Периодический мониторинг ротора

Прибор-анализатор для периодического мониторинга потока неявнополюсного (гладкого) ротора Iris Power RFAII-R.

Iris Power RFAII-R — усовершенствованный инструмент второго поколения для обнаружения короткозамкнутых витков обмотки ротора в турбогенераторах и высокоскоростных синхронных двигателях во время эксплуатации.

Портативный анализатор магнитного потока ротора Iris Power RFAII-R

Технология Iris Power RFAII-R относится ко второму поколению анализаторов потока ротора, которые позволяют проводить более совершенный анализ данных о потоке, предоставляя первичный диагноз состояния обмотки ротора, обычно даже когда нагрузка генератора постоянна! Этот переносной прибор может собирать и анализировать данные о потоке от любого датчика плотности потока в реальном времени, предоставляя пользователю данные о потенциальных короткозамкнутых витках. Высокоскоростной сбор данных потока Iris Power RFAII-R, высокочастотная способность и совершенно новые алгоритмы анализа позволяют ему собирать и анализировать данные о всех остановках или пуску агрегата (при подключенном датчике синхронизации вала). После установки и настройки Iris Power RFAII-R не требует вмешательства пользователя и идеален для составления профиля состояния изоляции витков ротора до остановки машины или после модернизации.

ОБМОТКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА И РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изоляция в круглых роторах должна выдерживать серьезные электрические, механические и природные напряжения. Дефекты изоляции могут возникать по вине многих факторов, включая:

  • механический износ, вызванный, например, частыми циклами пуска /остановки;
  • деформацию, поломку и перемещение из-за центробежного механического напряжения и циклов расширения / сжатия термического характера во время циклов нагрузки;
  • перегрев из-за перегрузки, перевозбуждения или ненадлежащего / сниженного охлаждения
  • локальный перегрев в высокоомных паяных соединениях и в короткозамкнутых витках
  • загрязнение в охлаждающем газе или образование медной пыли, приводящих к трекингу поверхности между витками полюса или к земле
  • перенапряжения, вызванного системными событиями или от цепей возбуждения в статических возбудителях.

Пробой изоляции может приводить к электрическим соединениям между витками и, в конечном итоге, в замыкании обмотки на землю.

Межвитковое замыкание – это наиболее частый механизм дефекта изоляции ротора. Витковые замыкания могут приводить к:

  • термическому дисбалансу ротора, приводящему к механической вибрации;
  • магнитному дисбалансу потока, приводящему к механической вибрации ротора
  • повышенной температуре ротора и последующей деградации изоляции
  • перегреву, приводящему к выходу из строя изоляции и замыканию на землю с возможностью катастрофического замыкания на землю во второй точке
  • невозможности достижения номинальных мегавольтамперных характеристик для этой машины.

Мониторинг магнитного потока через установленные на постоянной основе датчики магнитного потока в воздушном зазоре является отработанной технологией на синхронных электрических машинах для определения того, произошли ли в обмотке ротора межвитковые замыкания. Замер потока обеспечивает самые прямые средства оперативного мониторинга состояния обмоток ротора, предоставляя информацию о целостности межвитковой изоляции обмоток. Эта информация очень важна для планирования техобслуживания, диагностики аномальных вибраций и подтверждения целостности нового ротора и ротора с перемотанной обмоткой.

ВОЗМОЖНОСТИ

  • Немедленный анализ состояния обмотки круглого ротора обычно при любой нагрузке машины
  • При необходимости способность анализа испытаний при различных нагрузках для более уверенного предсказания состояния обмотки ротора
  • В состоянии выполнить точечный замер или автоматически получить результаты за несколько дней во время обычных изменений нагрузки генератора без вмешательства оператора
  • Работает с обычным датчиком потока, установленным на клин или установленным на зуб Iris Power TFProbe, который часто можно установить на место без извлечения ротора.

