Совершенствование методов выявления в условиях электрических станций повреждений межлистовой изоляции сердечников статоров турбогенераторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Поляков, Федор Алексеевич

• Поляков, Федор Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Поляков, Федор Алексеевич

Введение

1. Анализ состояния вопроса И

1.1. Анализ эксплуатационных данных о повреждаемости 11 сердечников статоров и элементов их креплений к корпусу турбогенераторов.

1.2. Анализ известных методов выявления повреждений 19 изоляции между листами сердечника.

1.3. Электромагнитные и тепловые поля в области замыкания 27 листов активной стали сердечников статоров крупных вращающихся электрических машин.

1.3.1. Электромагнитные поля в области повреждения 28 межлистовой изоляции активной стали сердечников.

1.3.2. Установившиеся и нестационарные тепловые поля в 32 области повреждений межлистовой изоляции активной стали сердечников.

1.4. Цели и основные задачи диссертации.

2. Исследование электромагнитных полей в области 40 дефекта межлистовой изоляции активной стали.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Анализ электромагнитного поля в области замыкания 41 листов активной стали.

2.3. Основные соотношения, характеризующие 58 электромагнитные явления в зоне замыкания листов.

2.4. Экспериментальные исследования области применения и 67 разрешающей способности диагностических параметров на основных типах сердечников статоров турбогенераторов.

2.4.1. Определение степени влияния параметров 67 намагничивания и индивидуальных особенностей сердечника на диагностические параметры при проведении ЭМК.

2.4.2. Исследование влияние на диагностические параметры 77 ЭМК местоположения и мощности дополнительных потерь локального замыкания листов активной стали.

2.5. Выводы.

3. Исследование тепловых полей в зоне локального 83 замыкания листов активной стали сердечника статора турбогенератора.

3.1. Исследование установившегося теплового поля в зоне 83 дефекта межлистовой изоляции при работе турбогенератора.

3.1.1. Постановка задачи.

3.1.2. Исследование установившегося теплового поля в области 90 повреждения межлистовой изоляции листов активной стали.

3.2. Исследование нестационарных тепловых полей в области 108 повреждения межлистовой изоляции.

3.2.1. Постановка задачи.

3.2.2. Тепловое поле в области повреждения межлистовой 110 изоляции при нестационарном нагреве.

3.3. Экспериментальные исследования тепловых полей в 118 области повреждения межлистовой изоляции в условиях испытаний стали статора при кольцевом намагничивании.

3.4. Разработка критериев оценки степени опасности дефектов 125 межлистовой изоляции и технического состояния активной стали статора.

3.5. Выводы

4. Разработка методики выявления дефектов 130 межлистовой изоляции сердечников турбогенераторов в условиях электростанций.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Разработка методики проведения контроля состояния 131 межлистовой изоляции активной стали электромагнитным методом.

4.2.1. Схема и средства измерений.

4.2.2. Подготовка к проведению испытаний.

4.2.3. Измерение индивидуальных параметров генератора.

4.2.4. Тарировка измерительной схемы ЭМК.

4.2.5. Контроль состояния межлистовой изоляции.

4.2.6. Диагностирование дефектов межлистовой изоляции и 136 определение степени их опасности.

4.3. Устройство макета прибора для контроля состояния 139 межлистовой изоляции листов активной стали статоров турбогенераторов.

4.4. Экспериментальная проверка методики и макета 140 устройства контроля состояния межлистовой изоляции в натурных условиях.

4.5. Рекомендации по применению разработанного метода 146 при проведении ремонтного обслуживания, оценке технического состояния и проведения техперевооружения ТЭС.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов выявления в условиях электрических станций повреждений межлистовой изоляции сердечников статоров турбогенераторов»

Актуальность создания новых методов диагностики обусловлена требованием поддержания высокого уровня надежности работы в условиях старения генераторного парка ТЭС, необходимости сохранения остаточного ресурса действующих генераторов, совершенствования ремонтного обслуживания и оптимизации затрат на модернизацию и техперевооружение ТЭС.

Одним из наиболее эффективных подходов к решению этих задач является разработка и внедрение современных методов технической диагностики, позволяющих повысить надежность эксплуатации и сохранить остаточный ресурс оборудования за счет своевременного и полного выявления дефектов, а также их качественного устранения. Кроме того, проводимые с применением эффективных методов диагностики обследования позволяют выявлять генераторы или их узлы подлежащие срочной или первоочередной замене. Разработка и внедрение современных методов диагностики направленных на оценку основных параметров генераторов, определение их технического состояния, являются необходимым условием эффективности перехода от системы планово-предупредительных ремонтов к ремонтам по техническому состоянию.

