СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ СТАТОРА НА РАБОТАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЕ Российский патент 2003 года по МПК H02K15/00 

Изобретение относится к области электротехники, к способам диагностики электрических машин, преимущественно турбо- и гидрогенераторов электростанций.

Дефекты ослабления креплений конструктивных частей статоров являются частой причиной аварийных остановов генераторов электростанций. На начальных этапах развития эти дефекты приводят к появлению виброударных процессов в статоре с частотой следования ударов, равной двойной частоте тока статора. Например, ослабление прессовки стали сердечника приводит к распушению зубцов крайних пакетов активной стали в форме освобождения от взаимосвязи отдельных листов стали, составляющих зуб, что вызывает вибрацию отдельных свободных листов стали, их соударения и излом. Вследствие выкрашивания стали неоднократно имели место тяжелые аварии генераторов мощных энергоблоков с повреждением корпусной изоляции стержней обмотки и выгоранием стали. Эти обстоятельства делают актуальной проблему ранней диагностики дефектов статора на работающей электрической машине.

Известен способ обнаружения дефектов статора на работающем генераторе, в котором изменяют активную нагрузку генератора и измеряют электрические параметры режима его работы, а также измеряют с помощью вибродатчиков на корпусе генератора диагностический параметр виброакустических колебаний, реагирующий на появление виброударных процессов в статоре. По значению виброакустического диагностического параметра судят о наличии дефектов статора, а также о необходимости проведения ремонтных работ /см. Статью Могилева Г.К. "Оценка состояния прессовки активной стали сердечника статора на работающих турбогенераторах" в книге: "Конференция молодых специалистов электроэнергетики - 2000. 18-22 сентября 2000 г. Сборник докладов". -М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2000/.

Недостаток этого способа в том, что измерения диагностического параметра проводятся безотносительно к значениям реактивной мощности, характеризующей уровень возбуждения генератора, и безотносительно к значениям температуры генератора. В то же время в патенте РФ 2035113 указывается, что значение виброакустического диагностического параметра существенно зависит от уровня возбуждения и температуры генератора. Это приводит к пропуску дефектов при использовании способа.

Наиболее близок к заявляемому способ обнаружения дефектов по авт. св. СССР 1080091, в котором изменяют уровень возбуждения генератора и измеряют электрические параметры режима его работы, а также измеряют с помощью вибродатчиков, установленных на спинке сердечника статора, диагностический параметр виброакустических колебаний, реагирующий на появление виброударных процессов в статоре. По значению виброакустического диагностического параметра судят о наличии дефектов статора.

Недостаток способа по авт. св. СССР 1080091 в том, что не учтено влияние температуры генератора на значение виброакустического диагностического параметра, что также приводит к пропуску дефектов.

Цель изобретения - повышение достоверности диагностирования виброударных дефектов статора на работающем генераторе и обеспечение раннего их выявления.

Для достижения поставленной цели на работающей электрической машине измеряют и изменяют электрические параметры режима работы машины, измеряют с помощью вибродатчиков, установленных на конструктивных частях статора, диагностический параметр виброакустических колебаний, характеризующий наличие виброударных процессов в статоре, определяют по значению виброакустического диагностического параметра наличие дефектов статора. Для повышения достоверности диагностики и обеспечения раннего выявления дефектов статора дополнительно измеряют температуры электрической машины, проводят оценку теплового состояния сердечника статора и проводят измерения электрических параметров режима работы машины, а также измерение виброакустического диагностического параметра при температуре сердечника статора ниже номинальной. Кроме того, для повышения достоверности диагностирования и обеспечения условий распознавания источника виброударного процесса измерения электрических параметров режима работы машины и виброакустического диагностического параметра проводят при практически стабильной температуре сердечника статора с отклонениями не более ±3^oС от средней. Для оценки теплового состояния статора и стабильности его температуры измеряют температуру хладагента, входящего в каналы охлаждения сердечника статора, или непосредственно температуру активной стали сердечника, которая функционально связана с температурой хладагента. Указанные температуры могут быть измерены одновременно. Для распознавания источника виброударного процесса поддерживают активную нагрузку машины практически неизменной и изменяют реактивную нагрузку, по результатам измерений определяют зависимость виброакустического диагностического параметра от реактивной мощности машины и судят об источнике виброударного процесса по виду зависимости, например, определяют знак производной в зависимости виброакустического диагностического параметра от реактивной мощности. Нарастание виброакустического диагностического параметра по мере уменьшения реактивной мощности (то есть отрицательный знак производной) указывает на то, что источником виброударного процесса является не обмотка статора, а его сердечник.

Сущность происходящих процессов, например, для дефекта распушения крайних пакетов сводится к следующему.

В условиях работы с температурой хладагента и, следовательно, сердечника статора существенно ниже номинальной происходит дополнительное ослабление прессовки сердечника за счет его температурного сжатия, что способствует выявлению дефекта распушения активной стали статора на самых ранних стадиях его зарождения.

Выполнение измерений при стабильной температуре статора повышает точность определения виброакустического диагностического параметра и достоверность диагностики, так как значение виброакустического диагностического параметра существенно зависит от температуры сердечника.

