Эксплуатация генераторов - Новые отечественные методы диагностики гидрогенераторов

Виброакусттеский контроль ослабления прессовки зубцовой зоны крайних пакетов сердечника статора ГГ. Качество прессовки пакетов активной стали сердечника статора является одним из показателей эксплуатационного состояния ГГ. Наиболее высокие требования предъявляются к качеству прессовки зубцовой зоны крайних пакетов шихтованного сердечника (в практике эксплуатации ГГ имели место аварии, связанные с выкрашиванием листов из зубцов с ослабленной прессовкой за счет повреждения ими изоляции стержней на выходе из паза обмотки статора) Виброакустический способ диагностики указанного дефекта позволяет регулярно следить за техническим состоянием зубцовой зоны, не нарушая нормального процесса эксплуатации генератора.
Ослабленный зубец состоит из ряда консольно закрепленных пластин, длина консоли которых определяется степенью распушения. Аксиальное магнитное поле рассеяния частотой 50 Гц, проходящее через пластины зубца, приводит к возникновению силы, действующей на каждый листок зубца и вынуждающей его колебаться с удвоенной частотой поля.
При малой длине освобожденной части листа собственная частота изгибных колебаний значительно больше частоты вынуждающей силы, поэтому амплитуда колебаний равна величине статического отклонения. При увеличении длины освобожденной части листа, что соответствует большей степени распушения, амплитуда колебаний листа превышает величину его статического отклонения. Это приводит к возникновению ударов верхнего листа по нижнему при обратном ходе, что в виброакустическом сигнале выражается в скачкообразном увеличении среднеквадратического значения виброускорения в области высоких частот.
Связь среднеквадратического значения виброакустического сигнала, излучаемого зубцом в области высоких частот, с величиной индукции магнитного поля и техническим состоянием зубца лежит а основе виброакустической диагностики зубцовой зоны крайних пакетов сердечника статора.
Среднеквадратичное значение виброускореиня измеряется в режиме XX без возбуждения (опорный режим) и в режиме XX с номинальным возбуждением. Пьезоэлектрический акселерометр вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный виброускорению в точке установки. По антивибрационному кабелю сигнал подается на предварительный усилитель. Фильтр высоких частот подавляет шумовые помехи низкочастотной области, не имеющие отношения к процессам в зубцовой зоне. В качестве автономного измерительного прибора используется стандартный шумомер с закороченной интегрирующей цепочкой на входе. Результаты обработки сравниваются с критериями эксплуатационного состояния зубцовой зоны крайних пакетов статора.
Контроль за оборотной вибрацией для оценки технического состояния ротора ГГ. Наиболее механически нагруженным узлом ротора является обод, шихтованный из сегментов и стянутый в вертикальном направлении шпильками. Между ободом и спицами создается радиальный натяг. По мере старения генератора под воздействием центробежных сил на полюсы и обод ротора происходит обмятне краев отверстий в сегментах для стяжных шпилек. Увеличение отверстий в сегментах обода приводит к потере жесткости, смещениям обода и появлению на ранее сбалансированном роторе механического небаланса.
Характерным диагностическим признаком этого дефекта считается прямолинейная зависимость амплитуды оборотной вибрации от квадрата частоты вращения. Дефект устраняется балансировкой ротора.
Оборотная вибрация возрастает при увеличении зазора генераторного подшипника. Диагностическим признаком считается увеличение оборотной вибрации на различную величину, выявленную при замерах в двух точках подшипника, расположенных под углом 90°, в радиальном направлении.
