До питання визначення стану ізоляції статорів потужних електричних машин

??????????? ? ????????????????? ? ???????????? ????????

Размещено на http://www.allbest.ru/

?????? ????. ?????? 4/2006 (39). ??????? 1

2

Вінницький національний технічний університет

До питання визначення стану ізоляції статорів потужних електричних машин

Грабко В.В.

Вступ

Відомо, що в процесі експлуатації ізоляція обмоток електричних машин під дією температури втрачає свої властивості, внаслідок чого можуть виникати аварійні ситуації [1].

Конструкцією потужних електричних машин, зокрема, турбогенераторів електростанцій, передбачено встановлення декількох термопар в обмотці статора для контролю теплового стану ізоляції [2]. Але недостатня кількість таких сенсорів температури не дає можливості однозначно зробити висновок про спрацювання ресурсу роботи ізоляції внаслідок дії підвищеної температури.

З цієї та інших причин турбогенератори електростанцій періодично виводяться в ремонт, під час якого, зокрема, перевіряється цілісність та якість ізоляції обмоток, що розташовані в пазах статора, та прогнозується тривалість подальшої експлуатації до проведення чергового ремонту.

Перевірити ізоляцію обмотки статора навіть в стані ремонту, коли ротор відділений від статора, непросто, оскільки довжина статора турбогенератора, наприклад ТГВ-300, перевищує 8 метрів [2].

Мета роботи - визначення підходів до вирішення проблеми контролю стану ізоляції потужних електричних машин, зокрема, паралельно з проведенням ремонтних та профілактичних робіт.

Матеріали і результати дослідження

В роботі пропонується наступний підхід. Очевидно, що тепловий процес, який має місце при нагріванні струмами обмотки статора і який характеризує розповсюдження тепла у провіднику, що знаходиться в пазу обмотки статора, доцільно моделювати, застосовуючи неоднорідне рівняння теплопровідності, права частина якого являє собою функцію потужності внутрішнього джерела тепла, яка в загальному випадку є функцією координат і часу та представляється виразом [3]:

(1)

де W(x,t) - потужність джерела тепла, що діє всередині провідника, який знаходиться в пазу статора.

Задача полягає в тому, щоб за результатами вимірів параметрів теплового поля обмотки статора в точках, вільних для доступу, а саме, лобових частинах статора, відновити інформацію про зміни параметрів теплового поля вздовж всієї довжини провідника, що розташований в пазу обмотки статора. І за отриманими результатами визначити місце можливого пошкодження участка обмотки статора, який є недоступним для візуального спостереження та проведення вимірювань.

Слід зазначити, що такий підхід дозволяє моделювати виникнення тільки одного пошкодження ізоляції провідника в пазу обмотки статора.

Візьмемо до уваги, що процес нестаціонарного теплообміну в провіднику витка обмотки статора під дією електричного струму є розподіленим і описується диференціальним рівнянням

пошкодження ізоляція електричний статор

(2)

з ненульовими граничними

(3)

та початковими умовами

(4)

У виразах (2)-(4) Y(x,t) - температура контрольованого провідника обмотки статора, що залежить від довжини провідника x та часу t. Функція ₁(t) характеризує зміну температури в залежності від часу в точці, де витки обмотки виходять на лобову частину за межі тіла статора (умовно назвемо початок провідника, х = 0). Функція ₂(t) характеризує зміну температури провідника в часі з іншого боку статора, де витки обмотки виходять на лобову частину (кінець провідника, x = l). Розподіл температури по довжині провідника l витка обмотки в початковий момент контролю t = 0 описується функцією (х).

Застосовуючи чисельні методи розв'язання диференціальних рівнянь [4], легко знайти можливу точку ушкодження ізоляції обмотки статора.

Слід зазначити, що запропонований підхід можливо застосувати, підключивши обмотку статора, при вийнятому роторі, до джерела електричної енергії, забезпечивши протікання по обмотках струмів, що значно нижчі номінальних, але таких, що призводять до підвищення температури обмотки статора.

При цьому температуру початку і кінця провідників, що розташовані в пазах статора, на лобових частинах легко виміряти за допомогою тепловізора.

