Периодический мониторинг изоляции обмотки статора

Приборы-анализаторы TGA: Стандарт для on-line мониторинга частичных разрядов.

Периодический мониторинг частичных разрядов в режиме (on-line) на двигателях и турбогенераторах без вывода их из работы.

Периодический вывод из эксплуатации высоковольтных двигателей либо турбогенераторов для проведения персоналом оценки их состояния является экономически не обоснованным, поскольку влечет за собой финансовые потери за счет простоев технологических линий, сокращения срока службы оборудования из-за выемки ротора и проведения высоковольтных испытаний.

Анализ частичных разрядов (ЧР) в режиме on-line т.е. на двигателе или турбогенераторе в работающем состоянии позволяет пользователям сравнивать двигатели и оценивать степень их разрушения для выявления машин, имеющих наибольший риск отказа.

Измерение ЧР в режиме on-line создает возможность применения технического обслуживания основанного на реальном состоянии статорной обмотки двигателей и турбогенераторов, что увеличивает их готовность и продлевает срок службы.
Эта технология была введена около 30 лет назад и с тех пор используется более, чем на 8000 двигателях и турбогенераторах для выявления поврежденных обмоток статора. Этот метод является неразрушающим и основан на тщательной теоретической и экспериментальной проработке. Рекомендован общепромышленными стандартами и стандартами заводов-изготовителей, такими, как IEEEstd. 1434-2000.

Метод мониторинга ЧР Iris основывается на использовании емкостных датчиков 80 пФ, которые позволяют измерять ЧР в высокочастотном диапазоне, в котором амплитуда ЧР значительно превышает амплитуду помех (оптимальное соотношение сигнал/шум), что позволяет автоматически и надежно разделять ЧР и помехи, и легко анализировать результаты измерений. Наиболее распространенный метод мониторинга ЧР включает в себя использование портативного анализатора с комплектом постоянно установленных емкостных датчиков (EMC). Для сбора и отображения данных используется программное обеспечение с интуитивно понятным интерфейсом, работающее в среде Windows.

Способ измерений с TGA-B предназначен для регистрации ЧР в процессе нормальной работы двигателя либо генератора, т.е. при нормальных электрической, механической, тепловой нагрузке и при рабочих условиях окружающей среды. На показания не влияют внешние помехи (или шумы), такие как корона в энергосистеме, искрение в наружном токопроводе и другие известные источники помех, что дает прекрасную возможность определить реальное состояние изоляции и планировать техническое обслуживание. Обычно измерения ЧР проводятся каждые полгода и занимают 30 мин на одну электрическую машину.

Анализатор TGA-B работает совместно с высоковольтными датчиками (ЕМС) представляющими из себя конденсаторы емкостью 80 пФ, постоянно установленные в специальных местах вне двигателя либо генератора. Обычно IRIS поставляет компактные емкостные датчики, сделанные из высококачественной слюды и капсулированные специальным эпоксидным компаундом. Они сертифицированы на двойное рабочее напряжение и имеют стойкость к поверхностному трекингу. Каждый датчик поставляется с индивидуальным сертификатом, подтверждающим соответствие датчика требованиям IEEE/ANSI C37.20.2.

Периодический мониторинг ЧР в режиме (online) на двигателе или турбогенераторе

Конденсаторы 80 пФ блокируют промышленную частоту 50/60 Гц и пропускают высокочастотные импульсы c крутым фронтом, вызываемые ЧР в обмотке. Датчики обычно располагаются по два на каждой фазе: один непосредственно у вывода двигателя или генератора, второй в отдалении на линии связи объекта с системой (рис.1). К датчикам подводятся коаксиальные кабели одинаковой длины. Регистрация и определение направления распространения импульсов определяют их источник. Поэтому используемая схема может автоматически разделять помехи и ЧР в обмотке. Если двигатели соединены длинными экранированными кабелями, то может оказаться достаточным использование одного датчика на фазу, установленного в распределительной коробке двигателя.

Размещение датчиков ЧР для двигателей и небольших турбогенераторов

Измерения ЧР с анализатором TGA-B в режиме on-line.

Для измерения ЧР на двигателе или генераторе, находящемся в нормальных рабочих условиях, оператор соединяет анализатор TGA-B с коробкой выводов датчиков и компьютером, запуская программу IRIS. На каждом датчике регистрируется величина, фазовое положение и число импульсов ЧР; эти данные могут быть немедленно показаны или сохранены для последующего анализа. Результаты мониторинга представляются Пользователю в виде следующих данных:

  • Графики, отражающие природу и интенсивность отдельных механизмов разрушения изоляции.
  • Кривые трендов, позволяющие выявить развитие этих механизмов во времени.
  • Статистические величины, которые можно сравнить с накопленной информацией в базе данных для подобных генераторов.

