Экономическое обоснование тестирования частичных разрядов изоляции обмотки статора

DSC00383

Частичные разряды относятся к электрическим разрядам, которые происходят в газовых пустотах в системах изоляции высокого напряжения. Частичные разряды могут служить признаком того, что имеют место некоторые механизмы отказа в двигателях, генераторах и распредустройствах. Поэтому тестирование на частичные разряды можно использовать в качестве упреждающей меры. Тестирование можно производить на оборудовании с номиналом от 3 кВ до 25 кВ.

Тестирование позволяет правильно распознать и предупредить о таких механизмах отказов, как:

  • Рыхлая обмотка статора
  • Загрязнённость
  • Термическое старение
  • Дефекты изготовления

Статистические данные согласно институту инженеров-электриков и электронщиков и Электроэнергетическому научно-исследовательскому институту (США) показывают, что примерно 37% всех отказов двигателей и генераторов высокого напряжения с воздушным охлаждение обусловлены повреждением изоляции обмотки статора.

Преимущества тестирования на частичные разряды

1. Позволяет избежать ненужных повторных обмоток на старых машинах за счет максимального продления наработки в часах. Хотя, в большинстве случаев, при условии доброкачественного проектирования и изготовления, обмотки надёжны, фирмы-изготовители комплексного оборудования и ремонтные мастерские подчёркивают необходимость повторной перемотки обмотки статоров с периодичностью через определённое количество лет. Пользователю важно иметь объективную оценку от независимого источника в плане обоснования необходимости повторной перемотки обмотки машины. При отсутствии такой необходимости пользователь имеет существенную экономию средств. Результаты легко рассчитать, особенно для старых генераторов. Например, известны документально подтверждённые случаи, когда нижеуказанным компаниям удавалось продлевать срок до очередной повторной перемотки:

• Honda Power & Light- Turkey Point (400 МВА-ный. генератор)

• Kansas City Power & Light — Montrose агрегаты 1 и 2 (170 МВт каждый)

• Ontario Hydro — Lakeview агрегаты 5 и б (300 MBA каждый)

2. Снижение уровня риска в связи с возникновением сбоев в ходе эксплуатации.

3. Отыскание неисправностей у новых машин, ещё находящихся на гарантийном обслуживании. К сожалению,- известны многочисленные примеры, когда агрегаты невозможно было идентифицировать, когда услуги по повторной перемотке обмоток и продление гарантии приобретались для двигателей компаний производящих сжатый воздух, нефтеперерабатывающих компаний, сталелитейных заводов и гидрогенераторов.

4. Сосредоточенное обслуживание машин с высоким уровнем частичных разрядов по методу сравнения со схожими машинами. Возможно проведение ускоренного сравнения благодаря обширной базе данных, которую ведёт компания Iris, и которая насчитывает результаты свыше 260 000 тестов, проведённых на самых разнообразных машинах.

5. Выявление конкретных механизмов отказов и определение конкретных коррективных действий, упреждающих вынужденный простой из-за выхода из строя.

a. Случай из опыта работы компании FP&L: функциональное диагностирование на частичные разряды позволило выявить рыхлость обмоток у 400 МВА-ного генератора. Обмотки были в большой степени деградированы, поэтому необходима была повторная перемотка. Тестовое диагностирование и осмотр подтвердили результаты испытаний на частичные разряды:

    b. Случай из опыта работы компании: Ontario Hydro, Lambton Generating Station агрегат 4 (500 MBA): функциональное диагностирование на частичные разряды выявило рыхлость обмотки. Обмотки, как было установлено, находились на ранней стадии деградации, поэтому повторного расклинивания оказалось достаточно чтобы восстановить работоспособность генератора. Тестовое диагностирование подтвердило результаты функционального диагностирования.

6. Позволяет повысить общий уровень надёжности в пределах одной установки.

7. Позволяет определить коррективные действия и меры, необходимые чтобы упредить вынужденный простой.

а. Случай из опыта работы компании Nevada Power: тестирование на частичные разряды было произведено после выхода генератора из строя. Стоимость ремонта превысила 1 млн. долл. У другого генератора на той же установке функциональное диагностирование на частичные разряды выявило проблему с 94 МВД, 13,8 кВ-ным генератором до запланированного простоя, в ходе которого была реализована корректирующая мера.

