MDR-3/HF – система мониторинга изоляции статоров генераторов и высоковольтных электродвигателей по частичным разрядам
Система мониторинга марки «MDR-3/HF» (Motor and Generator Diagnostics Relay) предназначена для контроля технического состояния изоляции обмоток статоров высоковольтных турбо-и гидрогенераторов, а также мощных высоковольтных электродвигателей.
Определение технического состояния изоляции обмотки статора в системе «MDR-3/HF» производится на основании регистрации и анализа распределения частичных разрядов в изоляции. В настоящее время это самый чувствительный метод диагностики, позволяющий выявлять дефекты в изоляции на самых ранних стадиях их возникновения и развития.
Датчики частичных разрядов для «MDR-3/HF»
В системе «MDR-3/HF» для регистрации частичных разрядов в изоляции обмоток статоров высоковольтных электрических машин используются датчики, работающие в высокочастотном (HF) диапазоне частот.
Это высоковольтные конденсаторы связи, выпускаемые различными фирмами, или электромагнитные антенны различного типа, монтируемые непосредственно в пазу статора электрической машины.
Высоковольтные конденсаторы связи, подключаемые на полное напряжение статорной обмотки, обычно имеют емкость 80 пФ, в некоторых случаях они имеют емкость до 1000 пФ. К измерительным конденсаторам связи предъявляются достаточно жесткие требования — они должны обладать высокой стабильностью и стойкостью изоляции, особенно к воздействию импульсных перенапряжений.
С этой точки зрения наилучшими эксплуатационными свойствами обладает изоляция из натуральной слюды. Недостатком конденсаторов с изоляцией такого типа является их сравнительно небольшая емкость. С появлением новых изоляционных материалов удается создавать, в тех же ограниченных габаритах, конденсаторы с большей емкостью. Для проведения измерений частичных разрядов в изоляции статора необходимо подключить конденсаторы связи к обмотке статора.
Внешний вид некоторых конденсаторов связи приведен на фото. Слева показан конденсатор связи, допускающий наружную установку, справа приведены два конденсатора связи, предназначенные для установки непосредственно внутри корпуса статора электрической машины. По форме и своим размерам они напоминают стандартные опорные изоляторы, так как часто, по причине доступности и удобства, монтируются на их место.
В системе мониторинга марки «MDR-3/HF» предусмотрена возможность подключения датчиков частичных разрядов и других типов. Необходимость в этом возникает из-за большого многообразия требований к созданию систем контроля обмоток статоров.
Наиболее часто приходится использовать высокочастотные датчики трансформаторного типа марки «RFCT», используемые для отстройки от помех. Обычно такие датчики монтируют на поводках заземления питающих кабельных линий.
Отстройка от помех
Наиболее сложным техническим и алгоритмическим вопросом, возникающим при регистрации частичных разрядов в обмотках статоров электрических машин, является отстройка от высокочастотных помех, в большом количестве возникающих в высоковольтных сетях.
Особенно остро эта проблема стоит при регистрации импульсов в HF диапазоне частот, в котором традиционно работают системы мониторинга, количество помех в этом диапазоне очень велико.
Одним из наиболее эффективных способов отстройки от помех является метод «Time of Arrival», базирующийся на определении и анализе разницы во времени прихода импульса от одного частичного разряда к нескольким датчикам системы мониторинга.
Метод базируется на том эффекте, что чем ближе данный датчик будет находиться к месту возникновения разряда в изоляции, тем раньше по времени, относительно других датчиков, высокочастотный импульс от разряда будет зарегистрирован этим датчиком. По разнице времени прихода импульсов можно даже определить место возникновения дефекта в изоляции.
Если на вход прибора системы «MDR-3/HF» первым по времени придет импульс с датчика «RFCT», то это будет означать, что данный импульс возник не в изоляции статора, а наведен из энергосистемы.
Если же первым в прибор придет импульс из конденсатора связи, то этот импульс необходимо считать возникшим в изоляции обмотки статора.
