304 Об интерпретации “картины” частичных разрядов, измеренных на выводах электродвигателя (Италия).
11 - 305 Мониторинг (on-line) состояния изоляции обмотки турбогенератора (Япония).
11 - 306 Система непрерывного контроля уровня искрения в электродвигателях /MS 2 Ме/ (Испания).
Пять из этих шести докладов посвящены методологии интерпретации данных о состоянии машин, получаемых в процессе эксплуатации. Одна из основных идей этих докладов - использование нескольких источников данных для более достоверной оценки состояния обмотки или машины в целом. Такой подход обсуждался также в докладе 11 - 201.
Использование множества источников данных для оценки состояния предполагает использование интеллектуальных (экспертных) систем для обработки данных и последующей выдачи оператору или обслуживающему персоналу рекомендаций по выбору стратегии принятия решения.
В представляющем значительный интерес докладе 11-301 приводятся результаты экспериментального сопоставления различных систем диагностики состояния в процессе работы (мониторинга) гидрогенераторов-двигателей. Испытания проводились на двух генераторах-двигателях, установленных на ГАЭС Resin - Rich (Австрия):
33 ΜΒ·Α, 10,5 кВ, 50 Гц, 750 мин-1, в эксплуатации с 1968 г.;
42 ΜΒ·Α, 10,5 кВ, 50 Гц, 750 мин-1 в эксплуатации с 1980 г.
Режимы испытаний:
холостой ход при напряжении 0,5 и l,04t/H;
работа в сети с полной и частичной нагрузкой.
Основное внимание уделено сопоставлению нескольких систем контроля ЧР с различными частотными диапазонами.
В числе этих систем были:
а) две, применяемые персоналом ГАЭС: одна с диапазоном частот 40 - 350 МГц и двумя вариантами конденсаторов присоединения - 80 и 145 пФ; другая - модульная с предусилителями, имеющими диапазоны частот основного блока 40 - 800 кГц, первого предусилителя 0,02-1 МГц, второго 2-20 МГц (конденсатор присоединения 145 пФ и 1 нФ с активно-индуктивной RL цепью);
б) компьютерная система PAMOS фирмы АВВ с конденсатором присоединения емкостью 10 пФ и с высокочастотным трансформатором тока на стороне низкого напряжения; эти устройства рассчитаны на диапазон частот 10 - 30 кГц и могут устанавливаться на выводах высокого напряжения машины; сигналы от них передаются на процессор компьютера. Контроль ЧР сочетался с другими методами определения состояний машин. В их числе:
контроль нагрева обмоток и сердечника статора в пазовой части;
анализ наличия в охлаждающем воздухе продуктов, свидетельствующих о существовании местных перегревов обмоток статора и ротора, сердечника статора и других элементов;
контроль содержания в охлаждающем воздухе озона, свидетельствующего о наличии в машине коронирования и локальных разрядов;
специальный акустический метод контроля состояния сердечника и креплений обмотки статора.
Проведенные испытания и предшествующий опыт, по мнению авторов доклада, подтвердили высокую эффективность измерения частичных разрядов в процессе работы машины. Однако в связи с зависимостью полученных результатов от многих факторов (нагрузки, температуры, конструкции машины и др.) интерпретация полученных результатов измерения ЧР довольно сложна. Поэтому требуется, как это уже сделано фирмой АВВ, иметь развитую базу данных о типовых результатах при заведомо исправных состояниях машин. Кроме того, нужно сочетать измерения ЧР с другими методами диагностики и оценивать состояние машины по комплексу показателей. Следует отметить, что это положение достаточно хорошо известно и используется в практике оценки состояния гидрогенераторов и другого электрооборудования в России и в других странах. В докладе 11-301 отмечается целесообразность непрерывного или периодического контроля содержания в охлаждающем воздухе продуктов перегрева или износа элементов машины. Большое внимание также уделяется визуальному обследованию машин.