8. Позволяет повысить общий уровень надёжности генераторов, двигателей и распредустройств, благодаря чему снижается вероятность неожиданного выхода из строя (если проводить испытание высоким напряжением).

9. Низкая стоимость тестирования (см. результаты сравнений с опытной проверкой коэффициента потерь в отчёте, составленном компанией Nevada Power Company).

10. Тестирование машин в ходе их нормальной эксплуатации.

11. Обеспечение эффективности корректирующих мер. Для машин высокого напряжения обычно применяют чистку и повторное расклинивание. После подобных мероприятий важно проводить оценку их эффективности. Проведение тестирования на частичные разряды до и после профилактики позволяет оценить эффективность принятых мер. Если тестирование на частичные разряды, которое проводится после, даёт неудовлетворительные результаты, может оказаться необходимым запланировать дополнительное обслуживание или осуществление повторной перемотки, чтобы избежать отказов в ходе эксплуатации. Нижеприведённые примеры доказывают это:

a. Случай из опыта работы компании Ontario Hydro — Hearn Plant (200 MBA) Уровень частичных разрядов снизился в пять раз после повторного расклинивания.

b. Ontario Hydro — Nanticoke Generating Station, агрегат 8 (600 MBA) В этом агрегате повредился стержень, что вызвало сгорание внешней изоляции. Повреждённую обмотку сняли, а машину подвергли восстановительному ремонту. Все пазы имеют низкий уровень частичных разрядов, за исключением одного, у которого этот уровень весьма высок.

c. Kansas City Power & Light — Iatan агрегат 1 (700 МВт) Агрегат вышел из строя из-за рыхлости в обмотке. Б результате восстановительного ремонта уровень частичных разрядов стал весьма низким. Это подтвердило эффективность ремонта.

12. Позволяет продлить межремонтный период. В большинстве случаев для генераторов с водородным охлаждением вывод из эксплуатации для проведения профилактики с вытягиванием . ротора рекомендуется проводить каждые 5 — 7 лет. У крупных генераторов запланированный простой может длиться до 6 недель и обходится в 100 000 $ в плане затрат только на рабочую силу, и материалы (без учёта потерь из-за простоя). Нельзя также исключать и возможность повреждения машины в ходе мероприятий при запланированном простое. Если состояние машины можно оценить без прерывания эксплуатации, операторы могут, в принципе, межремонтный период. Благодаря этому может отпасть необходимость в 2-х, а может быть и более, капитальных ремонтах за расчётный срок службы машины. Это преимущество является одной из основных причин, по которой владельцы генераторов с водородным охлаждением принимают функциональное диагностирование на частичные разряды даже в тех случаях, когда статоры у подобных машин являются весьма надёжными. Среди примеров можно привести следующие:

a. KCPL Montrose агрегаты 1 и 2. Экономия по 100 000 $ на каждом.

b. PP&L Sunbmy агрегат 2. Показания по уровню частичных разрядов оказались низкими, поэтому срок очередного планируемого простоя продлили.

Анализ затраты/результат по использованию испытаний/мониторинга на частичные разряды

Компания Kansas City Power & Light

Ссылка — письмо KCPL от 4 Апреля,1997 г., от Glen Bickerdite 

1. Montrose агрегат №1

Характеристики машины: 170 МВт,1958 г., микалентная изоляция с асфальтовой пропиткой. В1991 г. фирма-изготовитель комплексного оборудования рекомендовала повторную перемотку по результатам испытаний на утечку по постоянному току. Затраты по перемотке были включены в бюджет на1999 г. В1993 г. был произведён Iris мониторинг на частичные разряды, который показал относительно низкий и постоянный уровень частичных разрядов. Бюджет предусматривавшийся на перемотку был аннулирован на основе результатов анализа, показавшего что изоляция обмотки была в хорошем состоянии и могла и дальше надёжно служить.

