Full Text

В настоящее время во всем мире электрическая энергия в силу своей универсальности играет важнейшую роль в жизни каждого человека. Электрические машины являются на данный момент основными источниками электрической энергии, поэтому занимают в этой области одну из основных ролей. Почти все виды электрических машин были уже сконструированы и изучены еще в прошлом веке, поэтому сегодня встает важная задача обеспечения надежности этих машин и увеличения срока службы без особых вмешательств в конструкцию. Чем больше срок службы каждой машины, тем меньше предприятие тратит средств на ремонт и переоснащение. Проблема обеспечения высокой надежности работы электрических машин с каждым годом становится все более актуальной как во всем мире, так и в России, потому что оборудование стареет и приходит в негодность значительно быстрее темпа технического перевооружения. Не все предприятия на сегодняшний день могут производить постоянный ремонт и модернизацию своего задействованного оборудования, из-за ограничения денежных средств они вынуждены снижать бюджет на ремонт оборудования. Существует способ для решения этой проблемы - периодическая оценка технического состояния машины, которая стала возможна с развитием методов текущего контроля [1]. Плюсом такого решения является то, что задолго до поломки оборудования есть возможность выявления дефекта в машине и исправления его. В таком случае на производстве не произойдет внезапный выход из строя двигателя, что не вызовет тем самым аварийную ситуацию, опасную для жизни обслуживающего персонала [2]. Методы контроля делятся на разрушающие и неразрушающие. Разрушающие методы контроля проводят для определения предела прочности и надежности исследуемого объекта. Данные методы позволяют контролировать качество материала конструкции и элементов, получать информацию для прогнозирования ресурса их безопасной эксплуатации. Разрушающий контроль прямо противоположен неразрушающим методам. Преимущество разрушающего контроля в том, что он позволяет получать количественные показатели материалов. В основном разрушающий контроль проходит до полной невозможности дальнейшего использования исследуемого объекта. К разрушающим методам относятся динамические испытания, такие как изгиб, повышенная и пониженная температура, а также испытания на вибропрочность, на ударную прочность. В процессе контроля можно определить важные параметры, необходимые для дальнейшего его использования, например, максимальная устойчивость к механическим воздействиям, максимальная рабочая температура. С целью получения более углубленных знаний об испытуемом объекте часто разрушающие методы совмещают с неразрушающими методами контроля. Неразрушающие методы контроля служат для определения работоспособности машины [3]. Можно измерить многие десятки параметров, однако для таких исследований необходимо большое число приборов, необходимый запас средств и времени, что может свести эффективность диагностирования к минимуму и даже привести к убыткам предприятия [4, 5, 6]. Поэтому из всего диапазона параметров выбирают более подходящие и экономичные с точки зрения удобства, достижения нужного результата при минимальных затратах [4, 5, 6]. Выбор метода контроля зависит напрямую от свойств и параметров контролируемого объекта и условий его обследования. При любом методе неразрушающего контроля о наличии дефектов судят по косвенным признакам [7]. Характеристики, измеряемые при выявлении дефекта любым выбранным методом, образуют измеряемые характеристики [1]. Характеристику, с которой сравнивают измеряемую и судят о наличии дефекта, называют главной измеряемой характеристикой. К методам неразрушающего контроля относятся: - акустические методы контроля; - вибрационные методы контроля; - виброакустический метод; - вихревые методы контроля; - капиллярный метод контроля; - магнитные методы контроля; - тепловые методы контроля; - радиационные методы контроля; - электрические методы контроля; - оптические методы контроля. Из предложенного ряда методов рассмотрим наиболее интересные и часто применяемые методы контроля. С каждым днем разрабатываются новые методы оценки состояния электрической машины. Одним из таких методов является спектральный анализ токов статора рабочей машины, он относится к электрическому методу неразрушающего контроля. Этот метод позволяет быстро и с большой точностью определять дефекты как в электрической, так и в механической части машины [8, 9]. Суть метода заключается в том, что любое возмущение в работе машины напрямую будет влиять на ток статора рабочей машины, а, значит, и на спектр получаемого сигнала. Соответственно, наличие