Разрешающая способность системы «MDR-3/HF» в методе «Time of Arrival» очень высока. Она позволяет различать разницу в расстоянии от датчика до зоны дефекта в 0,3 м. Это дает возможность для отстройки от внешних помех эффективно использовать измерительную схему, использующую вместо трех конденсаторов связи один датчик марки «RFCT», установленный на проводнике заземления экрана соединительного высоковольтного кабеля.
Диагностические возможности системы «MDR-3/HF»
Система «MDR-3/HF» имеет набор встроенных экспертных алгоритмов (система «PD-Expert»), позволяющих проводить максимально полную обработку первичной информации, в результате чего персоналу выдаются уже готовые заключения о состоянии контролируемой электрической машины с перечнем дефектов.
Стандартная схема установки датчиков системы «MDR-3/HF»
В стандартной конфигурации на статоре контролируемого высоковольтного электродвигателя монтируются 4 датчика:- Три конденсатора связи на фазах обмотки;
- Один датчик «RFCT» на поводке заземления кабеля.
Измерительный прибор системы «MDR-3/HF» имеет 3 входных канала и 1 дополнительный канал фильтрации внешней помехи.
Измерительный прибор системы «MDR-3/HF» монтируется рядом с электрической машиной в монтажном шкафу. Длина коаксиальных кабелей от датчиков до прибора не должна превышать 50 метров.
Без использования системы подогрева прибор может работать при температурах окружающей среды до — 40 до +60 градусов.
Интерфейсы связи системы «MDR-3/HF»
Передача информации в систему АСУ-ТП верхнего уровня производится по интерфейсу RS-485. Архив информации можно скопировать из памяти прибора по встроенному в прибор интерфейсу USB.
Основные технические данные системы «MDR-М»
| Количество каналов регистрации частичных разрядов | 3 + 1 |
| Частотный диапазон регистрируемых импульсов, МГц | 0,5 ÷ 15 |
| Амплитуда регистрируемых импульсов ЧР, пK | 10 ÷ 100 000 |
| Встроенная экспертная система | PD-Expert |
| Порты внешней связи прибора | RS-485, USB |
| Напряжение питания прибора, В | AC/DC 120 ÷ 260 |
| Габаритные размеры прибора без шкафа, мм | 222*170*35 |
| Габаритные размеры прибора в монтажном шкафу, мм | 530*400*210 |
Скачать документацию по системе MDR-3/HF
Брошюра
Презентация
Руководство по эксплуатации (1.8 МБ) 05.02.2018
Похожие материалы:
Дельфинтех — Ремонт электродвигателей насосов
Электромоторы, применяемые в насосах
Компактные размеры, легкость воссоединения с насосом, простая автоматика при управлении и сниженные затраты на эксплуатацию уготовили масштабное использование электрических моторов переменного тока для насосного привода канализационных систем и систем снабжения водой.
Для насосов большой мощности выдвигается требование запуска электромотора под нагрузкой. Конструктивные особенности электромотора предусматривают длительное роторное вращение в противоположную сторону, определяемое водным сливом из напорных трубопроводов после выключения электромотора при остановке устройства по плану или аварии.
Для насосных систем требуются многократные повторные пуски, а это накладывает увеличенные требования на статорную и пусковую обмотку электромотора, нагрев которых диктует длину нужной паузы между стартами и максимальное количество пусков за текущий диапазон времени. Асинхронные электромоторы, замкнутые коротко, служат приемлемым электрическим приводом для малых насосов. Они существенно дешевле электромоторов иных видов и сервис их легче.
Асинхронные электромоторы с фазным ротором обладают конструкцией посложнее. Роторные обмотки у них стыкуются с наружным стартовым реостатом через 3 кольцевых контакта с проскальзывающими по ним щеткам. Неисправности агрегатов начинаются с проблем с обмотками.
Ремонт электродвигателей с фазным ротором качественно выполняет компания «Долфин».
Для насосов с валом, ориентированным горизонтально, российские изготовители производят асинхронные электромоторы с ротором, замкнутым коротко, мощностью от 60 Вт до 400 кВт. А для приводов, ориентированных вертикально, производятся асинхронные электромоторы с ротором, замкнутым коротко, мощностью 0,315-2,5 МВт. В таких моторах ремонтируются только статоры, а именно происходит перемотка двигателя насоса. Часто требуется делать ремонт электродвигателей переменного тока путем выполнения работ по механике на роторном валу с реставрацией посадочных мест для подшипников или резьбы в крышках.
