Средства и методы контроля состояния отдельных узлов.

Сер­дечник статора. Ослабление прессовки сердечника приводит к его повышенной вибрации, которая контролируется специальными датчиками, установленными на корпусе машины. Повреждение межлистовой изоляции приводит к местным перегревам, которые контролируются либо термодатчиками, установленными в активной стали статора, либо тепловизорами, либо с помощью специальных термоиндикаторных покрытий. Эти покрытия наносятся на поверхность критических по перегревам узлов машины, и при достижении предельной температуры выделяют определенные газы и аэрозоли, которые выявляют при химическом анализе охлаждающего газа. На разные узлы машины наносятся покрытия различного химического состава, что позволяет не только зафиксировать местные перегревы, но и идентифицировать их источники. Кроме покрытий на опасные места могут устанавливаться термочувствительные «этикетки», изменяющие свой цвет при превышении по­лового значения температуры места установки. Осмотр «этикеток» возможен только во время ревизии на остановленной машине.

Обмотка статора. Контроль теплового состояния обмотки осуществляется либо с помощью встроенных датчиков температуры, либо с помощью тепловизоров, либо путем химического анализа охлаждающего газа, в котором находятся продукты терми­ческого разложения изоляции. По концентрации продуктов разло­жения можно судить о степени перегрева изоляции. Контроль за местными перегревами можно проводить с помощью нанесения термоиндикаторных покрытий или термочувствительных «этикеток».

Контроль состояния изоляции осуществляется анализаторами |ЧР, измеряющими интенсивность частичных разрядов. Сигналы на анализатор поступают от емкостных датчиков связи, устанав­ливаемых под пазовым клином. Существующие анализаторы ЧР позволяют распознать следующие дефекты обмотки статора: ос­лабление крепления обмотки в пазу, повреждение полупроводящего покрытия, расслоение или плохая пропитка изоляции, от­слоение меди от корпусной изоляции, существенный износ изо­ляции, ослабление крепления обмотки. В связи с высокой инфор­мативностью анализаторы ЧР получили широкое распростране­ние в системах диагностики крупных электрических машин.

Частичные разряды приводят к появлению озона в охлажда­ющем газе. Большая концентрация озона свидетельствует о нали­чии частичных разрядов в изоляции, связанных с повреждением полупроводящего покрытия.

Воздушный зазор. Контроль воздушного зазора осуществляется с помощью систем оптического контроля, имеющих точность 0,05 мм при пределе измерения 40 мм. С помощью таких систем, имеющих датчики на статоре и роторе, удается выявить радиаль­ные колебания статора, неравномерное расширение статора при Нагревании, динамические изменения воздушного зазора при из­менениях режима работы и биение вала.

В последнее время широко используются системы контроля воздушного зазора гидрогенераторов на базе емкостных датчиков. Они проще оптических и позволяют обойтись только датчиками, установленными на статоре.

Подшипники и подпятники. Для определения состояния подшип­ников осуществляется непосредственный (путем установки дат­чиков на баббитовых вкладышах) или косвенный (измерение температуры масла на входе и выходе подшипника) тепловой конт­роль, а также контроль вибрации.

Отдельно следует сказать о широко применяемых в настоящее время системах вибродиагностики. Эти системы позволяют получать достоверную информацию о наличии следующих дефектов: разбалансировка ротора, несоосность вала, неравномерность воз­душного зазора, дефекты уплотнений, трещины в роторе, струк­турные резонансы и ряд других.

На базе комплекса методов выявления дефектов созданы авто­матизированные системы контроля состояния крупных электри­ческих машин. Так, созданная в России система СКДГ контроли­рует температуру, электрические и механические параметры и вы­дает предупредительные и аварийные сигналы при выходе изме­ряемых величин за допустимые пределы. Система имеет 120 кана­лов контроля, обрабатывает и сохраняет данные измерений и по­казатели режимов работы.

Наиболее универсальной в настоящее время считается разра­ботанная по заказу EPRI система HYDROSCAN (фирма «МСМ Enterprise Ltd», США). Система включает сканирующее устрой­ство, являющееся по существу диагностической системой состоя­ния статора и ротора гидрогенератора. Устройство (рис. 1) со­стоит из комплекта датчиков, стабилизатора питания, телеизме­рительной системы, управляющего контроллера и пульта управ­ления. Измерение температуры на статоре производится со сторо­ны ротора, а температуры ротора — со стороны статора.

Рис. 1. Устройство диагностиче­ской системы HYDROSCAN:

1 — стабилизированный источник пи­тания; 2 — спицы ротора; 3 — полюса ротора; 4 — приемник сигналов дат­чиков, установленных на роторе; 5 — статор; 6 — линейка датчиков;

Сканирование поверхности расточки статора производится дат­чиками 6, установленными на роторе в межполюсном простран­стве. Имеется 14 полос измерения температуры, обегающих все пазы статора (соответствует 7056 точкам измерения температуры на сердечнике статора). Частота опроса по пазам составляет 1 кГц, чувствительность — 1 °С на площади длиной 2,5 см и шириной, равной ширине зубца.

