Авторы: П. А. Маткин, В. Н. Овсянников
Источник: Источник: Международная научно-практическая конференция молодых ученых с международным участием Россия молодая
Бесперебойная работа электростанций зависит не только от основных агрегатов, но и в значительной степени от механизмов собственных нужд, непосредственно связанных с работой отдельных агрегатов. Вспомогательное оборудование, установленное на корпусах котлоагрегатов, не имеет резервных механизмов. Поэтому выход из строя электродвигателя дутьевого вентилятора, дымососа или вентилятора горячего дутья приводит к останову одного корпуса котла, снижая мощность блока вдвое.
Повреждаемость высоковольтных электродвигателей собственных нужд значительно повышает число отказов основного электрооборудования [1]. Статистика показывает, что число отказов электродвигателей возрастает в связи с переводом мощных блоков в режим регулирования графика нагрузки энергосистем и увеличением числа включений электродвигателей.
В решении данной проблемы велико значение технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов, которые позволяют в эксплуатации на технически допустимом уровне.
Таким образом, задача обеспечения высокой экономии работы электродвигателей собственных нужд решается двумя способами:
Обеспечению надежности электродвигателей предшествует обычно разработка методов и средств определения их надежности, включая выбор математического аппарата теории надежности, разработку методов и средств испытаний, создание систем диагностики эксплуатационного состояния электродвигателей на электростанциях.
Были рассмотрены типы применяемых электродвигателей собственных нужд электростанции и характер их отказов.
В качестве электропривода на механизмах котельного и турбинного оборудования установлены асинхронные и синхронные электродвигатели напряжением 6 кВ мощностью от 200 до 800 кВт. Электродвигатели имеют различное исполнение: защищенное, закрытое, с вертикальным и горизонтальным расположением вала, широкий диапазон частоты вращения – от 100 до 3000 об/мин, различные системы охлаждения [2].
Температурный контроль обмотки и железа статора осуществляется на электродвигателях типа АТД-2 5-го габарита мощностью 3200-5000 кВт; АВ-8000/6000; ВАН-173/39-10 и СДСЗ-2000-100.
Температурный контроль подшипников имеется на всех типах электродвигателей. Для электродвигателей с замкнутой системой вентиляции осуществляется тепловой контроль горячего и холодного воздуха.
Одним из основных факторов повреждения обмотки статора являются электродинамические воздействия от пусковых токов. При пуске электродвигателя, а также при переключении с одной частоты вращения на другую в обмотке протекает ток в 5,5-7 раз превышающий номинальный, что соответствует увеличению динамических усилий в обмотке статора в 30-49 раз. Эти усилия действуют, в основном, на лобовые части обмотки, вызывая их деформация, образование местных дефектов изоляции и трещин. По этой причине до 60% повреждений происходит на электродвигателях МВ (так как они пускаются в день 3-5 раз). Частые повреждения при пусках характерны для электродвигателей БН, ЦЭН, ДМ, Д. Повре-ждения обмотки статора двухскоростных электродвигателей ДВ происходят, как правило, при переключении с одной скорости на другую.
Основные причины, приводящие к снижению уровня изоляции: увлажнение, коммутационные перенапряжения, нагрев и температурные деформации, воздействие масла, динамические воздействия и старение изоляции. Состояние поверхности изоляции значительно ухудшается при одновременном воздействии влаги и пыли.
Наиболее характерные и часто встречающиеся в практике эксплуатации повреждения беличьих клеток заключается в обрыве стрежней. Обрыв стержня может произойти либо в пазовой части, либо на выступающем из активной стали конце, причем при обрыве стержня на выступающем конце бывают два случая: обрыв на выходе из паза, что встречается очень редко, и отрыв стержня от короткозамыкающего кольца. Одной из причин повреждения обмотки ротора является ослабление стержней в пазу, что приводит к увеличению вибраций. Главными факторами повреждения короткозамкнутых клеток следует считать деформа-ции и разрывы деталей клеток от механических перенапряжений вследствие действия высоких температурных нагревов стержней и колец в процессе пуска двигателя [3]. Разность температур приводит к различному удлинению верхних и нижних частей стержня. При этом наибольшее напряжение возникает в верхних слоях стержней, из-за чего в этой зоне возникают трещины. Следует отметить, что 80% всех повреждений короткозамкнутой обмотки происходит именно из-за обрыва стержней. Наиболее часто повреждаются электродвигатели механизмов Д, ДВ, ДМ, БН так как именно у них тяжелый и длительный пуск. Например, пуск электродвигателя ДАЗО-1949-8/10 на низшей скорости без механизма 4,1 с, с механизмом 26,5 с.
При определении причин повреждения беличьих клеток следует иметь в виду, что данное повреждение является результатом совместного действия различных факторов.
Для всех двигателей характерной причиной повреждения является пробой изоляции в коробке выводов, так как стандартные оконцеватели выводных концов не обеспечивают надежный контакт с кабелем и резиновая изоляция выводных концов обмотки статора быстро пересыхает.
На электродвигателях и приводных механизмах применяются подшипники качения и скольжения. У подшипников скольжения основной неисправностью является перегрев подшипников. Повышенная вибрация, некачественная центровка валов и неравномерность воздушного зазора так же являются причиной повреждения, что чаще всего встречается у электродвигателей.
Анализ основных причин и характер отказов электродвигателей собственных нужд электростанции показал, что повреждение узлов электродвигателей распространены в следующей последовательности от общего числа повреждений: обмотка статора – 50%; вывода – 12%; подшипники – 11%; обмотка ротора – 10% ; система охлаждения ротора и статора – 7% ; железо статора, ротора, вал – 10%. Причины повреждения: заводской дефект – 44%; недостаток эксплуатации – 16%; недостаток ремонта – 10%; старение изоляции – 8% ; перенапряжения – 5%; неустановленные – 17%.
Из проведенных исследований видно, что 44% всех повреждений электродвигателей в год происходит из-за заводских дефектов. Это свидетельствует о то, что конструкция и исполнение многих электродвигателей не расcчитаны на работу в режиме частых пусков и переменных нагрузок.
В результате статистического анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы: анализ возможных механизмов развития отказов показывает, что при работе электродвигателей собственных нужд в режиме частых пусков, кроме обмотки статора, слабым местом являются: для двигателей серии ДАЗО и АТД и других – короткозамкнутая обмотка ротора; для двигателей типа ДСЗ шаровых мельниц – недостаточная прочность и низкая нагревостойкость выводных концов секции обмотки; для всех типов электродвигателей – недостаточные сечения и гибкость выводных проводов обмотки статора и ненадежные соединения их с кабелем в коробке выводов.
Повышение надежности работы электродвигателей собственных нужд электростанции.- Энергетика и электрификация, 1980, C.I2-I5.
Надежность асинхронных электродвигателейКиев: Техника: 1983, с.60-86.