Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Зміст

Вступ

Розглянуто різні методики контролю ізоляції електрообладнання, а зокрема ізоляції статора генератора. Запропоновано критерії, згідно з якими визначається стан ізоляції і подальша доля її експлуатації в тій чи іншій електроустановці. Так само запропоновані комплексні рішення контролю ізоляції, розглянуті способи запобігання виникненню дефектів ізоляції.

Ключові слова: ізоляція, генератор, метод часткових розрядів, опір, напруга.

1. Актуальність теми

На сьогоднішній день більшість електростанцій в країнах колишнього СРСР і західного зарубіжжя є тепловими. А як відомо більшість електростанцій за винятком АЕС обладнані генераторами. Експлуатація генератора супроводжується не тільки виробленням електроенергії, але і обслуговуванням генератора, контролем різних його параметрів, виявленням дефектів та їх усуненням і т. п. В моїй магістерській роботі розглядаються методики контролю ізоляції статора генератора, а зокрема програмні рішення, які дозволяють комплексно давати оцінку станом ізоляції генератора. Варто відзначити, що на сьогоднішній день запропоновано чималу кількість способів вирішення даної проблеми. Однак всі сучасні новаторські рішення засновані на класичних методиках, таких як методу часткових розрядів, вимірювання опору ізоляції, вимірювання напруги ізоляції.

2. Дослідження

2.1 Випробування підвищеним опором

В ході магістерської роботи було вивчено безліч методик. Почнемо з класичних. Розглянемо методику оцінки стану ізоляції за допомогою опору. Під час ремонту або діагностики вимірюють опір ізоляції обмотки кожної вази або паралельної гілки обмотки статора при з'єднанні з корпусом всіх інших гілок і фаз (рис1). Варто зазначити, що у генератора опір ізоляції обмотки статора не має яких–або нормованих значень, показання, отримані в результаті нинішніх вимірювань, завжди зіставляються з показниками, які мали актуальність до сьогоднішніх тестів ізоляції. Однак є межа, у вигляді R60=Unom∗(1000+0,01∗Snom) значення якого має бути не нижче 0,5 МОм.

До прикладу розглянемо вимірювання опір ізоляції обмотки статора турбогенератора з безпосереднім водяним охолодженням.

Вимірювання опору відбувається без води. Вимірювання проводяться за допомогою вольтметра постійного струму з внутрішнім опором 50–100 кОм, для чого вимірюють напругу між контактними кільцями. По мимо цього, в статорі стоять термоиндикаторы, які часто можуть бути пошкодженими, тому що б визначити їх стан, виконують вимірювання опору ізоляції термоиндикаторов по відношенню до корпусу мегаомметрами 250–500 В. В даному випадку опір має бути не менше 0,5–1 МОм.

Фази обмотки статора генератора з безпосереднім охолодженням

Малюнок 1 – Фази обмотки статора генератора з безпосереднім охолодженням

Показником стану ізоляції є коефіцієнт абсорбції. При температурі 15–30 ℃ для неувлажненных обмоток цей коефіцієнт знаходиться в межах 1,2–2. Коефіцієнт зволожених обмоток близький одиниці.

2.2 Випробування підвищеною напругою

Під час діагностування генератора перед введенням в експлуатацію використовують перевірку обмотки статора або ротора підвищеним напругою, з причини того, що існують дефекти ізоляції, які неможливо виявити шляхом перевірки підвищеним опором або візуальним оглядом. Точна величина підвищеної напруги визначається такими параметрами як потужність, напруга, типу системи охолодження, конструкції і інших параметрів. Обмотка статора зазнає випробування підвищеною напругою змінного струму з частотою 50 Гц, рівним 1,5–2 Unom протягом 1 хвилини після зупинки машини. Випробування проводять в гарячому стані і до очистки від бруду. Так само в якості додаткового іспиту, проводиться перевірка випрямленою напругою, рівним 2,5–3 Unom протягом 1 хв. Переваги випробування випрямленою напругою полягають в більш високій ефективності контролю ізоляції лобових частин завдяки більш рівномірному розподілу випробувальної напруги по їх поверхні, так само до переваги даного методу можна віднести виявлення потенційних дефектів ще на ранніх стадіях розвитку.