В этих и других случаях изменения фазового угла, амплитуды оборотной вибрации ротора предлагается использовать виброизмерительную установку. Датчиками вибрации, установленными на генераторном подшипнике, служат пьезоакселерометры. В одноканальном приборе сигнал усиливается и при необходимости дважды интегрируется. Сигнал виброускорения, скорости или перемещения подается на ЭВМ, где программно обрабатывается с выводом результатов.
Метод позволяет установить периодический контроль за вибросостоянием узлов агрегатов и дает дополнительную информацию, необходимую для оценки возможности работы агрегата до очередного ремонта.
Система централизованного контроля температуры гидрогенераторов. Температурный контроль мощных генераторов осуществляется автономно с помощью установок А 701-03 Разработана простая система централизованного контроля температурного режима генераторов электростанций с использованием установок А 701-03, персонального компьютера, специального адаптера связи для компьютера и контроллеров сопряжения. Достоинством системы является возможность контроля с одного рабочего места температурного режима до 16 генераторов.
Под управлением программного обеспечения персональный компьютер последовательно опрашивает контроллеры сопряжения, которые передают ему накопленные данные о температуре генераторов. Адаптер связи является 16-канальным коммутатором с гальванической развязкой. Он осуществляет последовательный перебор каналов связи. Контроллеры сопряжения в соответствии с циклом установки А 701-03 заносят в свою оперативную память данные о температуре в измеряемых точках генератора и по команде компьютера передают эти данные, используя канал связи. Компьютер анализирует базу данных, предупреждая оператора о выходе температуры за установленные пределы.
Программное обеспечение системы температурного контроля предназначено: для оперативного слежения за значениями температуры в контрольных точках генераторов; для накапливания информации о значениях температуры контрольных точек генераторов в базе данных; для обеспечения вывода из файлов базы данных в виде таблиц или графиков зависимостей этих температур от времени.
Период сканирования датчиков температуры контрольных точек генератора задается целым числом минут (от 1 до 15) для каждого из генераторов отдельно. Список контролируемых генераторов формируется произвольно.
В отечественной энергетике можно отметить локальную систему диагностического обслуживания гидрогенераторов Красноярской ГЭС. Лаборатория технической диагностики функционирует с 1972 г. и в плановом порядке решает различные диагностические задачи, в том числе осуществляет вибрационную диагностику обмотки и сердечника статора, выявляет закупорки полых элементарных проводников стержней обмотки статора, оценивает тепловое состояние по данным штатной установки СТК-400 и цветовых термоиндикаторов, пополняет банки диагностических данных. В лаборатории осваиваются новые диагностические методы, в частности методы для хроматографического анализа газовыделяющих термоиндикаторов, внедряется опытная установка контроля перегревов на основе ионизационной камеры. Рекомендации лаборатории технической диагностики учитываются при планировании ремонтов ГГ. Но опыт Красноярской ГЭС остается до некоторой степени уникальным.
Диагностика ГГ за рубежом. При отсутствии на ГЭС необходимых систем контроля компания АВВ рекомендует в первую очередь: установить дополнительные термодетекторы (в доступных местах сердечника статора, сегментах подшипников) я сконцентрировать выводы от них в удобном месте, установить вибродатчики с системой обработки данных измерений и отображения результатов, систему контроля частичных разрядов, систему контроля воздушного зазора (реагирующую на эксцентриситет статора и ротора) для генераторов большого диаметра с относительно малым зазором; разработать график периодического отбора проб и анализа масла из подшипников; определить все необходимые для сравнения в дальнейшем характеристики каждого генератора ГЭС.
Разработанные в последние годы способы выявления дефектов основных узлов на ранней стадии их развития без полной разборки машины представлены в табл. 13.

