Разработка методов контроля состояния короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей собственных нужд электростанций

• Автор: Скоробогатов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 155 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ф ГЛАВА 1. КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ КОРОТКОЗАМНУТЫХ

4 ОБМОТОК РОТОРОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Статистическая оценка и анализ повреждаемости короткозамкнутых обмоток роторов высоковольтных электродвигателей.
1.2. Влияние конструктивных особенностей обмотки ротора на оценку потребности в ремонте асинхронного двигателя с учетом информации, полученной при проведении контроля состояния обмотки ротора.

1.3. Анализ принципов и устройств контроля состояния коротко

замкнутых обмоток роторов высоковольтных асинхронных электродвигателей

1.3.1. Требования, предъявляемые к принципам и устройствам

1.3.2. Классификация способов и устройств контроля.

1.3.3. Анализ способов и устройств ремонтного контроля.

1.3.4. Анализ способов и устройств оперативного тестового контроля
1.3.5. Анализ принципов и устройств функционального оператив
ного контроля
1.4. Пути решения проблемы создания эффективных способов и устройств контроля состояния короткозамкнутых обмоток роторов высоковольтных асинхронных двигателей
Выводы по главе 1.
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕЬ ДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ВОЗДУШНОМ ЗАЗОРЕ ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ОБРЫВАХ СТЕРЖНЕЙ
2.1. Постановка задачи
2.2. Разработка математических моделей токораспределения и магнитного поля короткозамкнутой обмотки ротора, имеющей оборванные
Ф стержни.
2.3. Анализ токораспределения и магнитного поля короткозамкну
той обмотки ротора, имеющей оборванные стержни. Выбор диагностического сигнала.
2.4. Анализ спектра временных гармоник диагностического сигнала, генерируемого фиктивной обмоткой ротора.
2.5 Определение диапазона частот диагностического сигнала, в котором заложена достаточная информация о состоянии каждого стержня
Выводы по главе 2
ф ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНЯ СКОЛЬЖЕНИЯ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЗАЗОРЕ И ТОКА СТАТОРА.
3.1. Постановка задачи.
3.2. Выбор источников временных гармоник магнитного поля в воздушном зазоре, которые несут информацию о скольжении
3.3. Определение параметров аналогоцифрового преобразователя и
ф записывающего устройства
3.3.1. Определение минимального значения частоты дискретизации.
3.3.2. Определение минимальной продолжительности записи сигнала
3.3.3. Определение требуемого объема памяти записывающего устройства
3.4. Исследование гармонического состава тока статора исправного двигателя с исправной обмоткой ротора на физической модели
3.4.1 Структурная схема испытательного стенда
3.4.2 База опытных данных
Ф 3.4.3 Обработка и анализ экспериментальных данных.
3.5. Разработка метода измерения скольжения на основе анализа
временных гармоник тока статора.
3.5.1. Основные положения метода.
3.5.2. Алгоритм измерения скольжения по току статора.
3.6. Исследование гармонического состава магнитного поля в воздушном зазоре с исправной обмоткой ротора на физической модели
3.6.1 Структурная схема испытательного стенда
3.6.2 База опытных данных
ф 3.6.3 Обработка и анализ экспериментальных данных.
3.7. Разработка метода измерения скольжения на основе анализа временных гармоник магнитного поля в воздушном зазоре двигателя
4 3.7.1. Основные положения метода
3.7.2. Алгоритм измерения скольжения.
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБМОТКИ РОТОРА АСИНХРОНф НОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
4.1. Постановка задачи.
4.2. Определение сигналовпомех и их спектров временных гармоник, создающих в сумме с диагностическим сигналом общее магнитное поле в воздушном зазоре машины.
4.2.1. Математическая модель магнитного поля в воздушном зазоре двигателя без учета насыщения
4.2.2. Магнитное иоле в воздушном зазоре реального асинхронно
го двигателя с учетом насыщения и эксцентриситета ротора
4.3. Сравнение спектров временных гармоник диагностического Ф сигнала и результирующего магнитного поля в воздушном зазоре асин
хронного двигателя с исправной обмоткой ротора
4.4. Метод выделения диагностического сигнала из общего магнитного поля в воздушном зазоре
4.5. Физическое моделирование диагностического сигнала при исправной и поврежденной обмотках ротора.
4.5.1. Описание испытательного стенда.
4.5.2 Математическая модель восстановления формы диагностического сигнала по сигналу, снимаемому с внутреннего индуктивного
ф датчика
4.5.3. Формирование базы опытных данных, их обработка и
анализ.
I 4.6. Алгоритм и интерфейс программы Дифференциальный метод
контроля состояния короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя.
4.6.1. Алгоритм программы Автоматическое определение количества и номеров оборванных стержней по форме диагностического
ф сигнала.
4.6.2. Алгоритм программы Дифференциальный метод контроля состояния короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя
4.6.3. Интерфейс программы
Выводы по главе 4
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБРЫВОВ СТЕРЖНЕЙ
КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ РОТОРА АСИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯ НА ГАРМОНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТОКА СТАТОРА