< p>використовуючи схему випробування обмотки статора генератора підвищеною напругою змінного струму, представлену на рис.3, розберемо процес вимірювання поетапно.

Схема випробування обмотки статора генератора підвищеною напругою змінного струму

Малюнок2 – Схема випробування обмотки статора генератора підвищеною напругою змінного струму

К підвищуючему випробувальному трансформатору підводиться лінійна напруга Uл=380 В. В якості регулятора напруги даного виступає реостат Рр, робота якого відображається на вольтметре V1. Розрядник РЗ з іскровим проміжком служить для запобігання підвищення випробувальної напруги вище допустимої величини. Даний розрядник працює з напругою, що перевищує випробувальне на 10%. З того моменту як було прикладено лінійну напругу, по ланцюгу випробувального пристрою протікає випрямлений струм значної величини. Цей струм складається з зарядного струму і струму абсорбції. Геометричні параметри ізоляції обмотки і її розташування роблять сильний вплив на величину зарядного струму. У свою чергу струм абсорбції виникає через перерозподіл зарядів між внутрішніми неоднорідними шарами ізоляції. З моменту подачі струму в ланцюг протягом 2–3 хвилин струм витоку в залежності від мінімуму вологості та інших факторів досягає сталої величини. При наявності яких–або дефектів в ізоляції, що протікає через неї струм, змінює темп свого падіння. Порівняння такого струму між фазами може дати характеристику про стан ізоляції. Самим явним ознакою наявності дефектів в ізоляції є велика різниця між струмами витоку по фазах. Зазвичай різниця в 1,5–2 рази між струмами витоку по фазах говорить про те, що є дефекти в ізоляції, підлягають негайному усуненню.

Існує також метод випробування підвищеною напругою змінного струму, проте є відмінності застосовно до генераторів з водяним охолодженням. Весь період випробування повинен супроводжуватися безперервним циркулированием води в обмотці статора, в іншому випадку температура води підніметься до 95 ℃ і спровокує пошкодження ущільнювачів колекторів обмотки.

2.3 Метод часткових розрядів

Будь–яку оцінку стану обладнання на кількість контрольованими параметрами можна виконати тільки на основі зіставлення даних і безпосереднього їх порівняння, при цьому свіжі дані, отримані в результаті вимірювань, повинні зіставлятися з опорними даними, в якості яких зазвичай виступають порогові значення. Порогові значення повинні інтегрально відповідати зміні категорій якості обладнання. Кількісні значення порогів вважають нормовані і виступають опорним стандартом для різних видів електрообладнання.

Метод часткових розрядів сам по собі не передбачає стандартних нормованих значень. Однак існують локальні нормовані значення і рекомендації властиві різним видам електрообладнання. Виходячи з цих нюансів кількісна оцінка стану ізоляції того ж генератора може проводитися тільки на основі порівняння свежеполученних вимірювань і вимірювань минулих випробувань. Тобто варто сказати, що стан ізоляції не оцінюється за одне випробування в цілому, а простежується залежність її стану від часу, шляхом збору свідчень контрольованих параметрів в різні періоди часу. В кінцевому підсумку формується залежність зміни таких параметрів від часу, що називається тимчасовим трендом.

Така методика вимірювань підходить для різного устаткування, і будь–якого діагностичного методу, в тому числі і для методу часткових розрядів, що і робить такий спосіб вимірювань універсальним.

< p>використання тимчасового тренда, для оцінки стану обладнання за частковими розрядами, передбачає коректний вибір розрахункових параметрів, властивий тому чи іншому обладнанню.

< p>частковий розряд вимірюється пікокулонах. Пикокулоном визначається заряд, який несе в собі кожен імпульс часткового розряду. Варто відзначити той факт, що іноді часткові розряду вимірюються і в мВ. Однак застосування мВ повноцінно неможливо в часовому аналізі з причини того, що в даному виді вимірювань можна зняти лише одну конкретну характеристику імпульсу часткового розряду, але не можна зафіксувати інші імпульси в тій же дефектної зоні і в інших зонах ізоляції, якщо декілька дефектів. Як показує практика, велика кількість імпульсів з короткою амплітудою завдає більш значної шкоди ізоляції електроустаткування, ніж поодинокі імпульси з більшою амплітудою.