В докладе 11 - 302 анализируются различные методы контроля состояния изоляции обмоток статора турбо- и гидрогенераторов; обобщается опыт их применения в Румынии. При этом рассматриваются как методы контроля (испытаний) на отключенной от сети машине, так и методы мониторинга работающих машин. Рассматриваются методы контроля при приложении напряжения постоянного и переменного тока. При воздействии напряжения постоянного тока, наряду с традиционными показателями сопротивления изоляции, коэффициента абсорбции и показателя поляризации, определяются еще значения установившегося тока утечки и времени завершения неустановившихся процессов. Последние два показателя определяются расчетом по результатам измерения токов утечки при четырех-шести различных уровнях напряжения и при трех значениях времени с момента приложения напряжения. Если первые три показателя характеризуют в основном степень увлажненности изоляции, то последние два показателя, по мнению авторов, могут дать дополнительную ценную информацию об общем состоянии изоляции. Их низкие значения свидетельствуют о том, что изоляция находится в хорошем состоянии. Наблюдение за их изменением во времени позволяет оценивать степень старения изоляции.
При контроле состояния изоляции напряжением переменного тока особое внимание уделяется измерению ЧР и tg δ. Оба вида измерений осуществляются как на остановленных машинах, так и в процессе их работы.
На основании имеющегося у авторов доклада опыта испытаний и измерений на 140 турбо- и гидрогенераторах ими разработан проект рекомендаций по проведению работ, направленных на оценку состояния изоляции обмоток генераторов. Этими рекомендациями предусматриваются три стадии работ;
- проведение мониторинга (on-line) на работающих машинах традиционными средствами, обеспечивающими информацию об измеряемых показателях, понятную для персонала со средним уровнем подготовки;
- проведение периодически или разово, при превышении по одному или нескольким показателям установленных пределов, комплекса измерений на работающей машине специально подготовленным персоналом с использованием специальных средств;
- работы для принятия окончательного, хорошо обоснованного заключения на основании комплексного рассмотрения результатов контроля машин в процессе работы и дополнительных испытаний на остановленной машине.
При этом подчеркивается, что измерения при напряжениях постоянного и переменного токов взаимно дополняют друг друга. Кроме того, при сопоставлении ценности определения показателей состояния изоляции на работающей и на отключенной машине следует учитывать, что в первом случае части обмоток, близкие к нулевой точке, находятся под слабым потенциалом, а во втором - приложенное напряжение одинаково по всей длине обмотки.
В докладе 11 - 303 описана разработанная в России (ВНИИЭ и др.) и частично уже реализованная на двух станциях интеллектуальная информационно-диагностическая система для агрегатов ГЭС и ГАЭС. Система обеспечивает персонал данными, получаемыми от систем мониторинга и диагностики как на работающих (on-line), так и на выведенных из работы (off-line) агрегатах. Алгоритмы обработки данных базируются на отражении интеллектуального пути принятия человеком решений. Система используется для помощи персоналу в принятии решений по оптимизации планирования мероприятий по обслуживанию и ремонтам гидроагрегатов.
В докладе 11 -304 (Италия) рассматриваются вопросы измерения ЧР в статорных обмотках двигателей при их детектировании на внешних выводах статора. Показано, что на результаты измерения ЧР влияют схема и конструкция обмотки, а также тип применяемого провода. Отмечается также, что измерения ЧР на выводах обмотки могут неправильно отражать ЧР, происходящие собственно в обмотке, из-за искажающего влияния коронирования и разрядов в клеммной коробке и в подводящих кабелях. В связи с этим делается общий вывод о необходимости мероприятий по совершенствованию выводных коробок двигателей, систем присоединения кабелей и самих кабелей с целью уменьшения разности потенциалов между фазами и по отношению к земле.
В докладе 11 - 305 основное внимание уделено разработанным и применяемым в Японии двум методам контроля состояния изоляции обмоток статоров турбогенераторов в процессе их работы (on-line); а именно - новый способ измерения ЧР и химический анализ периодически отбираемых проб охлаждающего водорода.
Для измерения ЧР используются в качестве датчиков заложенные в пазы статора штатные термометры сопротивления. Высокочастотные составляющие импульсов, создаваемых ЧР, выявляются с помощью радиочастотных трансформаторов тока, присоединяемых вне генератора к кабелям, идущим от термометров сопротивлений.