Развивающиеся повреждения стержней обмотки статора гид­рогенератора, которые сопровождаются частичными разрядами в изоляции, определяются с помощью радиочастотных датчиков. Для получения большей чувствительности и точности фиксации места разряда эти датчики устанавливают на оси полюса. Кроме того, контроль за частичными разрядами ведется с помощью емкостных датчиков, встроенных в пазы статора.

Контроль величины воздушного зазора осуществляется двумя индуктивно связанными катушками, закрепленными в воздуш­ном зазоре. Разрешающая способность измерений воздушного за­зора составляет 0,64 мм. В зазоре измеряется также вращающаяся составляющая магнитного поля (по трем осям с помощью датчи­ков Холла), позволяющая выявить витковые замыкания в катуш­ках статора.

Выявление ослабления пазовых клиньев, крепления лобовых частей и вибрации сердечника статора осуществляется путем ана­лиза шума с помощью трех микрофонов, установленных в блоке датчиков. В блоке датчиков установлены также акселерометр для измерения вибрации ротора, устройство питания датчиков и оп­товолоконное устройство передачи данных на приемник 4.

Система диагностики (сканирующее устройство является ее частью) контролирует температуру воздуха в воздушном зазоре, состояние подшипников и щеточно-контактного аппарата.

Основным направлением развития систем диагностики явля­ется автоматизация. Примером автоматизированных систем может служить система SUPER, установленная на одной из канадских ГЭС (рис. 2).

Рис. 2. Расположение датчиков в диагностической системе SUPER:

1 — датчики температуры обмотки статора; 2 — датчики температуры охлаждающей воды; 3 — датчик температуры охлаждающего возду­ха; 4 — датчик температуры окру­жающего воздуха; 5 — емкостные Датчики смещения; 6 — датчики вибрации на подпятнике(вибрации на оборотной частоте и частоте се­ти); 7— датчики вибрации (по двум осям в горизонтальной плоскости); 8 — датчики температуры корпуса Подшипников, масла и охлажда­ющей воды; 9 — датчики темпера­туры масла и виброускорения в подпятнике; 10 — датчики смещения; 11— датчики вибрации вала; 12 — Датчики положения направляющего аппарата; 13 — датчики состояния I кольцевого уплотнения турбины

Система контролирует следующие характеристики основных узлов гидроагрегата.

Генератор:

измерение температуры обмотки статора (датчики 1), охлаж­дающей воды (датчики 2), охлаждающего (датчики 3) и окружа­ющего (датчики 4) воздуха;

положение ротора относительно статора (датчики 5);

напряжение и силу тока обмоток статора и ротора, активную и реактивную мощность генератора, коэффициент мощности;

вибрации на оборотной частоте и на частоте сети (датчики 6 на верхнем подшипнике).

Подшипники:

вибрации по двум осям в горизонтальной плоскости (датчики 7);

температуру на корпусе подшипников, температуру масла и воды охлаждающей системы (датчики 8);

вибрации на подпятнике (датчики 9), а также расход масла в системе смазки и воды в системе уплотнения.

Возбудитель генератора:

износ щеток (по температуре контактных колец);

частоту вращения.

Кроме того контролируется работа гидротурбины и направля­ющего аппарата (датчики 10... 13).

Система SUPER фиксирует каждую минуту 52 механических и 10 электрических параметров и содержит 50 уставок на сигнал. В основной процессор данные передаются обычно один раз в час. В случае срабатывания какой-либо из уставок (сигнал тревоги — выход контролируемого параметра за допустимые пределы) в процессор передаются данные за предыдущий час работы. Математическое обеспечение позволяет обрабатывать и передавать сигналы датчи­ков, отбирать их для базы данных, осуществлять постоянный кон­троль и анализ в режиме «on-line» и проводить специальные тесты.

В системах функциональной диагностики нашли широкое при­менение устройства контроля химических и механических приме­сей в охлаждающем газе, позволяющие определять перегревы изо­ляции (по продуктам ее тепловой деструкции или по продуктам разложения термочувствительных покрытий) и степень ее меха­нического износа (по составу и количеству механических приме­сей). Эти устройства могут быть как стационарными (для постоян­ного контроля состояния изоляции), так и переносными (для пе­риодического контроля состояния изоляции).

Применение систем функциональной диагностики совместно с испытаниями и проверками во время ревизий и осмотров по­зволяет максимально увеличить межремонтный период, а при не­обходимости проведения ремонта более точно определить место и степень повреждения, минимизировав тем самым его объем и время проведения.