в спектре машины гармонических составляющих на частоте определенной величины будет свидетельствовать о наличии повреждения. Плюс этого метода, в отличие от метода вибродиагностики [10], в том, что мониторинг тока двигателя выполняется непосредственно на коробе машины, без вмешательств в его режим работы, так же, как и в электрощите питания. Мониторинг тока статора является весьма удобным методом для машины без ее остановки в отличие от существующих методов [11, 12]. Признаки нарушения ее внешней или внутренней симметрии будут видны в спектре тока. В данной статье рассматривается применение метода спектрального анализа переходных процессов в опытах внезапного симметричного короткого замыкания на синхронном турбогенераторе серии ТТК-50-2УЗ-П [13-18]. Турбогенератор с трубчатым корпусом серии ТТК предназначен для выработки электроэнергии при сопряжении с паровой (П) или газовой (Г) турбиной. Опыт ВКЗ генератора - процесс, в результате которого в машине создается переходный процесс, устанавливающий новое значение напряжения на обмотке статора. Исследования, проведенные в данной статье, позволяют на конкретном примере рассмотреть техническое состояние рабочей машины в данный момент времени и выявить ее дефекты, если такие присутствуют. Полученные мгновенные значения тока статора фазы «А» и «B» подвергаются разложению в гармонический ряд с использованием коэффициентов ряда Фурье. Коэффициенты разложения ряда Фурье определяются в виде обобщённых формул: , (1) , (2) где N, К - количество мгновенных значений исследуемого тока в опыте ВКЗ, i - текущее мгновенное значение тока в опыте ВКЗ. , (3) , (4) где - основная частота (частота первой гармоники); n = 1,2,3,… Амплитуды гармоник характеризуют амплитудный спектр, а начальные фазы - фазовый спектр. Для математической обработки сигналов применялись средства программного пакета LabView [19]. LabView представляет собой мощную и гибкую среду графического программирования, которая широко используется в промышленности, образовании и научно-исследовательских лабораториях в качестве стандартного инструмента для сбора данных и управления приборами. На рис. 1 представлена программа, разработанная для получения амплитудного и фазового спектров переходных процессов исследуемой машины. На рис. 2 и 3 представлены временные диаграммы мгновенных значений тока переходного процесса синхронной машины в опыте ВКЗ, в результате обработки которых были получены амплитудный (рис. 4 и 6) и фазовый (рис. 5 и 7) спектры фаз «А» и «В». Рис. 1. Программная реализация метода спектрального анализа Рис. 2. Временная диаграмма мгновенных значений тока фазы «А» в опыте ВКЗ Рис. 3. Временная диаграмма мгновенных значений тока фазы «В» в опыте ВКЗ Рис. 4. Амплитудный спектр тока фазы «А» в опыте ВКЗ Рис. 5. Фазовый спектр тока фазы «А» в опыте ВКЗ Рис. 6. Амплитудный спектр тока фазы «В» в опыте ВКЗ Рис. 7. Фазовый спектр тока фазы «В» в опыте ВКЗ На амплитудных спектрах обеих фаз прослеживается явная закономерность, а именно: 1) присутствует гармоническая составляющая большой амплитуды на частоте 314 рад/с (область 1), что соответствует основной несущей частоте (при тактовой частоте сигнала f = 50 Гц, циклическая ω = 314 рад/с); 2) второй скачок наблюдается на частоте 75 000 рад/с. Поскольку скачки гармоник на фазах наблюдаются на одной и той же частоте, то это может указывать на дефекты в машине, которые относятся ко всем фазам одновременно, а не по отдельности к каждой. Анализ фазовых спектров сигнала в отдельности показал, что дополнительные гармоники, созданные дефектом машины, находятся на одной и той же частоте. Оценка технического состояния синхронной машины по анализу амплитудного и фазового спектров является еще неразвитой, поэтому не накоплен достаточный опыт для того, чтобы сделать точное заключение по ее дефекту. Предполагается, что дефект связан с ротором синхронной машины (его механической или электрической частью) [20, 21]. Исследования по данной тематике следует продолжить другими способами для подтверждения выдвинутой гипотезы. В результате этих исследований будут определены соответствия возникающих на спектре дополнительных гармоник с вызвавшими их неисправностями синхронной машин.

About the authors

R. O Tokarev

Perm national research polytechnic university

V. V Shaposhnikov

Perm national research polytechnic university

E. A Chabanov

Perm national research polytechnic university; Volga State University of Water Transport

E. V Chabanova

Volga State University of Water Transport

References

Statistics

Views

Abstract - 72

PDF (Russian) - 55

Refbacks

• There are currently no refbacks.