В большинстве случаев оценка состояния изоляции обмотки статора по результатам on-line мониторинга ЧР может быть выполнена Пользователем самостоятельно, после 1-2х дневного курса обучения. IRIS также может помочь пользователю в интерпретации результатов, используя свою уникальную базу данных, содержащую более 272000 результатов, собранных более, чем за 15 лет на генераторах и электродвигателях всех заводов-изготовителей и различных размеров.

Технические характеристики

Импульсный анализ

  • Ширина кратчайшего импульса (FWHM): менее чем 2,5 нс, при амплитуде отсечки 3 дБ
  • Диапазоны амплитуды: 2–34 мВ с шагом 2 мВ, 5–85 мВ с шагом 5 мВ, 10–170 мВ с шагом 10 мВ, 20–340 мВ с шагом 20 мВ, 50–850 мВ с шагом 50 мВ, 100–1700 мВ с шагом 100 мВ, 200–3400 мВ с шагом 200 мВ
  • Окно наименьшей амплитуды: 2 мВ
  • Окна амплитуды: 32 на диапазон
  • Двойная полярность
  • 100 фазовых окон с разрешением 3,6º

Отделение электромагнитного шума

  • Цифровое сравнение времени прихода импульса и/или формы импульса, с разницей амплитуды до 50 %
  • Разрешение: 6 нс (соответствует 2 м между парой сенсоров)

Вход сигнала

  • Прибор под датчики EMC: 6 разъемов BNC (мультиплексор включен)
  • Прибор поддатчики SSC (TGA-S): двенадцать разъемов SMA для 6 датчиков SSC (мультиплексор включен)
  • 50 Ом входной импеданс

Опорная частота сети

  • 50 Гц или 60 Гц
  • Прибор для использования с EMC: опорный сигнал берется от ввода, обозначенного “Machine”, переключаемый на внешний опорный сигнал от 100 мВ до 240 В

Время сбора информации

  • Выбирается либо между 1 с или 5 с на окно амплитуды для каждой пары датчиков

Источник питания

  • 120/240 В, 50/60 Гц

Условия эксплуатации

  • Температура: 5 ºC – 40 ºC
  • Относит. влажн.: 15 % – 90 %

Размеры

  • Ш × Г × В: 41 × 31 × 21 см
  • Вес: 10,1 кг

Программное обеспечение для управления прибором и анализа

  • Программа управления: PDLitePro™
  • Программа анализа: PDView™
  • Работают на любом компьютере с  операционной системой Microsoft
  • Связь компьютера с прибором через USB или порт Ethernet

Варианты поставки

  • Переносной ПК с установленными программами контроля PDLitePro
  • Низкочастотный вариант для автономных испытаний согласно IEC 60034-27
  • PDView Advanced Level для создания шаблонов заказчика и графиков высокого качества

Обучение

  • Двухдневный курс по теории контроля ЧР, пользованию прибором и анализу данных
  • Семинары от одного до четырех дней, рассчитанные под конкретные потребности заказчиков

Прибор-анализатор PDA-IV. Периодический оперативный мониторинг ЧР для гидрогенераторов.

Iris Power PDA-IV был разработан для оперативного контроля частичных разрядов во время нормальной работы генератора, т. е. при обычных электрических, механических, термических и внешних рабочих нагрузках. На показания не оказывают воздействия внешние помехи (электромагнитный шум), например, разряды энергосистемы, искрение выводной шины или другие источники обычного шума. Этот контроль обычно выполняется раз в полгода и занимает около 30 минут на генератор.

Контроль делает возможным техническое обслуживание обмоток статора гидрогенератора по состоянию, что приводит к повышению коэффициента использования и продлению срока службы машины. Этот метод был введен более тридцати лет назад и с тех пор используется на более чем 5000 гидрогенераторах для определения изношенных обмоток статора. Это неразрушающий метод, основанный на проверенных научных и практических принципах и рекомендованный изготовителями и отраслевыми стандартами, например, IEEE 1434-2000. Этот метод мониторинга основывается на применении емкостных шинных датчиков (EMC) на 80 пф, что позволяет проводить измерения в высокочастотном диапазоне и достигать высокое соотношение сигнал-шум. Это делает возможным автоматическое разделение и регистрацию, как частичных разрядов, так и шума, так что результаты испытаний могут легко интерпретироваться пользователями. Наиболее распространенный метод мониторинга гидрогенераторов включает использование переносного прибора Iris Power PDA-IV с подключением нескольких датчиков EMC, устанавливаемыми на постоянной основе. Прибор управляется компьютером и включает программное обеспечение контроля и отображения данных для Windows. В качестве варианта Qualitrol-Iris Power предлагает системы непрерывного мониторинга. Их можно интегрировать с АСУТП предприятия  и обеспечить удаленный мониторинг через локальную сеть или интернет.