Таблица 13
Способы выявления дефектов основных узлов гидрогенераторов

* Способ контроля, выявляющий данный дефект, находится в стадии экспериментальной проверки.

За рубежом

За рубежом освоены и другие методы:
измерение высокочастотных разрядов, надежно выявляющее дефекты изоляции стержней и токоведущих частей;
определение плотности заклиновки стержней статора в пазу с помощью устройства, состоящего из бойка с электромагнитным приводом и анализатора шумов, возникающих при ударах;
проверка усилия прессовки стали сердечника статора, производимая устройством, сходным со штангенциркулем, который вводится в расточку статора и охватывает через вентиляционные каналы отдельные пакеты стали;
контроль состояния сердечника статора при малых значениях индукции. В настоящее время фирма Adwel Industries (Великобритания) выпускает широко используемые в мире портативные устройства контроля сердечника статора E1CID (электромагнитный детектор дефектов сердечника). При этом контроле намагничивающая обмотка создает в сердечнике магнитный поток с индукцией порядка 0,1-0,2 Тл. Контур тока, циркулирующего при замыкании отдельных пластин сердечника через стяжную призму и место замыкания, вызывает поток рассеяния, фиксируемый измерительной катушкой.
Для намагничивания вспомогательного накладного ярма с намотанной на него катушкой возбуждения магнитного потока используется методика с возбуждением только части сердечника статора. Дефект обнаруживает себя изменением потока рассеяния, которое выявляется схемой компенсации по величине и фазе протекающего в индикаторной катушке тока.

Такая методика  уменьшает время обследования гидрогенератора до одной смены  потребляемую мощность - на три порядка.
Обследования генераторов с целью определения их работоспособности дополняются результатами непрерывного контроля их состояния в работе. Контроль пазовых и частичных разрядов выявляет ослабление креплений обмоток в пазу, ухудшение состояния полупроводящего покрытия, расслоения изоляции. Широкое распространение за рубежом получил анализатор частичных разрядов, выпускаемый в Канаде фирмой FES International. Для измерения частичных разрядов используются емкостные датчики («куплеры»), размещаемые как на лобовых частях обмотки, так и в пазах.
Перегрев обмотки во время работы контролируется штатными технологическими средствами, учитывающими, например, разницу в тепловых характеристиках различных частей обмоток и сердечника и использующими группирование точек контроля по зонам аналогичных тепловых характеристик или разницу в динамике нагрева различных точек для повышения информативности измерений.
Контроль воздушного зазора выявляет очень опасные дефекты, которые могут привести к авариям с задеванием ротора за статор, с разрушением обмоток, стали статора и полюсов. Для этого используются как оптические, так и емкостные датчики фирмы Vibro-Meter (Канада). В настоящее время емкостные датчики установлены более чем на 70 гидрогенераторах Канады и США (максимальное число датчиков на одной машине - 12).
Наиболее надежным способом непрерывного контроля состояния многих узлов гидроагрегата является измерение вибрации. Известно, что около 90 % дефектов в гидроагрегатах возникают из-за механических воздействий и могут быть выявлены при измерениях вибрации. В частности, таким образом определяется состояние крепления обмотки в пазах и лобовых частях.
В настоящее время самое сложное из устройств непрерывного контроля - сканирующая система, разработанная в США. Для выявления местных нагревов статора в этой системе используется линейка термоэлектрических датчиков, установленная на роторе в междуполюсном пространстве так, чтобы постоянно сканировать поверхность расточки статора.
Развивающиеся повреждения стержней обмотки, сопровождающиеся частичными или пазовыми разрядами в изоляции, выявляются радиочастотным датчиком, представляющим собой дипольную антенну с ферритовым сердечником.
Воздушный зазор изменяется двумя индуктивно связанными катушками, закрепленными в зазоре. В зазоре определяется также вращающаяся составляющая магнитного поля, выявляющая замыкание витков в катушках статора. Кроме того, измеряются составляющие магнитного поля по всем трем осям. При этом используются датчики Холла.
Для выявления ослабления клиньев, лобовых частей, вибрации сердечника статора служат три акустических датчика - микрофона Вибрация ротора измеряется с помощью датчика ускорения, смонтированного в блоке датчиков междуполюсного пространства Гам же размещено устройство питания датчиков и микроволновый передатчик или вход оптической телеметрической системы, с помощью которых данные передаются с ротора на статор.
Кроме того, система контролирует температуру воздуха в зазоре, работу подшипников, щеточно-контактного аппарата, КПД турбины, появление кавитационных явлений в ней.