Нюансы капитального ремонта асинхронного электромотора с фазным ротором
Капитальный ремонт электродвигателя это вовлечение перемотки статора и ротора одновременно. Это связано с тем, что фазный ротор снабжен обмоткой на три фазы, которые состыкованы по звездочному варианту.
Обмотка имеет вывод на контактные кольца, находящиеся во вращении с валом мотора. В устройство ввели механизмы щеток с держателями и щетки на основе металла и графита, которые проскальзывают по контактным кольцам. Ремонт щеток электродвигателя
Ремонт электродвигателей в Санкт-Петербурге с асинхронным типом и со всыпной обмоткой подразумевает обязательную статорную перемотку. Процесс ремонта данного мотора при сгоревшей обмотке не предполагает частичную замену секций. Разборка мотора, изъятие ротора и диагностика определяют присутствие замыкания в витке или корпусе, кондицию роторного вала, подшипников и посадочных мест для них на роторном валу.
Виды капитального ремонта насосных электромоторов
При капитальном ремонте насосных электромоторов компания «Долфин» гарантирует следующие позиции:
• диагностику агрегата;
• перемотку статорной обмотки;
• замену выводных статорных проводников;
• подшипниковую замену;
• ремонт подшипниковых посадочных мест в случае надобности;
• пропитывание статорной обмотки с дальнейшей сушкой;
• прогон электромотора;
• покраска электромотора.
Reliabilityweb Диагностика электродвигателей для генераторов Часть 1
Введение
Диагностика электродвигателей (EMD) — это термин, обозначающий методы испытаний и инструменты, предназначенные для электрического и механического анализа вращающихся и витых машин. Эти инструменты используются для анализа всей системы двигателя, от генератора и первичного двигателя через систему передачи и распределения до электродвигателя и ведомой нагрузки. Эти технологии, для целей данного документа, будут включать анализ цепи двигателя (MCA), метод проверки без напряжения, и анализ электрических характеристик (ESA), более продвинутый метод анализа характеристик тока двигателя (MCSA).
В этой статье мы обсудим концепции, лежащие в основе тестирования и анализа явно выраженных и турбогенераторов для обнаружения некоторых распространенных неисправностей генераторов. К таким неисправностям относятся подшипники, короткое замыкание обмотки в роторе и статоре, замыкание на землю в роторе и статоре, неисправности возбудителя, несоосность и эксцентриситет вращающегося поля.
Анализ цепи двигателя
МСА — это низковольтный метод проверки кабелей, соединений, обмоток и ротора электрических машин на наличие неисправностей. Этот метод включает в себя индивидуальные измерения сопротивления постоянному току (R), импеданса (Z), индуктивности (L), фазового угла (Fi), токовой/частотной характеристики (I/F) и проверки изоляции относительно земли (МОм). Сопротивление используется для обнаружения ослабленных соединений и оборванных проводников, изоляция на землю используется для обнаружения замыканий на землю, Z и L согласуются для оценки состояния изоляции на предмет загрязнения обмотки, а Fi и I/F используются для обнаружения коротких замыканий в обмотке. Одним из ключевых аспектов MCA является способность обнаруживать ранние дефекты обмотки, которые можно отслеживать с течением времени, и можно оценить время до отказа.
Поскольку подавляющее большинство вращающихся механизмов, для оценки которых используется МСА, требует сбалансированных фаз, критерии «пройдено-неудовлетворительно» для отдельных показаний могут быть разработаны как для собранных, так и для разобранных машин (справочные таблицы 1 и 2).
Эти значения указывают рекомендации, а значения, не входящие в эти рекомендации, обычно указывают на отказы компонентов, которые произошли или развиваются. Эти развивающиеся проблемы можно сравнить с Приложением 1 к настоящему документу.