Дифференциальная схема подключения емкостных шинных датчиков EMC к гидрогенератору

Принцип действия

Конденсаторы (датчики) 80 пф блокируют напряжение промышленной частоты 50/60 Гц, но позволяют проходить высокочастотным импульсам с быстрой длительностью фронта (которые вызываются частичными разрядами в обмотке). Датчики обычно устанавливаются по «дифференциальной” схеме. Например, в обмотке с двумя параллельными ветвями на фазу устанавливаются два датчика, по одному на каждую параллель, как показано на схеме выше. Длина коаксиальных кабелей между датчиками и клеммной коробкой подбирается таким образом, чтобы шумовые импульсы, возникающие за пределами машины, приходили на два входных разъема прибора одновременно и взаимно уничтожали друг друга. Импульсы частичных разрядов, возникающие в обмотке, приходят на два входных контура прибора в разное время. Соответственно, система может в цифровой форме отличить шум от частичного разряда обмотки.

Когда генератор работает в нормальных условиях эксплуатации, оператор присоединяет прибор Iris Power PDA-IV к клеммной коробке датчиков и к переносному компьютеру с установленным программным обеспечением Iris Power. Амплитуда, фазовое положение и количество обнаруженных импульсов частичных разрядов записываются в базу данных и могут быть немедленно рассмотрены или сохранены для последующего анализа. Результаты, представляемые пользователю, включают:

  • графики, отображающие характер и серьезность процессов старения конкретной изоляции
  • кривые роста, показывающие развитие этих процессов во времени
  • статистические значения, которые можно сравнить с прошлыми базами данных для аналогичных генераторов.

В большинстве случаев оценка состояния изоляции обмотки статора, основанная на оперативном измерении частичных разрядов, может быть выполнена пользователем самостоятельно после короткого курса обучения. Представители Qualitrol-Iris Power также могут помочь пользователю с интерпретацией результатов, используя свою уникальную базу данных, содержащую свыше 272 000 результатов, собираемую свыше 30 лет, по генераторам всех производителей и размеров.

Обнаружение частичных разрядов

Частичные разряды в стареющих обмотках высоковольтного статора порождают импульсы небольшого напряжения, которые проходят через обмотку статора. Амплитуда и количество таких импульсов зависят от степени старения изоляции. То есть, так как амплитуда и количество импульсов частичных разрядов возрастают, то также должна возрастать степень старения электрической изоляции. Сигналы частичных разрядов часто смешиваются с электрическим шумом, например, от короны и искрения выводной шины, но они разделяются для анализа прибором Iris Power PDA-IV.

ЧР в параллели С1 ЧР в параллели С2

Планирование технического обслуживания по состоянию, используя оперативный мониторинг ЧР.

Проблемы с изоляцией обмотки статора происходят в 40 % всех гидрогенераторов и являются одними из основных причин вынужденных остановок, приводящих к потере прибыли. Оперативный мониторинг частичных разрядов (ЧР), испытанный метод, разработанный компанией Ontario Hydro и Канадской Электрической Ассоциацией в конце 70-х годов, помогает  свести к минимуму риски неожиданного выхода из строя обмотки статора. Используя датчики ЧР, установленные на постоянной основе и переносной прибор (Iris Power PDA-IV), персонал генерирующего предприятия во всем мире нашел этот метод надежным и легким в использовании.

За свою 30-летнюю историю оперативный контроль частичных разрядов дал результаты на тысячах гидрогенераторов. Опубликованные десятками исполнителей контроля ЧР конкретные примеры, подтвердили следующие преимущества:

  • коренные причины проблем со статорами могут быть определены и часто решены на ранней стадии.
  • оперативный контроль может увеличить коэффициент использования генераторов и может способствовать продлению срока службы обмотки статора агрегата
  • могут быть увеличены интервалы между остановками для контроля генератора при хороших результатах ЧР
  • можно избежать большей части выходов из строя обмотки статора в процессе эксплуатации
  • при этом исключительно низок уровень ложных индикаций
  • были установлены четкие уровни, на которых машинам необходимо техобслуживание
  • может быть применен к существующим и новым гидрогенераторам.

Контроль частичного разряда завоевал признание во всем мире во всех крупных электроэнергетических компаниях. Это общее признание было достигнуто по следующим причинам:

  • контроль доказал свою эффективность на тысячах установок путем определения гидрогенераторов, нуждающихся в техобслуживании
  • оборудование контроля экономически эффективно
  • контроль выполняется в реальном масштабе времени и не требует остановки генератора
  • персонал генераторного агрегата может выполнить контроль и интерпретировать результаты после минимального обучения.