5.1 Постановка задачи.
5.2. Влияние обрывов стержней на гармонический состав тока статора двигателя с помощью физического моделирования.
Ф 5.2.1 Выбор гармоник, генерируемых токами фиктивной обмотки
ротора, для контроля наличия оборванных стержней
5.2.2. Структурная схема испытательного стенда. Формирование базы экспериментальных данных
5.2.3. Анализ экспериментальных данных.
5.3. Алгоритм Определение наличия оборванных стержней в обмотке ротора по гармоникам тока статора.
5.4. Разработка метода Контроль состояния короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя по гармоникам тока статора
ф 5.4.1. Основные положения метода.
5.4.2. Математическая модель процесса сравнения номинального скольжения асинхронного двигателя со скольжением реальной обмотки
4 ротора при номинальной нагрузке
5.4.3. Определение инструментальной погрешности метода
5.4.4.0пределение минимального времени записи сигнала
5.4.5. Алгоритм программы Контроль состояния короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя по току статора.
ф 5.4.6. Интерфейс программы.
Выводы по главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Цель работы состоит в поиске новых диагностических признаков обрывов стержней и разработке новых методов и устройств оперативного контроля состояния короткозамкнутых ОР высоковольтных АД с применением цифровой обработки сигналов, которые имеют высокую чувствительность к обрыву стержня и достоверные критерии перехода ОР из одного состояния в другое. Определением критериев перехода из работоспособного в неработоспособное состояние для различных типов ОР. Формулировкой требований, предъявляемых к методам и устройствам оперативного контроля состояния ОР, и выбором рациональных методов контроля. Разработкой математической модели, позволяющей исследовать магнитное поле в воздушном зазоре от короткозамкнутой ОР при наличии оборванных стержней и определением новых более чувствительных диагностических признаков наличия оборванных стержней. Разработкой метода, алгоритма и программного обеспечения для контроля величины скольжения АД на основе гармонического анализа тока статора и магнитного поля в воздушном зазоре, что позволяет повысить чувствительность и глубину поиска неисправностей. Разработкой метода, алгоритма и программного обеспечения для выделения диагностического сигнала ДС, который имеет информацию о состоянии каждого стержня, из магнитного поля в воздушном зазоре. Разработкой математической модели и исследованием процесса проникновения ДС из воздушного зазора в обмотку статора. Исследованием частотных спектров магнитного поля в воздушном зазоре и тока статора при исправной и поврежденной ОР на основе физического моделирования. Метод удельных проводимостей воздушного зазора АД для расчета электромагнитного поля в воздушном зазоре. Методы аналитических исследований для проведения гармонического анализа магнитного поля в воздушном зазоре и в токе статора. Метод физического моделирования процессов, возникающих в магнитном поле воздушного зазора и в токе статора АД при обрывах стержней ОР. Определены критерии перехода из работоспособного в неработоспособное состояние для различных типов ОР. В результате исследования влияния обрывов стержней ОР на гармонический состав тока статора АД определены значения гармоник, которые значительно увеличивают свои амплитуды при обрывах стержней. В результате исследования влияния параметров аналогоцифрового преобразователя АЦП, конструктивных параметров АД, значений частот в магнитном поле и токе статора, по которым производится расчет скольжения, и величины самого скольжения на погрешность его измерения определены минимальные значения параметров АЦП и записывающего устройства для различных типов высоковольтных АД. Предложенные критерии перехода ОР из работоспособного в неработоспособное состояние позволяют в ходе оперативного функционального контроля сделать заключение о возможности дальнейшей эксплуатации АД. Разработанные методы контроля состояния ОР позволяют повысить достоверность результатов контроля и надежность работы мощных электродвигателей за счет своевременного обнаружения оборванных стержней в ОР и вывода двигателя в неплановый ремонт. АД. Разработанные методы измерения скольжения позволяют надежно отстроиться от помех при осуществлении контроля состояния ОР. Метод измерения скольжения по гармоникам тока статора позволяет определить скольжение на погружных АД, для которых неприменимы существующие методы измерения. Реализация результатов работы. Результаты научных и технических разработок автора внедрены на ТЭЦ2 ОАО Ивановская генерирующая компания, на ОАО Рязанская ГРЭС и на Кармановской ГРЭС ОАО Башкирэнерго в гг. ОР АД. ОР по результатам спектрального анализа тока статора и по величине отклонения скольжения от номинального. Апробация работы. Всероссийской научнотехнической конференции с международным участием Энергосистема управление, качество, конкуренция Екатеринбург, УПИ, сентябрь г. Международных научнотехнических конференциях Состояние и перспективы развития электротехнологии Иваново, ИГЭУ IX Бенардосовские чтения, г. X Бенардосовские чтения, г. XI Бенардосовские чтения, г. Международной конференции Электротехника, электромеханика и электротехнологии Клязьма, г. XII Международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов Радиоэлектроника. Электротехника и энергетика Москва, МЭИ, март г. Электрические станции и диагностика электрооборудования.