Увеличение интенсивности виброударного процесса с уменьшением реактивной мощности для дефекта распушения активной стали объясняется увеличением аксиальных сил, действующих на листы стали, по мере снижения реактивной мощности /см. книгу Вольдека А.И., Данилевича Я.Б., Косачевского В.И., Яковлева В. И. Электромагнитные процессы в торцевых частях электрических машин. -Л.: Энергоатомиздат, 1983. Главы 9, 10/. Другим источником виброударов могут быть стержни обмотки статора в случае ослабления их креплений. Но сила ударов стержней зависит от квадрата тока статора, а он по мере снижения реактивной нагрузки уменьшается, причем незначительно. Следовательно, отрицательный знак производной в зависимости виброакустического диагностического параметра от реактивной мощности указывает на то, что источником виброударного процесса служит сердечник обмотки статора.

Способ осуществляется следующим образом, например, на турбогенераторе ТВВ-320-2, имеющим следующие технические характеристики: номинальная активная мощность - 300 МВт, номинальное напряжение - 20 кВ, номинальный ток статора - 10,2 кА. Сердечник статора охлаждается газом (водородом). Температура холодного газа измеряется на входе газа в сердечник статора четырьмя термопреобразователями сопротивления, далее ТС. Номинальная температура холодного газа 40^oС. Допускается работа генератора с температурой холодного газа до 20^oС. Температура сердечника статора измеряется девятью ТС, установленными непосредственно на активную сталь сердечника. Средняя температура сердечника в номинальном режиме нагрузки составляет 61^oС. Генератор оснащен штатными приборами для измерения активной и реактивной мощности, напряжения и тока статора, температур охлаждающих сред и активных частей генератора. Генератор имеет устройство регулирования тока возбуждения генератора, чем обеспечивается изменение реактивной мощности. Ключ управления током возбуждения выведен на пульт управления.

Генератор работает в сети с нагрузкой 100 МВАр, 260 МВт. Для обнаружения дефектов статора с помощью штатных средств измерений генератора измеряют активную и реактивную мощности генератора, ток и напряжение статора, температуры холодного газа и сердечника статора. Результаты измерений приведены в графе 1 таблицы. Здесь указаны: реактивная мощность - Q, активная мощность - Р, напряжение статора - U_cт, ток статора - I_ст, средняя температура холодного газа - Т_хг, средняя температура активной стали статора - Т_ст, значение виброакустического диагностического параметра - ВДП.

Как видно из результатов измерений температура сердечника статора существенно ниже номинальной, что обеспечено работой при низкой температуре холодного газа, которая существенно ниже номинальной.

С помощью известной аппаратуры и известными методами, например описанными в упомянутой ранее статье Могилева Г.К., с помощью датчиков на корпусе статора измеряют значение виброакустического диагностического параметра.

Ключом управления током возбуждения генератора последовательно изменяют реактивную нагрузку генератора и выполняют измерения на ступенях реактивной мощности 75 МВАр, 50 МВАр, 25 МВАр, 0 МВАр. Результаты измерений приведены в таблице.

Как видно из таблицы с уменьшением реактивной мощности значение виброакустического диагностического параметра монотонно возрастает и в режиме с реактивной нагрузкой, равной нолю, превышает свое первоначальное значение в 53 раза, что указывает на наличие виброударного дефекта в статоре. Факт возрастания виброакустического диагностического параметра по мере уменьшения реактивной мощности указывает на то, что источником виброударного процесса является сердечник статора.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к способам диагностики электрических машин. Технический результат изобретения, заключающийся в повышении достоверности диагностирования виброударных дефектов статора, достигается за счет того, что в способе обнаружения дефектов статора на работающей электрической машине, в котором измеряют и изменяют электрические параметры режима работы машины, измеряют на конструктивных частях статора диагностический параметр виброакустических колебаний, характеризующий наличие виброударных процессов в статоре, определяют по значению виброакустического диагностического параметра наличие дефектов статора, измеряют температуры электрической машины, проводят оценку теплового состояния сердечника статора и проводят измерения электрических параметров режима работы машины, а также измерение виброакустического диагностического параметра при температуре сердечника статора ниже номинальной. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ обнаружения дефектов статора на работающей электрической машине, в котором измеряют и изменяют электрические параметры режима работы машины, измеряют на конструктивных частях статора диагностический параметр виброакустических колебаний, характеризующий наличие виброударных процессов в статоре, определяют по значению виброакустического диагностического параметра наличие дефектов статора, отличающийся тем, что измеряют температуры электрической машины, проводят оценку теплового состояния сердечника статора и проводят измерения электрических параметров режима работы машины, а также измерение виброакустического диагностического параметра при температуре сердечника статора ниже номинальной. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерения электрических параметров режима работы машины и виброакустического диагностического параметра проводят при практически стабильной температуре сердечника статора с отклонениями не более ±3^oС от средней. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что поддерживают активную нагрузку машины практически неизменной и изменяют реактивную нагрузку, по результатам измерений определяют зависимость виброакустического диагностического параметра от реактивной мощности машины и судят об источнике виброударного процесса по виду этой зависимости.