В дополнение к способности обнаруживать дефект системы двигателя, для большинства неисправностей значения имеют тенденцию к изменению без необходимости корректировки температуры. Это позволяет оценивать состояние и оценивать время до отказа, отслеживая изменения межфазного дисбаланса с течением времени.
Таблица 1: Соображения по прохождению/непрохождению для собранных машин
Если в двигателе нет ротора, например, в мастерской по ремонту двигателей только со статором, допуски меняются:
Таблица 2 : Критерии прохождения/непрохождения для машин в разобранном виде
В целях определения тенденций и анализа MCA представляет собой сравнительный инструмент, использующий процентный дисбаланс и разницу между методами испытаний.
В методе процентного дисбаланса разница между одинаковыми катушками (т. е. между фазами в трехфазном двигателе) изменяется с течением времени. Этот метод лучше всего подходит для измерения сопротивления, импеданса и индуктивности. Хотя, например, на значения сопротивления влияет температура, на относительную разницу между фазами это не влияет. При использовании метода процентного дисбаланса пользователю или программному обеспечению не нужно полагаться на выполнение расчетов поправки на температуру. Импеданс и индуктивность не сильно зависят от температуры. Поэтому метод дисбаланса является наиболее удобным способом обнаружения неисправностей во времени. Метод разности между тестами используется для фазового угла и I/F, в котором наименьшее значение для каждого вычитается из наибольшего значения для каждого.
Таблица 3: Таблица изменения показаний для вращающегося оборудования переменного тока
Анализ электрических характеристик и анализ БПФ.
Анализ электрических характеристик (ESA) — это термин, используемый для оценки форм сигналов напряжения и тока. Это обеспечивает дополнительное преимущество диагностики, поскольку сигналы, относящиеся к мощности, двигателю и нагрузке, можно быстро сравнивать. Ключевым соображением при использовании ESA является то, что сигнатуры напряжения относятся к восходящему потоку тестируемой цепи (к выработке электроэнергии), а сигнатуры тока относятся к выходному потоку тестируемой цепи (к двигателю и нагрузке).
ESA использует тестируемую машину в качестве преобразователя, что позволяет пользователю оценить электрическое и механическое состояние с помощью системы управления или распределительного устройства. Для точного анализа системы ESA полагаются на анализ БПФ, почти такой же, как анализ вибрации.
Таблица 4: Анализ ротора
Таблица 5: Подписные мультипликаторы
, где RS = Скорость работы
в настоящее время основаны на опыте пользователя.
В случае анализа двигателя (после него) эти значения относятся к току, а для анализа генератора (впереди) эти значения относятся к напряжению.
Быстрое преобразование Фурье (БПФ) сигнатур тока и напряжения обычно рассчитывается в дБ, а не в линейной шкале. Анализ различий в пиковых значениях определяется путем сравнения значения дБ, измеренного с уменьшением либо пикового значения тока, либо пикового значения напряжения.
Совместное использование MCA и ESA
MCA требует, чтобы оборудование было обесточено, в то время как ESA требует, чтобы оборудование было под напряжением. Эти различия предлагают пользователю сильные стороны анализа для каждой технологии, которые поддерживают друг друга.
В случае MCA он имеет особые преимущества в следующих областях:
Контрольные и другие соединения
Состояние изоляции кабеля относительно земли и между фазами
Состояние обмотки статора относительно земли и между фазами и проводниками
Воздушный зазор проблемы между статором и вращающимся узлом
Состояние обмотки ротора: обмотка, индукционная или синхронная
Это включает в себя способность обеспечивать раннее обнаружение отказа или ухудшение изоляции.
ESA обладает особыми преимуществами в следующих областях:
Качество электроэнергии
Серьезный пробой изоляции
Ослабленные или открытые катушки или статор
Ослабленный или открытый ротор или катушки ротора
Ослабленные соединения
Проблемы с воздушным зазором динамический эксцентриситет
Подшипники и механическое состояние, включая центровку
Присоединенные механические системы
При совместном использовании технологии обеспечивают некоторые перекрывающиеся возможности, но, в частности, они обеспечивают полный обзор оцениваемой системы с высокой степенью точности.
