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».

1. 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.

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.