МЕТОДИ І ЗАСОБИ ОЦІНКИ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ І ДІАГНОСТУВАННЯ УШКОДЖЕНЬ КОНСТРУКЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН

На кафедрі електромеханіки НТУУ “Київський політехнічний інститут имені І. Сікорського” виконано цикл досліджень і розробок по створенню методів і засобів достовірної оцінки технічного стану і діагностування ушкоджень конструкції електричних машин (ЕМ).
Актуальність зазначеного напрямку досліджень пов’язана перш за все з наявністю великої кількості ЕМ, у тому числі потужних, які відпрацювали гарантійні терміни  експлуатації, але продовжують роботу в складі технологічних систем. Достовірна діагностика дефектів ЕМ дозволяє своєчасно і обґрунтовано виводити їх в ремонт за результатами оцінки їх фактичного технічного стану.і позбутися економічних втрат та екологічних наслідків від аварійної зупинки машин. Аналіз статистичних даних свідчить, що найбільш часто ушкоджується такі вузли ЕМ як електрична ізоляції обмотки статора ЕМ змінного струму; стержні короткозамкненої обмотки ротора асинхронних машин; ізоляція листів шихтованих магнітропроводів. Розробка методів і засобів діагностування зазначених ушкоджень виконувалася на кафедрі електромеханіки НТУУ «КПІ».

Пристрій діагностики роторів ЕМ1. Проблеми функцональної діагностики ї (в процесі роботи машини) і тестової діагностики (в процесі ремонту і виготовлення машин) роторів асинхронних машин з короткозамкненою обмотокою досліджували проф., д.т.н. Васьковський Ю.М., доц., к.т.н Коваленко М.А., доц., к.т.н Гераскін О.А. Розроблені оригінальні математичні моделі електричних машин, які мають ушкодження конструкції. З використанням методу спектрального аналізу була запропонована та обгрунтована система діагностичних ознак, яка дозволяє з великою вірогідністю ідентифікувати різні види ушкоджень ротора асинхронної машини (тріщини і розриви стержнів і короткозамикаючих кілець обмотки ротора, ексцентриситет ротора, ушкодження шихтованого осердя ротора, тощо), у тому числі комбіновані дефекти та малорозвинуті дефекти на початкових стадіях їх розвитку. Розроблено і впроваджено пристрої для проведення тестової діагностики короткозамкненого ротора.
Дослідження виконувалися спільно з вченими Інституту електродинаміки НАН України. Результати досліджень і розробок відображено в двох кандидатських дисертаціях, в ряді публікацій в фахових виданнях у тому числі в науковій монографії.