Оставшийся срок службы установки: согласно расчётам 20 лет начиная с1998 г. (полный срок службы 60 лет)

Оценка выгоды

Выгода: Отпала необходимость в капитальных затратах на перемотку и выплаты процентов по заёмному капиталу

Затраты на диагностику:

Прибор TGA, датчики частичных разрядов и монтаж: $ 65 000.00
Периодичность тестирования: 20 лет по $500.00/год = 10 000.00
Итого:  $75 000.00
Портативный прибор-анализатор ЧР — Iris Power TGA-B и установленные на линейные выводы электродвигателя датчики ЧР — Iris Power EMC 80 пФ, 6.9 кВ

Затраты на перемотку.

170 МВт-ный генератор с водородным охлаждением, возможно при 2Д кг/см2 Размеры схожи с 230 МВт-ной машиной Atikokan, ~4,5 м, ~ 54 паза для перемотки требуют 120 стержней (включая запасные)

Стоимость на один стержень:   от $10 000 до $15 000
Стоимость материалов:   от $1,2 млн. до $1,8 млн.
Расходы на монтаж:   от $300 000 до $500 000
Оценка капитальных затрат на перемотку: $1 500 000.00 
$2 300 000.00
Коэффициент эффективности затрат:  1 500 000 / 75 000 = 20
2 300 000 / 75 000 = 30/7
Период окупаемости: 1 год
8 мес.

Устранимые издержки в связи с простоем агрегата не оценивались (были приняты за нуль).

2. Montrose агрегат №2

Характеристики машины: 170 MBT,1960 г., микалентная изоляция с асфальтовой пропиткой. Консультант рекомендовал перемотку в2002 г. на основе испытании на утечку по постоянному току, По результатам тестирования Iris на частичные разряды из плана по профилактике был исключён пункт «перемотка».

Устранимые издержки в связи с перемоткой и расходы по полному сроку службы оцениваются такими же, как для агрегата Montrose №1. Коэффициент эффективности затрат, согласно расчётам, выше потому что прибор был амортизирован по первому агрегату.

Оценка капитальных затрат на перемотку:  $1 500 000.00 
  $2 300 000.00
Расходы: Датчики частичных разрядов и монтаж: $10 000.00
Расходы: Периодическое тестирование $10 000.00
Итого: $20 000.00
Коэффициент эффективности затрат:  1 500 000 / 20 000 = 75
2 300 000/20 000 = 115
Период окупаемости: 3 мес.
2 мес.

3. Montrose агрегат №3

Отпала необходимость в демонтаже ротора генератора в ходе запланированного в 1996 г. простоя благодаря низким результатам испытаний на частичные разряды. Расчётная экономия: $100 000.00 из расчёта расходов на рабочую силу и материалы по демонтажу и повторной сборке генератора, с которого демонтировался бы ротор.

4. Montrose агрегат №1

Отпала необходимость в инспекции генератора и демонтаже ротора в1996 г. на основании результатов испытаний — низкий уровень частичных разрядов.

Расчётная экономия: $100 000.00

5. Iatan агрегат №1

Характеристики машины: 700 МВт-ный генератор,1970 г. изготовления. В1993 г. произведено Iris функциональное тестирование, на частичные разряды после частичной перемотки на одной из фаз. Результаты тестирования подтвердили целостность изоляции обмотки. Согласно сделанной оценке, можно будет избежать две инспекции;, которые потребовали бы демонтировать ротор, в ходе оставшейся части срока службы, а экономия составила свыше $400 000 (крупный генератор).

Преимущества технологии IrisPower LP:

  • Простая в применении технология. Многие компании, после минимального обучения, самостоятельно производят тестирование.
  • База данных насчитывает свыше примерно 260 000 результатов испытаний разнообразных машин.
  • Эффективные и хорошо зарекомендовавшие себя методы распознания шумов, что является одним из важнейших аспектов тестирования на частичные разряды. Данные, свободные от шума, можно надёжно интерпретировать и отслеживать динамику их изменения во времени (подробный анализ содержится в прилагаемой документации).
  • После 2-дневного обучения пользователи могут самостоятельно производить тестирование и начальную интерпретацию данных в результате применения способа отделения шумов.