Буде правильніше, якщо проводити аналіз наявності часткових розрядів в ізоляції на основі енергетичних параметрів. Енергетичні параметри включають в себе кількісну характеристику, а також дозволяють побачити енергію кожного окремо взятого імпульсу. Фізично, при кожному імпульсі часткового розряду додатково вводиться з джерела випробувальної напруги в контрольований об'єкт уявний заряд, при цьому такий заряд в контрольований об'єкт інжектується миттєво і залежить від фазового кута напруги живлення мережі. Це говорить про те, що величина енергії, додатково вводиться обладнання і виділяється в зоні дефекту, дорівнює заряду, помноженому на миттєве значення прикладеної напруги.

Повна енергія часткових розрядів вважається як сума всіх імпульсів. Якщо таку енергію поділити на повний час підсумовування, то отримаємо потужність часткових розрядів, або іншими словами втрата енергії на часткові розряди:

pic3

где P – потужність розрядів, W;

Т – час спостереження, с.;

M – число спостережених імпульсів зв час Т

QiVi – енергія i–го імпульса.

Деякі стандарти містять енергетичний параметр під іншим позначенням, а саме як PDI –Partial Discharge Intensity, що в перекладі означає Як інтенсивність часткових розрядів. Даний параметр передбачає тільки діючу однакову напругу для всіх імпульсів. Практика показала, що похибка між двома параметрами в різних стандартах становить не більше 20%. Така похибка вважається оптимальною для оцінки стану ізоляції.

Параметр PDI відноситься до групи основних параметрів, що застосовуються для оцінки інтенсивності часткових розрядів в контрольованому об'єкті. Основний критерій, що характеризує швидкість розвитку дефектів в ізоляції, це тренд зміни параметра PDI. Якщо величина PDI зберігає значення const в межах всього інтервалу вимірювань, то можна говорити про справності ізоляції електричної машини. Якщо ж const не зберігається, то слід розглядати ізоляцію на наявність дефектів.

Кількісна оцінка завжди відносна. Її використання робить обмежено можливою відсутністю достовірних і універсальних критеріїв, порогів якості. Тільки наявність явно вираженої тенденції в збільшенні інтенсивності часткових розрядів може слугувати достовірною ознакою наявності небезпечних і розвиваються дефектів в ізоляції електричної машини.

2.4 Експертні системи

Прикладом системи моніторингу часткових розрядів в ізоляції обмотки До таких система можна віднести систему MDR від бренду DIMRUS. А якщо точніше, то повна назва цієї системи MDR–3/UHF. Працює система на основі високочастотних трансформаторів струму. Одним з переваг такої системи є простота установки, а до недоліків можна віднести порівняно низьку чутливість. Варто відзначити, що перераховані вище переваги і недоліки визначається типами датчиків часткових розрядів. Що б підвищити загальний рівень чутливості системи, була реалізована функція підключення вимірювальних конденсаторів зв'язку. Конденсатори зв'язку значно підвищують чутливість системи до виникнення дефектів, навіть якщо дефектне місце знаходиться значно далеко від датчика. Висока чутливість таких датчиків пояснюється тим, що вони є найбільш низькочастотними датчиками з усіх застосовуваних для реєстрації часткових розрядів. Чим нижче частота, тим менше загасає сигнал в зубцово–пазовій структурі статора.