Эксплуатационная надежность турбогенератора и его физический ресурс во многом определяется техническим состоянием сердечника статора. Исчерпание ресурса сердечника, как правило, приводит к замене всего статора, а в ряде случаев и турбогенератора в целом. В свою очередь, одним из важнейших факторов, определяющих техническое состояние сердечника, является состояние изоляции листов электротехнической стали.

В эксплуатации крупных турбогенераторов довольно часто встречаются случаи повреждения изоляции между листами электротехнической стали сердечника статора [53, 83]. Так как листы накоротко замкнуты со стороны ярма статора стяжными призмами, то их замыкание ведет к возникновению электрического контура. При работе генератора по этому контуру протекают токи под действием ЭДС, наведенной основным магнитным потоком, что приводит к повышенному тепловыделению в зоне дефекта. Мощность дополнительных потерь локального тепловыделения определяется величиной потока, сцепленного с контуром, и параметрами контура замыкания. При достаточно развитом дефекте ее значение может достигать опасных величин и приводить к значительным перегревам, а в тяжелых случаях и к повреждению обмотки или оплавлению активной стали, т.н. "пожару железа".

Поэтому выявлению мест с дефектами межлистовой изоляцией уделяется повышенное внимание как на стадии изготовления статора на заводе-изготовителе [78], так и в процессе эксплуатации турбогенераторов на ТЭС [80].

Особую опасность представляет собой разрушение изоляционных лаковых пленок из-за вибрации листов распушенных крайних пакетов [14]. В эксплуатации наблюдались случаи, когда разрушение лаковой пленки листов активной стали в зубцах крайних пакетов происходит на глубине 80 мм и более.

В последние годы вследствие развития этого дефекта на турбогенераторах ТВВ-320-2 ст. № 2 Каширской ГРЭС, ТГВ-300 ст. № 1 и ТВМ-500 ст. № 8 Рефтинской ГРЭС, ТВ-60 ст. № 2 ТЭЦ-9 Иркутскэнерго, ТГВ-300 ст. № 2 Криворожской ГРЭС происходили тяжелые аварии, приведшие к замене статоров. Значительные местные нагревы в сердечнике статора из-за замыкания листов, не устранение которых могло привести к повреждению корпусной изоляции обмотки статора или "пожару железа", выявлялись на турбогенераторах Каширской (ТВВ-320-2, ст. № 1, 1994г.), Гусиноозерской ГРЭС (ТГВ-200М, ст. № 4, 1993г.), Сургутской ГРЭС-1 (ТВВ-200-2А, ст.№ 6, 1994г.), Краснодарской ТЭЦ (ТВВ-165-2, ст. №1, 1995г.) и Ириклинской ГРЭС (резервный статор ТВВ-320-2, 2000г.).

Повреждения сердечников статоров крупных генераторов из-за дефектов межлистовой изоляции в зарубежной эксплуатационной практике отмечаются в [86, 87, 92].

В действующем в настоящее время Руководящем документе "Объем и нормы испытаний электрооборудования" [63] в качестве основного метода испытаний стали сердечников статоров ткрбогенераторов указан метод кольцевого намагничивания с индукцией 1,0 или 1,4 Тл. Таким испытаниям должны подвергаться турбогенераторы мощностью 12 МВт и более после 15 лет эксплуатации с момента пуска и далее через каждые 58 лет. Однако указанный метод имеет ряд существенных недостатков: высокая трудоемкость, низкая точность контроля технического состояния, невозможность выявления дефектов в глубине сердечника [7, 94]. Так, например, выполненные испытания стали статора не выявили на ТГ-1 Рефтинской ГРЭС имеющиеся очаги развитого "пожара железа" в районе дна паза, а на ТГ-2 Криворожской ГРЭС и ТГ-2 Каширской ГРЭС не были выявлены дефекты в зубцовой зоне крайних пакетов, приведшие к с с 55 аварийному отключению вследствие пожара железа соответственно через несколько дней и несколько месяцев после проведения испытаний.