ТЕОРИЯ МОНИТОРИНГА ПОТОКА

Мониторинг потока основывается на замерах локального магнитного поля, вызываемого каждой обмоткой в роторе. Поток рассеяния определяется полными ампер-витками от каждого паза ротора. Любое изменение ампер-витков в обмотке из-за короткозамкнутых витков вызывает изменение потока рассеяния. Чтобы измерить поток рассеяния, сенсор датчика потока устанавливается на постоянной основе на статоре. Во время работы машины поток от каждого проходящего паза вызывает напряжение в датчике потока. Трудность измерения потока рассеяния в том, что основной радиальный магнитный поток на порядки амплитуд больше потока рассеяния. Чтобы довести до максимума чувствительность к короткозамкнутым виткам во всех катушках ротора, сигналы от датчика потока необходимо замерить при различных условиях нагрузки, начиная от нулевой до полной нагрузки. При прохождении через нуль полного потока (что является функцией реальной и реактивной нагрузки машины), чувствительность к потоку рассеяния является наивысшей. Таким образом, показания потока на старом оборудовании первого поколения должны браться при различных точках нагрузки в зависимости от количества пазов в полюсе.

Типичная форма кривой напряжения от датчика потока

На графике показана типичная форма кривой напряжения от датчика потока. Каждый пик напряжения представляет поток рассеяния вокруг одной обмотки ротора. Витковое замыкание в обмотке уменьшает пики, связанные с этими двумя противоположными пазами, содержащими дефектную обмотку. Анализируя формы кривой напряжения при различных точках нагрузки генератора, можно определить любые пазы с короткозамкнутыми витками. Новая технология, используемая в Iris Power RFAII-R, обычно не требует изменений нагрузки.

ОБЫЧНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Во время установки генератора на текущее или капитальное техобслуживание  трудно оценить состояние изоляции обмотки ротора. Без снятия бандажных колец и клиньев обмотки доступ к обмотке строго ограничен. Нелинейные проверки для обнаружения короткозамкнутых витков и мест пробоя на землю также могут быть удручающе неэффективными из-за зачастую прерывистого характера пробоев во время работы и остановки. Поэтому линейные измерения гораздо более предпочтительны по сравнению с нелинейными испытаниями и контролями. Линейные измерения требуют установки на постоянной основе датчика потока на статоре для измерения потока пазового рассеяния. В большинстве машин, предлагаемых ПО, датчик потока крепится к клину обмотки статора, выступающий в воздушный зазор. Теперь Qualitrol Iris Power предлагает другой датчик, Iris Power TFProbe, небольшой, тонкий, гибкий датчик на печатной плате, прикрепляемый к зубцу статора.

Датчик Iris Power TFProbe измеряет полный поток воздушного зазора, а не только лишь поток рассеяния, как это делают старые датчики. Датчик Iris Power TFProbe легко установить, и для него не требуется разрушающее сверление клиньев статора. Зачастую его можно установить, когда ротор еще на своем месте! В случае электрических машин с водородным охлаждением провода от датчика потока выводятся через герметизированную проходку. Независимо от устройства датчика данные от установленных на постоянной основе датчиков потока могут быть измерены с помощью портативных анализаторов Iris Power RFAII-R или стационарных систем непрерывного мониторинга Iris Power FluxTracII и программного обеспечения Iris Power. Сразу же по получении данных должны быть
применены методики анализа для сравнения измерений потока поперек различных пазов ротора для определения того, имеются ли витковые замыкания.