  1. Перша відмінна риса MDR –3 / UHF це наявність реєстраційної апаратури. Така апаратура працює в діапазоні частот від 0,5 до 1500 МГц. Реєстраційна апаратура дозволяє досліджуваній експертній системі з максимальною чутливістю фіксувати дефекти ізоляції як всередині пазів, так і в лобових частинах.
  2. Друга перевага – це застосування електромагнітних антен в якості датчиків ЧР. Така антена являє з себе провідник у високовольтної ізоляції, прокладений по колу статора в зоні лобових частин обмотки. Антена проста в конструкції, надійна, не має гальванічного зв'язку з обмотками машини, що має місце при використанні конденсаторів зв'язку. По мимо цього використання електромагнітних антен дозволяє не відключати конденсатори зв'язку якщо проводяться високовольтні випробування статора.
    Система MDR–3/UHF

    Малюнок 3 – Система MDR–3/UHF"
    (анімація: 10 кадрів, 5 циклів повторення, 27,1 кб)

  3. Третя особливість полягає в тому, що електромагнітна антена, встановлена на лобових частинах обмотки статора, забезпечує однакову чутливість до дефектів у всіх фазах і секціях обмотки статора, так само дозволяє реєструвати ЧР в обмотці ротора, це пояснюється тим, що антена розташована на невеликій відстані від всіх обмоток. Крім того, оскільки максимальна відстань від місця виникнення часткових розрядів до кільцевої антени не перевищує половини довжини одного провідника, прокладеного в пазу статора, то і до цих дефектів електромагнітна антена має високу чутливість. Використовуючи тимчасову різницю приходу імпульсів до лобових частин обмотки можна визначати місце виникнення дефекту ізоляції в пазу статора.
  4. 4 Четверта особливість полягає в тому, що електромагнітна антена захищена металевими кришками, які повністю закривають усі лобові частини електричної машини. Таке рішення дозволило зробити антену малочутливі до високочастотних перешкод, що з'являються ззовні електромагнітним шляхом.

Висновок

Висновок. На момент написання даного автореферату, магістерська робота не була закінчена і в майбутньому передбачає розрахунок моделі поведінки ізоляції генератора в тих чи інших режимах роботи. Були викладені основні методики для забезпечення контролю ізоляції, запропоновані різні рішення від комерційних організацій, такі рішення ґрунтуються на методі часткових розрядів і за основу беруть класичні методики в поєднанні з сучасним обчислювальним та датчиками.

Список джерел

  1. Профилактические испытания изоляции оборудования высокого напряжения, Бажанов С.А., М., ЭНЕРГИЯ, Москва 1968 г.,72 с.
  2. Обслуживание электрических подстанций/ О.В. Белецкий, С.И. Лезнов, А.А Филатов. – М.: Энергоатомиздат, 1985, – 416 с.
  3. Обслуживание генераторов, Чернев К.К. – М.: Энергоатомиздат, 1989 г., 592 с.
  4. Электрические системы и сети, Идельчик В.И. Учебник. – М.: Высшая школа, 2003. – 463 с.
  5. Электрические машины, Кацман М.М. Учебник. – М.: Высшая школа, 2003. – 463 с.
  6. Рожкова Л.Д., Козулин В.С., Электрооборудование станций и подстанций 3–е изд., перераб. и доп. Учебник для техникумов. М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.
  7. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Учебник для вузов – 2–е изд. М. Энергоатомиздат, 1986. – 640 с.
  8. Сайт компании DIMRUS Измерение частичных разрядов в изоляции статоров высоковольтных электрических машин [Электронный ресурс] – Режим доступа: Компания DIMRUS – (дата обращения: 15.10.18).
  9. Сайт компании DGM KZ Краткая информация о частичных разрядах (ЧР) и их измерении [Электронный ресурс] – Режим доступа: Компания DGM KZ – (дата обращения: 17.10.18).
  10. Выдержка из книги Бажанов С.А. Профилактические испытания изоляции оборудования высокого напряжения [Электронный ресурс] – Режим доступа: Большая энциклопедия нефти и газа – (дата обращения: 14.11.18).
  11. Выдержка из книги Бажанов С.А. Профилактические испытания изоляции оборудования высокого напряжения [Электронный ресурс] – Режим доступа: Большая энциклопедия нефти и газа – (дата обращения: 10.12.18).
  12. Сушка изоляции генераторов [Электронный ресурс] – Режим доступа: Электронный ресурс KazEDU – (дата обращения: 16.12.18).