УДК 620.9.002.56

Э.И. Абдрашитов, А.В. Самородов, Н.А. Молчанов

 

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

 

Филиал ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате

 

В работе проведен анализ достоинств и недостатков современных методов оценки технического состояния и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации асинхронных электродвигателей.

Ключевые слова: электродвигатель, диагностика, техническое состояние, ремонт, вибродиагностика, высшие гармоники, магнитное поле.

 

Создание современных энергосберегающих электротехнических систем и повышение  надежности современных систем производства и распределения электроэнергии и экономической эффективности производства немыслимы без перехода на ремонт по текущему состоянию [1]. Традиционный планово-предупредительный ремонт, который известен нам ещё с начала прошлого века, в современных жестких условиях повсеместной конкуренции и сопутствующей ей гонки технологичности производства становится излишне затратным, как экономически, так и по времени. Переход на ремонт по текущему состоянию из разряда роскоши перешел в разряд необходимости и эта необходимость особо остро проявляется при эксплуатации асинхронных двигателей. Ведь асинхронный двигатель – это самый массовый электромеханический преобразователь, использующийся на производстве. В Российской промышленности на его долю приходится порядка 60 % вырабатываемой энергии и он используется повсеместно, в том числе и на особо ответственных позициях, где как никогда важна возможность постоянного мониторинга оборудования без отрыва его от производства. Это, а так же переход на ремонт по текущему состоянию, требуют современных методов диагностики [2].

         На сегодняшний день известны следующие методы диагностики асинхронных двигателей: вибродианостика, тепловизионный контроль, диагностика состояния изоляции, анализ соединений железа в масле, измерение и анализ магнитного потока в зазоре статора, анализ вторичных электромагнитных полей машины, анализ электрических параметров машины [3].

         Наибольшее распространение получила вибродиагностика, то есть анализ вибрационных параметров в различных местах электродвигателя. Существуют следующие вибрационные параметры: виброскорость, виброускорение и виброперемещение [5]. Регистрируют среднеквадратические (действующие) значения и пик-фактор. Также распространение получили методы спектрального анализа, которые используют в качестве диагностических параметров значения амплитуды отдельных гармонических составляющих вибрационных сигналов. Однако, вибродиагностика имеет следующие недостатки: необходим непосредственный доступ к диагностируемому электродвигателю, электрические повреждения зачастую не могут быть выявлены по изменению вибрационных параметров, а так же существенны вибрации связанного с электродвигателем механизма. То есть, возможно ложное срабатывание, либо не обнаружение повреждения [6].

         Тепловизионный контроль эффективен для определения состояния подшипниковых узлов, однако он не подходит для обнаружения внутренних повреждений и требует непосредственного доступа к диагностируемому электродвигателю [1, 2].

         Диагностика изоляции методом частичных разрядов нашла широкое применение в диагностике электродвигателей. Однако, этот метод возможно использовать только при отключенном питании и он чувствителен к помехам, что несовместимо с мониторингом без остановки производства. Основная причина повреждений изоляции асинхронных двигателей – это механические и термические воздействия. От вибраций при высоких температурах изоляция трескается и расслаивается. Из-за этого в диэлектрике появляются частичные разряды, которые приводят к росту тока утечки и пробою изоляции. Следовательно, частичные разряды являются непосредственным признаком прогрессирующего дефекта. Диагностическими параметрами являются: характеристики частичных разрядов, коэффициент абсорбции, индекс поляризации, сопротивление изоляции обмотки, зависимость диэлектрических потерь от напряжения при повышенном напряжении и тангенса угла диэлектрических потерь [1, 3].

         Анализ содержания железа в масле широко используется для диагностики подшипниковых узлов электродвигателей. Но в этом методе делаются выводы о состоянии агрегата по косвенным признакам, что сильно сказывается на своевременности выявления прогрессирующего дефекта [7, 8].

         Измерение и анализ магнитного потока в зазоре двигателя и анализ вторичных электромагнитных полей получил распространение для машин высокого напряжения (от 6000 В и больше). Датчики магнитного поля необходимо устанавливать только при изготовлении агрегата, а датчики вторичных магнитных полей чрезвычайно чувствительны к внешним электромагнитным помехам. С помощью анализа спектра магнитного потока можно обнаружить асимметрию ротора и повреждение его стержней, перекос вала, дефекты подшипников и межвитковые короткие замыкания [9].