2. Дослідження з проблеми діагностики стану електричної ізоляції обмоток статорів та шихтованих магнітопроводів ЕМ змінного струму очолював  доц., к.т.н Чумак В.В.   Зокрема доц., к.т.н Чумак В.В. і доц., к.т.н Коваленко М.А.  розробили і впровадили «Систему неруйнівного контролю і діагностики стану шихтованого осердя іелектричної  ізоляції обмоток ЕМ в процесі їх виготовлення, ремонту і експлуатації».
До складу системи входять наступні розроблені прилади:
1). Прилад КС (Контроль Сталі). Дозволяє контролювати і прогнозувати якість магнитопровода (пакету листів електротехнічної сталі) на етапі виробництва і ремонту ЕМ.
Виявляє механічні дефекти, що утворюються при виробництві і  складанні  пакету нової сталі, а також порушення ізоляційних властивостей ізоляції листів електротехнічної сталі після випалювання обмотки при ремонті електричної машини.
Дозволяє виявляти пакети, що мають високі вихрові струми, через порушену міжлистову ізоляцію, що приводять до зростання втрат і перегріву (аж до пожежі в залізі).
2). Прилад КВ (Контроль Витків). Дозволяє контролювати і прогнозувати якість катушок, секцій і обмоток електричних машин в процесі їх виробництва і ремонту.
Виявляє дефекти ізоляції катушок, секцій і обмоток в зборі, обумовлені як механічними пошкодженнями при складанні; так і низьким рівнем якості ізоляції, лаків, зварних і паяних з'єднань.
Виявляє як металеві замикання, так і нерозвинені дефекти міжвиткової ізоляції.
Контроль проводиться при забезпеченні випробувальної  виткової напруги від 10 В до 200 В на виток  (для крупних потужних машин).
3). Прилад КІ (Контроль Ізоляції). Дозволяє контролювати і прогнозувати  якість головної і міжвиткової ізоляції обмоток електричних машин в процесі експлуатації (без розбирання на місці установки).
Виявляє лінійні і нелінійні дефекти ізоляції обмоток електричної машини в зібраному стані. Шляхом виявлення прихованих дефектів прогнозується залишковий ресурс електричної машини. Контроль проводиться при забезпеченні випробувальної напруги :
U випр. =1000+2 U ном. (при U ном до 3000 В),  2.5 U ном. (при U ном. більше 3000 В)
Випробування проводяться неруйнуючим методом. Енергія дії на ослаблені місця ізоляції не більше 0.01 Дж.
Випробуванні безпечні для обслуговуючого персоналу. Прилади переносні, з живленням від освітлювальної мережі.Результати досліджень можуть видаватися у вигляді цифрової  обробки сигналів, осцилограм,  цифрової і світлової індикації, звукових сигналів.
Система гарантує контроль над якістю на всіх стадіях виготовлення ЕМ  :
- контроль якості зібраного шихтованого магнітопроводу (КС),
- після намотування катушок (або формування секцій) (КВ),
- після укладання обмотки в пази (КВ),
- після формування лобових частин (КВ),
- після складання статора і ротора (з укладеними обмотками) (КВ),
- після просочення (КВ),
- вихідний контроль машини в зборі (КІ).
Система гарантує контроль за якістю на всіх стадіях ремонту ЕМ:
- контроль якості пакету шихтованого магнітопроводу після випалювання обмотки і механічних дій (КС),
- після намотування катушок (або формування секцій) (КВ),
- після укладання обмотки в пази (КВ),
- після формування лобових частин (КВ),
- після складання статора і ротора (з укладеними обмотками) (КВ),
- після просочення (КВ),
- вихідний контроль машини в зборі (КІ).
В приладі КІ поєднуються одночасно такі властивості, як високий рівень випробувальної напруги, висока чутливість системи до прояву як лінійних, так і нелінійних дефектів і, в тож же час, мінімізована енергія спеціального випробувального імпульсу, що дозволяє проводити вимірювання регулярно без шкоди досліджуваній ЕМі.

image2

3. На кафедрі електромеханіки була виконана актуальна розробка: Науково – методичне забезпечення для створення систем вібродіагностики та моніторингу турбоагрегатів атомних електростанцій», яка здійснювалася на замовлення організації «Укратоменергобуд».  Дослідження проводили  проф., д.т.н. Шумілов Ю.А., проф., д.т.н. Васьковський Ю.М., доц., к.т.н. Гайденко Ю.А., доц., к.т.н. Цивінський С.С. .Моніторинг технічного стану турбогенераторів та виявлення набутих ушкоджень має надзвичайно велике значення для забезпечення надійності експлуатації електростанцій, особливо атомних електростанцій.Серед відомих методів діагностики ушкоджень особливу значення має метод вібраційної діагностики завдяки своїй універсальності та високої чутливості. Були розроблені:
•    принципи побудови і структура систем вібродіагностики та моніторингу турбоагрегатів атомних електростанцій;
•    специфікації комплексу апаратних та комп’ютерних обчислювальних засобів, що входять до складу системи вібраційної діагностики та моніторингу;
•    математичні моделі, комп’ютерні алгоритми та програми для вимірювання, регістрації, комп’ютерної обробки та інтелектуального аналізу діагностичних параметрів;
•    технічниі пропозицій та рекомендацій щодо практичної побудови систем вібродіагностики та моніторингу турбоагрегатів атомних електростанцій.
Результати розробки передані зацікавленим організаціям для подальшого впровадження.