Інший підхід, що пропонується, передбачає аналогічним чином підвищення температури обмотки статора, але для сканування внутрішньої поверхні обмотки статора пропонується застосувати спеціальний тепловізійний пристрій.

Ідея реалізації такого пристрою полягає в тому, щоб розгортку теплового поля внутрішньої поверхні статора здійснювати шляхом послідовного сканування елементарних точок поверхні спочатку по колу, діаметром якого є діаметр отвору статора, де розташовується ротор, з наступним переходом на сусідню поверхню кола. Таким чином можна забезпечити сканування всієї внутрішньої поверхні статора, що має вигляд циліндра.

Структурна схема такого пристрою наведена на рис. 1.

Рисунок 1 Структурна схема пристрою для сканування теплового поля внутрішньої поверхні обмотки статора: 1 - генератор імпульсів; 2 - блок запуску; 3 - блок установки; 4 - елемент АБО; 5 - тригер; 6 - елемент “І”; 7 - перший лічильник імпульсів; 8 - другий лічильник імпульсів; 9 - перший комутатор; 10 - перший кроковий двигун; 11 - другий комутатор; 12 - другий кроковий двигун; 13 - сенсор температури; 14 - буферний блок; 15 - аналого-цифровий перетворювач; 16 - блок узгодження сигналів

Запропонований пристрій працює так. При подачі напруги живлення блок установки 3 коротким імпульсом встановлює в початковий стан тригер 5. Кроковим двигуном 10 забезпечується обертання сенсора температури 13 навколо центра кола внутрішньої поверхні статора для сканування теплового поля по колу, а кроковим двигуном 12 здійснюється переміщення поворотної конструкції вздовж середньої лінії статора.

В момент введення команди про початок сканування теплової поверхні з вихода блока запуску 2 сигнал подається на тригер 5 і встановлює його в одиничний стан. При цьому сигнали з генератора імпульсів 1 через елемент “І” 6 починають надходити на вхід лічильника 7, вихідними сигналами якого через комутатор 9 здійснюється керування кроковим двигуном 10, що приводить до обертання його вала. В кожен момент повороту крокового двигуна на певний кут інформація про значення температури через сенсор температури 13 подається в буферний блок 14, де зберігається до моменту надходження нового сигналу, а потім в аналого-цифровому перетворювачі 15 приймає цифрову форму і через блок узгодження 16 передається до промислового комп'ютера для подальшої обробки.

В момент закінчення сканування теплового поля по колу на виході лічильника імпульсів 7 з'являється сигнал, що подається на вхід лічильника імпульсів 8, який призводить до запуску крокового двигуна 12 і переходу для сканування теплового поля по сусідньому колу внутрішньої поверхні статора. Такий порядок роботи пристрою зберігається до тих пір, доки не закінчується сканування поля по останньому колу, в результаті чого на виході лічильника імпульсів 8 з'являється сигнал, що призводить до скиду тригера 5. Цикл роботи пристрою на цьому завершується.

Лічильники імпульсів 7 і 8 реалізують так, щоб забезпечити необхідну кількість точок контролю теплового поля як по колу сканування, так і по кількості кіл, що відповідають контрольованій поверхні.

Отриманий тепловий портрет, що передається у вигляді масива даних в промисловий комп'ютер, аналізується на предмет знаходження точок з підвищеною температурою, в яких можливе ушкодження ізоляції статорної обмотки.

Висновки

Запропоновано підходи, що дозволяють контролювати технічний стан ізоляції обмотки статора потужних електричних машин, які знаходяться в стані ремонту або профілактичного обслуговування.

Реалізовано математичну модель та структуру пристрою, що дозволяють виявляти місця підвищеної температури обмотки статора і, отже, можливі її пошкодження.

Література

1. Таран В.П. Диагностирование электрооборудования. К.: Техника, 1983.

2. Справочник по ремонту турбогенераторов/ Гурвич В.С., Гурьев И.Я., Каплуновский М.И. и др.; Под ред. П.И. Устинова. М.: Энергия, 1978.

3. Владимиров В.С. Уравнения математической физики. 4-е изд. М.: Наука, 1981.

4. Голоскоков Д.П. Уравнения математической физики. Решение задач в системе Maple. Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2004.

Размещено на Allbest.ru