         Методы, основанные на анализе электрических параметров, то есть токов, напряжений и мощностей, являются наиболее удобными. Их возможно использовать без непосредственного доступа к диагностируемому оборудованию [10].

На сегодняшний день одним из перспективных методов оценки технического состояния асинхронного электродвигателя является спектральный метод, основанный на анализе взаимосвязи параметров высших гармонических составляющих токов, потребляемых двигателем электропривода [11]. В отличии от вибрационного метода диагностики, спектральный метод позволяет исключить преобразование механических колебаний в электрический сигнал, определять как механические, так и электрические повреждения, осуществлять удаленный контроль технического состояния асинхронного электродвигателя, работающего в труднодоступных местах или во взрывопожароопасных условиях [12]. Несмотря на перечисленные достоинства спектрального метода диагностики, для доведения его до широкого практического промышленного применения необходимо решить ряд важных задач, связанных с выделением информативных параметров из широкого спектра гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода [12].

 

Список литературы

 

1. Баширов, М.Г. Современные методы оценки технического состояния и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом / М.Г. Баширов, И.В. Прахов // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. – Астрахань:
изд-во АГУ. – 2010. – №3. – С. 7-14.

2. Прахов, И.В. Оценка поврежденности насосных агрегатов по значениям параметров гармоник токов и напряжений электропривода: дис. … канд. техн. наук: 05.26.03 / Прахов Иван Викторович. – Уфа, 2011. – 165 с.

3. Прахов, И.В. Современные методы оценки технического состояния насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом / И.В. Прахов,
М.Г. Баширов // Повышение надежности и энергоэффективности электро-технических систем и комплексов. – Уфа: изд-во УГНТУ. – 2010. – С.41-45.

4. Пат. №2431152. Российская Федерация. Способ диагностики механизмов и систем с электрическим приводом / И.Р. Кузеев, М.Г. Баширов,
И.В. Прахов, Э.М. Баширова, А.В. Самородов. – № 2009143292/28; заявл. 23.11.2009; опубл. 10.10.2011. Бюл. №28.

5. Прахов, И.В. Методы оценки технического состояния нефтегазового насосно-компрессорного оборудования / И.В. Прахов, М.Г. Баширов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2010.
– №3. – С. 12-17.

6. Баширов, М.Г. Разработка метода количественной оценки технического состояния кабельных линий 6 кВ / Ф.Ш.Ж.Д.К. Новикова, М.Г. Баширов, И.В. Прахов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2015. – №4. – С. 33-38.

7.   Прахов, И.В. Влияние частотно-регулируемого электропривода на генерацию высших гармоник в электрической сети /  И.В. Прахов, Р.Р. Кутьянов,
А.Г. Бикметов // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – №8. – С. 63-67.

8. Прахов, И.В. Влияние режимов работы и характерных повреждений насосно-компресорного оборудования с электрическим приводом на генерирование высших гармонических составляющих токов и напряжений / И.В. Прахов, М.Г. Баширов  // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2010. – №4. – С. 18-21.

9. Максютов, Р.Р. Выбор интегральных критериев для определения технического состояния машинного агрегата с электрическим приводом / Р.Р. Максютов, И.В. Прахов, А.В. Самородов // Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов. – Уфа: изд-во УГНТУ. – 2014.
 – С. 160-162.

10. Баширов, М.Г.  Спектральный метод диагностики насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом / М.Г. Баширов, И.В. Прахов // Научные труды SWORLD. – 2010. – №3. – С.14-15.

11. Баширов,  М.Г. Разработка интегральных критериев для оценки технического состояния и ресурса машинных агрегатов нефтегазового производства / М.Г. Баширов, И.С.  Миронова // Научные труды НИПИ «Нефтегаз» Государственной нефтяной компании Азербайджанской Республики (Баку). Т. 1. – 2015. – С. 46-55.

12. Прахов, И.В. Анализ взаимосвязи параметров высших гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, с режимами работы и характерными повреждениями машинных агрегатов / И.В. Прахов, М.Г. Баширов, А.В. Самородов // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2011. –  №1. – С. 62-69.