Приведенный далеко не полный перечень эксплуатационных прецедентов свидетельствует о необходимости совершенствования методов контроля состояния межлистовой изоляции для своевременного и полного выявления замыканий листов активной стали сердечников статоров крупных генераторов.

Исследования и разработки в этом направлении проводятся в последние годы рядом отечественных организаций (ОАО "ВНИИЭ", ОАО ВНИИэлектромаш, ОАО "Электросила" и др.), а также за рубежом.

Одним из результатов этой работы является, в частности, указанный в [63] в качестве дополнительного (ввиду малого опыта по применению) электромагнитный метод контроля состояния сердечника статора турбогенератора путем кольцевого намагничивания с индукцией порядка 0,01-0,05 Тл и сканированием магнитных полей в зубцах. Метод уже показал свою высокую эффективность, но для его широкого внедрения в практику проведения обследований турбогенераторов нужны исследования и разработки как в отношении технологии осуществления контроля, так и в отношении критериев оценки состояния стали сердечника статора, характера и местоположения дефектов, степени их опасности и т.п.

Изложенное выше свидетельствует о необходимости проведения комплекса исследований и разработок, которые обеспечили бы возможность более эффективного и достоверного определения дефектов в сердечниках статоров турбогенераторов, обусловленных замыканиями между листами стали на различной глубине. Для решения этой задачи необходимо провести:

- анализ известных методов выявления дефектов изоляции между листами сердечника в условиях электрических станций;

- теоретические и экспериментальные исследования электромагнитных полей в области дефектов межлистовой изоляции;

- теоретические и экспериментальные исследования тепловых процессов в области дефектов межлистовой изоляции при работе турбогенератора и в условиях испытаний кольцевым намагничиванием;

- разработки по совершенствованию технологии проведения контроля и необходимых для этого технических средств.

Центральным, наиболее важным объектом этих работ является исследование электромагнитных и тепловых полей в сердечнике при замыкании между листами и особенности проявления этих полей в зонах установки контрольно-измерительной аппаратуры (в частности, в расточке сердечника статора).

Изучением электромагнитных и тепловых полей в электрических машинах в отечественной и зарубежной практике посвящено много работ. В постановку и решение этих задач значительный вклад внесли А.И. Вольдек, Э.И. Гуревич, Я.Б. Данилевич, А.В. Иванов-Смоленский, Л.Г. Мамиконянц, Г.Г. Счастливый, В.А. Цветков, И.Э. Филиппов и другие ученые. За рубежом исследованием этих проблем занимались G.Gotter, P.J. Lawrenson, G.K. Ridley и другие.

Однако большая часть этих работ посвящена полям в электрических машинах при нормальных и анормальных режимах работы, лишь в небольшой части рассматриваются некоторые особенности полей в сердечниках при наличии в них повреждений изоляции листов. При этом данная проблема рассматривается в них далеко не полностью и многие вопросы, связанные в первую очередь с разработкой и совершенствованием методов диагностики таких повреждений остаются недостаточно изученными.

Главной целью настоящей работы является исследование электромагнитных и тепловых процессов в области повреждения межлистовой изоляции и совершенствование методов выявления таких дефектов сердечников статоров турбогенераторов в условиях электростанций. Для достижения этого необходимо решение нижеследующих задач:

1. Разработка математических моделей для анализа электромагнитных и тепловых полей в области повреждения межлистовой изоляции, учитывающих основные особенности конструкции сердечника, систему его охлаждения, техническое состояние пакета активной стали, а также позволяющих проводить исследования дефектов различной конфигурации, местоположения и мощности дополнительных потерь.

2. Исследование влияния характера, местоположения дефекта на особенности распределения электромагнитных и тепловых полей в этой зоне.

3. Выявление диагностических параметров, характеризующих местонахождение и степень опасности замыкания листов активной стали, а также области их применения.

4. Выработка критериев оценки степени опасности замыканий листов активной стали по результатам проведения электромагнитных испытаний.

5. Разработка методики и макета прибора для проведения контроля состояния межлистовой изоляции на основе локации искажений магнитного поля, возникающих в сердечнике при -замыкании листов активной стали.

6. Экспериментальная проверка методики и макета прибора контроля состояния межлистовой изоляции в условиях электрических станций.

7. Внедрение разработанного метода контроля изоляции листов активной стали в практику проведения испытаний на ТЭС.