ОСОБЕННОСТИ

  • Прочный переносной прибор с компьютерными интерфейсами USB и Ethernet
  • Изготовленный на заказ, регистрирующий модуль цифровых данных ультравысокого разрешения, включая встроенный переключаемый аттенюатор для измерений с максимальным разрешением, используя фактически любой датчик плотности магнитного потока
  • Высокоскоростной сбор с большой памятью для сбора полных и точных данных
  • Способен сохранять свыше ста пятидесяти форм колебаний потока
  • Может быть синхронизован на сигнал частоты питающей сети или в идеале на внешний сигнал синхронизации вала (датчик вращения)
  • Используется с 2-полюсными или 4-полюсными роторами
  • Прогнозы замыкания витков в каком-либо пазе, часто независимо от точки нагрузки генератора во время сбора данных
  • Режим высокоскоростного сбора немедленно создает таблицу результатов, охватывающую каждую обмотку в каждой точке подключения нагрузки, включая формы колебания потока.
  • Автономный режим, когда Iris Power RFAII-R может собирать данные автоматически, по мере того как генератор проходит обычные изменения нагрузки
  • Дружественное программное обеспечение на основе Windows™ для отображения данных, анализа и тенденций
  • Аналитическая программа, способная считывать и анализировать файлы с данными от других изготовителей переносных приборов
  • Имеются системы для дистанционного и непрерывного мониторинга
  • Заказной режим для нахождения замыканий в углублениях для разгонных испытаний с ротором, работающим на различных скоростях
  • Заказной прибор, который можно использовать как для круглых роторов, так и для явнополюсных роторов
Сравнение полюса А с полюсом В

Программные данные, показывающие местоположение витковых замыканий

 

Прибор-анализатор для периодического мониторинга потока ротора явнополюсных машин Iris Power RFAII-S.

Iris Power RFAII-S — усовершенствованный инструмент второго поколения для обнаружения короткозамкнутых витков обмотки явно выраженного ротора в больших генераторах и электродвигателях во время эксплуатации.

Портативный анализатор магнитного потока ротора Iris Power RFAII-S

МОНИТОРИНГ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ О ПОТОКЕ

Мониторинг потока опирается на измерения локального магнитного поля, вызываемого каждым полюсом ротора. Факторы, влияющие на магнитное поле, от каждого полюса, включают:

  • изменение в воздушном зазоре,
  • несоосность или смещенность ротора от центра,
  • рыхлый полюс – перемещение ключа,
  • перемещение статора,
  • естественные изменения физического положения полюса,
  • короткозамкнутые витки ротора.

Во время обычной работы машины поток от каждого проходящего полюса вызывает
напряжение в датчике Iris Power TFProbe. В явнополюсных машинах профиль радиального магнитного потока поперек каждого полюса зависит от нагрузки машины. Прибор Iris Power RFAII-S захватывает в реальном времени сигнал потока через несколько поворотов машины и усредняет и сравнивает эти показания для определения закороченных полюсов.

Конфигурация магнитного потока, замеренная прибором Iris Power RFAII-S

На рисунке показана типичная форма кривой напряжения от датчика плотности магнитного потока на гидрогенераторе (голубая линия), а также кривая интегрированного в режиме реального времени магнитного потока (красная кривая). Каждый пик напряжения представляет магнитный поток вокруг полюса ротора. Витковое замыкание в обмотке уменьшает пики, связанные с этим полюсом.

Анализ кривых напряжения в реальном времени, сравнение средних и разрозненных показаний потока и показаний тенденции от всех полюсов помогает определить отклонения в потоке из-за короткозамкнутых витков.

ТИПИЧНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Самый обычный метод мониторинга потока включает использование переносного прибора Power RFAII-S, который периодически подключается к машинам, которые снабженым датчиками плотности магнитного потока. Прибор оснащен компьютером и использует программное обеспечение для управления и отображения данных на основе Windows™. В качестве варианта для дистанционного мониторинга в Qualitrol-Iris Power имеются системы непрерывного мониторинга с использованием стационарной системы FluxTracII. Их можно объединить с заводским АСУТП (SCADA), используя сеть TCP/IP интерфейс протокола ModBus и целый ряд других заводских протоколов сбора данных и мониторинга.

ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Работа Iris Power RFAII-S обеспечивается программами, которые можно установить на компьютере с любым Windows. Эти программы также обеспечивают сохранение данных и незамедлительный анализ результатов. Есть четкое показание наличия и местоположения (предполагая, что установлена синхронизация вала) полюсов с короткозамкнутыми витками.

График в полярных координатах, показывающий короткозамкнутые витки на полюсе 39 76-полюсного ротора гидрогенератора