Базовые генераторы
Существует два основных типа генераторных систем. К ним относятся турбосинхронные машины и явнополюсные синхронные машины. Существует большое разнообразие и вариации каждого типа, поэтому в этой статье мы рассмотрим базовую сборку обоих.
Турбосинхронная машина чаще всего используется в высокоскоростных генераторах (двух и четырехполюсных), используемых для выработки электроэнергии высокого напряжения.
Общая сборка напоминает трехфазный асинхронный двигатель со следующими особенностями:
Статор (якорь) напоминает обмотку трехфазного двигателя. Поля постоянного тока ротора турбины прорезают проводники и генерируют энергию, которая подается в распределительную систему от этого компонента.
Ротор турбины (поля) напоминает короткозамкнутый ротор асинхронной машины. Этот компонент несет мощность постоянного тока от возбудителя и приводится в движение первичным двигателем, таким как реактивный двигатель или паровая турбина. Он имеет тенденцию быть длинным и узким для горизонтальных машин.
Возбудитель может быть отдельным от машины, в котором щетки подают мощность на ротор, или бесщеточным, в котором небольшой генератор постоянного тока установлен непосредственно на валу ротора турбины. Возбудитель подает постоянный ток на ротор турбины.
Явнополюсная машина является одной из наиболее распространенных небольших, низковольтных, низкоскоростных (1800 об/мин или менее, 4-полюсных) систем генерации.
Отличие состоит в том, что ротор содержит ряд отдельных намотанных катушек, которые в большинстве случаев также содержат амортизирующую обмотку.
Статор (якорь) напоминает обмотку трехфазного двигателя. Поля постоянного тока явнополюсного ротора пересекают проводники и генерируют энергию, которая подается в распределительную систему от этого компонента.
Выступающий ротор (поля) включает в себя четное количество полюсных наконечников, расходящихся от вала ротора. Эти полюса несут постоянный ток, который генерирует вращающиеся поля постоянного тока.
Возбудитель может быть отдельным от машины, в котором щетки подают питание на ротор, или бесщеточным, в котором небольшой генератор постоянного тока установлен непосредственно на валу ротора. Возбудитель подает постоянный ток на ротор.
Обе машины можно оценивать так же, как электродвигатели аналогичной конструкции. В случае ESA вы должны оценивать сигнатуры, используя спектры напряжения в сравнении со спектрами тока.
Заключение
Для тестирования генераторов под напряжением требуется возможность просмотра сигнатуры напряжения генератора, а для этого требуется оборудование, которое может выполнять анализ электрической сигнатуры, а не только анализ сигнатуры тока двигателя. Цель этой первой статьи состояла в том, чтобы предоставить обзор MCA и ESA, а также обсудить конструкцию турбины и явно выраженных генераторов. Общий анализ генераторов выполняется аналогично любой другой машине переменного тока.
Библиография
Пенроуз, Ховард В., доктор философии, «Диагностика электродвигателя», MARTS 2004 Proceedings, май 2004 г. The Mystery Out of MCSA», ReliabilityWeb.com, декабрь 2003 г.
Пенроуз, Ховард В., доктор философии, «Оценка срока службы электродвигателя с использованием анализа цепи двигателя», Труды конференции по электроизоляции IEEE 2003 г., 2003 г.
Пенроуз, Ховард W. Ph.D., Анализ цепей двигателя: теория, применение и энергетический анализ, SUCCESS by DESIGN Publishing, 2001 г.
Сарма, Мулукутла С., Электрические машины: теория установившегося состояния и динамические характеристики, Издательство PWS, 1996.
Диагностика генераторов переменного тока с током нагрузки до 50 А
Как известно, современный автомобиль содержит большое количество вспомогательных систем, облегчающих водителям управление транспортным средством. И почти все эти системы имеют электронные блоки управления, представляющие собой небольшие компьютеры для выполнения определенного узкого круга задач по мониторингу определенных систем. Для их правильной работы требуется стабильное питание, которое напрямую связано с работой генератора. Несмотря на то, что современный автомобильный генератор имеет достаточно совершенную конструкцию, отработанную в течение нескольких десятков лет, тем не менее, он также часто нуждается в ремонте по тем или иным причинам.