Периодически отбираемые на работающем турбогенераторе пробы водорода подвергаются хроматографическому и масс-спектрографическому анализам. Этот способ, как известно, не является принципиально новым. Анализ водорода, отбираемого из общей системы охлаждения (в том числе и непрерывно) в том или ином виде, включая и спектрографичесские методы, уже давно используется для выявления повышенных нагревов, истирания изоляции и других дефектов в ряде стран мира, включая Россию.
В конце доклада авторы подчеркивают принципиально правильное и не новое положение о том, что оценку состояния изоляции обмотки статоров турбогенераторов (так же, как, добавим от себя, другого оборудования) следует производить на основании анализа комплекса различных диагностических показателей, включая применение для этой цели методов искусственного интеллекта (экспертных).
В последнем из рассматриваемой группы докладе 11 - 306 описывается разработанная и применяемая в Испании система контроля искрения в щеточно-контактных узлах электрических машин. Авторы доклада отмечают, что система обеспечивает высокую достоверность результатов. Разработана интеллектуальная система оценки динамики развития процессов и прогнозирования необходимых мер по устранению повышенного искрения и по дальнейшему обслуживанию щеточно-контактного узла. Доклад, в основном, посвящен применению этой системы для тяговых двигателей; однако разработанные метод и система применимы и к другим электрическим машинам, имеющим контактные кольца или коллекторы.
Из выступления было ясно, что методы оценки экономического ущерба от отказов требуют дальнейшего совершенствования.
Общим мнением было то, что решение о необходимости проведения тех или иных эксплуатационных или ремонтных мероприятий не должно приниматься на основании результатов определения только одного из диагностических показателей. Всегда необходима их проверка по другим показателям.
Оживленная дискуссия имела место в отношении использования термометров сопротивления в качестве датчиков для измерения ЧР. Хотя другие известные способы имеют преимущества по сравнению с использованием термометров сопротивления, общим мнением было то, что и этот способ заслуживает дальнейшего изучения.
Несмотря на имевшие место высказывания в пользу упрощения систем контроля, было признано, что только глобальные системы диагностики могут дать правильную оценку общего состояния обмоток. Дополнительные к мониторингу испытания необходимы для определения мест и характера дефектов. Подчеркивалось большое значение визуального обследования.
Среди других факторов, влияющих на качество данных, получаемых от систем мониторинга ЧР, особо отмечалось существенное значение для них конструкции выводов обмоток машин и формы волны напряжения.
Выводы
Изложенное свидетельствует о высокой ценности информации, получаемой участниками сессий СИГРЭ в области научно-технического прогресса по созданию все более совершенных электрических машин для нужд электроэнергетики, по разработке и внедрению мероприятий, направленных на повышение надежности их работы, в частности, на основе совершенствования и широкого внедрения современных методов и средств технической диагностики, в том числе в процессе работы машин.
Материалы сессии СИГРЭ 2000 г. должны быть тщательно изучены и использованы в работе отечественных НИИ, энергосистемами, электромашиностроительными заводами. При этом особое внимание должно быть уделено учету следующих основных положений, вытекающих из материалов сессии СИГРЭ и характеризующих мировые тенденции в области электрических машин для электроэнергетики:
продолжающиеся разработка и применение все более мощных турбогенераторов с воздушным охлаждением;
необходимость учета при проектировании новых машин особенностей их работы в энергосистемах, а также новых требований заказчиков и операторов энергосистем; продолжающиеся разработки и внедрение в опытно-промышленную эксплуатацию генераторов высокого напряжения, пригодных для присоединения к сети энергосистем без повышающих трансформаторов;
большое внимание, уделяемое разработкам методов и критериев оценки состояния генераторов и двигателей, длительно находящихся в эксплуатации, и путей продления сроков их жизни;
все возрастающее внимание к разработке и совершенствованию систем, методов и средств технической диагностики не только генераторов, но и электродвигателей; особенно интенсивное развитие мониторинга, т.е. контроля состояния машин в процессе их работы; постепенный переход на этой основе к системе обслуживания и ремонтов машин “по состоянию”;
возрастающее внимание к применению на ГРЭС и ГЭС регулируемых по частоте вращения агрегатов на базе асинхронизированных машин.