Синхронно-асинхронні турбогенератори

image1      На кафедрі електромеханіки НТУУ “Київський політехнічний інститут имені І. Сікорського” тривалий час проводяться дослідження і розробки турбогенераторів нового типу з розширеними функціональними можливостями, які називають асинхронізованими (АСТГ) або синхронно-асинхронними турбогенераторами. На відміну від традиційних синхронних турбогенераторів АСТГможе працювати як в синхронному, так і в асинхронному режимах, генерувати і споживати реактивну потужність і забезпечувати оптимальні режими роботи енергосистеми. Роботи зі створення турбогенераторів асинхронного типу були започатковані ще у 70-х роках минулого століття,  завідуючим кафедри електромеханіки КПІ член – кореспондентом НАН України Постніковим І.М. Роботи проводилися разом з фахівцями Інституту Електродинамікі НАН України і спеціалістами  заводу «Електроважмаш» (м, Харків). Були дослідженні фізичні процеси в АСТГ та їх режими роботи, обгрунтовані оптимальні параметри конструкції, тощо.
     Два зразки АСТГ- 200-2 потужністю 200 МВт уперше у світі були виготовлені на заводі «Електроважмаш» (м, Харків) і впроваджені в експлуатацію на Бурштинській ТЕС (Україна). Успішний тривалий досвід експлуатації цих генераторів на Бурштинській ТЕС довів ефективність та перспективність розроблених технічних рішень і рекомендацій.

Литература:

  1. Теория и методы расчета асинхронных турбогенераторов. под. редакцией Постникова И.М. Наукова думка”, Киев, 1977, 176с.
  2. Титко А.И., Васьковский Ю.Н. Синхронно-асинхронные турбогенераторы. Наукова думка, Киев, 2010, 248 с.;
  3. Васьковський Ю.М., Цивінський С.С. Тривимірна польова математична модель електромагнітних процесів у торцевій зоні ротора турбогенератора // Технічна електродинаміка №1, 2016, с.34-39.

ТЯГОВИЙ АСИНХРОННИЙ ДВИГУН СТА-1200

image1

      Разом зі спеціалістами Публічного акціонерного товариства “Науково-Виробниче Підприємство "Смілянський електромеханічний завод" співробітники кафедри електромеханіки НТУУ “Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського” – проф., д.т.н. Васьковський Ю.М. і доц., к.т.н Гайденко Ю.А. розробили унікальний частотно-керований тяговий електродвигун типу СТА-1200У1.

image2Електровоз змінного струму ДС-3 з частотною системою управління, розробленою фірмою Siemens


       Тяговий асинхронний двигун типу СТА-1200 потужністю 1200 кВт призначений для приводу вантажно-пасажирського електровозу змінного струму типу ДС-3, який випускається на НВК «Електровозобудування» (Україна). Конструкція двигунів розроблена та серійно випускається на Смілянському електромеханічному заводі. Електроживлення двигуна здійснюється від спеціального перетворювача частоти, розробленого і виготовленого фірмою «Siemens».

image3      image5


image6

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТА-1200
  Потужність, кВт 1200
  Напруга, В 1870
  Струм, А 450
  Кількість фаз обмотки статора 3
  Діапазон регулювання частоти напруги живлення, Гц  0…146 
  Клас ізоляції Н
  Частота обертання, об/хв 1138
  Момент на валу, Нм 10400
  ККД,%     95,5 95,5
  Коефіцієнт потужності 0,88
  Маса, кг 2410


ОСОБЛИВОСТІ КОНСТРУКЦІЇ СТА-1200

  • Двигун має «безкорпусну» конструкцію.
  • Статор та ротор двигуна набрані з листів електротехнічної сталі та мають аксіальні охолоджуючі канали.
  • Ротор виконаний з короткозамкненою мідної кліткою.
  • Машина обладнана датчиками частоти обертання і температури.
  • При виготовленні використані сучасні ізоляційні і просочувальні матеріали, що забезпечують високу електричну міцність і теплостійкість машини.


       Розроблена конструкція двигуна забезпечила оптимальні тягові характеристики локомотиву в широкому діапазоні швидкості його руху. Геометричні розміри зубцево-пазових зон і ярем статора і ротора, розміщення та розміри вентиляційний каналів, рівень електромагнітних навантажень та інші параметри і характеристики двигуна СТА 1200 є оптимальними і забезпечують відповідність технічним умовам.


    Література:

  1. Васьковский Ю.Н., Гайденко Ю.А. Применение полевого анализа для усовершенствования конструкции тяговых асинхронных двигателей // Електромашинобудування та електрообладнання, Випуск 67, 2006, с.88 – 94.
  2. Васьковський Ю.М., Гайденко Ю.А. Дослідження методами теорії поля характеристик асинхронних двигунів при несиметрії параметрів ротора // “Електротехніка і електромеханіка”, №3, 2007, с.19 – 22.