Генератор LR-160 14В 60А Hitachi
1 – ротор; 2 – статор; 3 – шкив; 4, 7 – шарикоподшипники; 5 – вентиляторы; 6 – блок выпрямительный; 8 – регулятор напряжения с щеткодержателем; стрелки указывают направление потока охлаждающего воздуха.
Рассмотрим, каковы основные признаки неисправности генераторов и как их проще всего обнаружить. Итак, вот список основных проблем автомобиля в работе генератора:
- плохой контакт между щетками и контактными кольцами;
- обрыв или межвитковое замыкание обмотки возбуждения, а также замыкание ее на ротор;
- обрыв одной из фаз обмотки статора;
- короткое замыкание обмотки статора на сердечник или его межвитковое замыкание;
- Пробой диодов выпрямительного моста.
Рассмотрим диагностику генератора на стенде MS002 COM.
Пульт управления и информационный дисплей испытательного стенда MS002 COM
Стоит обратить внимание на индикатор переменного тока «AMP, AC» на рисунке выше, он указывает на наличие гармоник в выходной цепи генератора. Как видно из следующего рисунка, переменное напряжение практически выравнивается с напряжением генератора с помощью выпрямительного блока.
Однако небольшая часть переменного напряжения остается, так называемое присутствие гармоник.
Означает, что фактическое напряжение генератора отличается от напряжения бортовой сети. Соотношение справедливое: гармоники действующего напряжения генератора ∙ 0,04. Это правило можно применить и к току генератора переменного тока.
Итак, при диагностике обратите внимание на индикатор постоянного «AMP, DC» и переменного тока «AMP, AC». Следует соблюдать соотношение: переменная составляющая тока генератора должна быть меньше или равна 10% постоянного тока. Гармоники будут присутствовать, если диод имеет обрыв или короткое замыкание в одной из обмоток статора. Поэтому наличие гармоник используется для устранения неполадок.
1. Обрыв одного из диодов выпрямительного моста
Обрыв цепи диодов легко обнаружить следующим образом: завести генератор на испытательном стенде на средних оборотах (около 1500 об/мин) и проверить величину переменного тока в цепи нагрузки генератора.
По величине переменной составляющей тока нагрузки можно сделать выводы о причине неисправности. Это значение не должно превышать 10 % постоянной составляющей тока нагрузки. Например, если ток нагрузки 40 А, то переменная составляющая не должна превышать 4 А. С осциллографом вы сделаете такие же выводы, если подключите его измерительный щуп к выходу генератора «В+». В этом случае величина пульсаций выпрямленного напряжения также будет свидетельствовать о проблеме с диодным мостом.
2. Межвитковое замыкание обмотки статора, или замыкание одной из фаз на корпус генератора
При данной неисправности значение переменной составляющей выпрямленного тока будет составлять от 40% до 50% значения нагрузка постоянного тока. Межвитковое замыкание, а также замыкание обмотки статора на корпус приводит к недостаточному заряду автомобильного аккумулятора и нагреву генератора, что, в свою очередь, может вызвать дальнейшее разрушение изоляции обмотки статора и преждевременный выход из строя подшипников генератора.
В некоторых случаях для исключения неисправности регулятора напряжения можно проверить работу генератора без самого реле. Не всякая конструкция генератора позволяет такое испытание, но при наличии удобного доступа к токосъемным кольцам ротора генератора это испытание возможно. В этом случае питание ротора должно подаваться непосредственно с выхода генератора, обеспечивая контакт колец с выводами «В+» и «В-» генератора. При выполнении этой проверки скорость генератора следует увеличивать плавно, внимательно следя за напряжением на выходных клеммах генератора. При частоте вращения около 600 об/мин (в зависимости от типа генератора значение частоты вращения может отличаться) это напряжение генератора будет составлять около 15 В. Как и прежде, отсутствие переменной составляющей тока нагрузки будет свидетельствовать о том, что обмотки статора/ротора и выпрямитель мост в хорошем состоянии. Не рекомендуется увеличивать частоту вращения генератора, так как дальнейшее увеличение вырабатываемого напряжения может привести к повреждению элементов выпрямительного моста.