Решение перечисленных задач потребовало проведения обстоятельных исследований электромагнитных и тепловых явлений, происходящих в зоне повреждения листов активной стали. В частности, представленные в диссертации разработанные методы анализа электромагнитных полей позволяют определять параметры контура дефекта и картину магнитного поля в области замыкания листов активной стали для случаев различного местоположения дефекта. Полученные результаты были использованы для исследования диагностических параметров, используемых при проведении электромагнитных испытаний.

На основе разработанных методов расчета стационарных и нестационарных тепловых полей, позволяющих провести анализ влияния мощности дополнительных потерь и местоположения замыкания листов на тепловое поле пакета активной стали, были выработаны критерии оценки степени опасности выявляемых дефектов.

Результаты исследований позволили разработать методику контроля межлистовой изоляции сердечников статоров генераторов, которая внедрена в практику обследований статоров турбогенераторов, проводимых ОАО "ВНИИЭ" и нашла широкое применение в ремонтном обслуживании крупных турбогенераторов ОАО "Мосэнерго", ОАО "Башкирэнерго", ОАО "Оренбургэнерго", а также на Краснодарской, Невинномысской, Новочеркасской, Костромской и ряде других ТЭС.

В состояние вопроса, которому посвящена диссертационная работа, внесены следующие новые положения:

1. Разработан метод расчета трехмерных электромагнитных полей в области замыкания листов активной стали сердечников электрических машин, основанный на рассмотрении по принципу суперпозиции отдельных составляющих поля, учитывающий основные конструктивные особенности сердечника статора и анизотропные свойства пакета активной стали, местоположение и конфигурацию дефекта, влияние собственной индуктивности контура дефекта.

2. Разработан методы расчета трехмерных тепловых стационарных и нестационарных полей при замыкании листов стали сердечника, с учетом основных особенностей конфигурации зубцовой зоны, анизотропных свойств пакета активной стали и его охлаждения за счет теплоотвода через радиальные вентиляционные каналы, со спинки статора, с поверхности расточки, а также теплообмен с обмоткой статора.

3. Проведено изучение влияние местоположения и параметров контура, обусловленного наличием дефекта, на значение диагностических параметров, используемых при проведении электромагнитных испытаний стали статора.

4. Исследовано влияние на тепловое поле в области замыкания листов ремонтных мероприятий по восстановлению плотности прессовки активной стали, а также закупорки радиальных вентиляционных каналов.

5. Разработаны и апробированы в условиях электростанций методика и макет устройства контроля технического состояния изоляции листов активной стали.

На защиту выносятся нижеследующие основные результаты проведенной работы:

1. Научно-методические вопросы анализа электромагнитных и тепловых полей в области замыкания листов активной стали.

2. Оценка влияния параметров конструкции сердечника статора, его технического состояния, местоположения и мощности дефекта на характер распределения и динамику изменения тепловых и электромагнитных полей в зоне повреждения межлистовой изоляции.

3. Определение влияния местоположения и мощности дефекта межлистовой изоляции на изменение диагностических сигналов, используемых при электромагнитных испытаниях.

4. Критерии оценки степени опасности повреждения изоляции листов и результаты контроля технического состояния сердечников генераторов различных типов при проведении капитальных и аварийно-восстановительных ремонтов.

5. Рекомендации по использованию разработанного метода при проведении ремонтного обслуживания и оценке технического состояния генераторов.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Поляков, Федор Алексеевич

4.6. Выводы.

Сравнительный анализ результатов испытаний сердечников статоров (в том числе и имеющих опасные внутренние замыкания) подтвердил более высокую эффективность ЭМК по сравнению с испытаниями стали статора методом кольцевого намагничивания с индукцией 1,0 или 1,4 Тл.

Разработанная методика ЭМК позволяет полностью и на ранней стадии развития выявлять все повреждения межлистовой изоляции. Не было отмечено случая, когда при испытаниях стали статора с кольцевым намагничиванием при индукции 1,0 или 1,4 Тл были бы обнаружены места с недопустимыми по нормам повышенными нагревами, не выявленные ранее электромагнитным методом.

Используя идею электромагнитного контроля, ЭМК является оригинальной разработкой имеющей ряд существенных отличий по сравнению с зарубежными и отечественными методами выявления замыкания листов. В частности, необходимо отметить, что проведение тарировки измерительной схемы на объекте контроля, детально проработанные критерии оценки степени опасности, а также выявленная зависимость между значениями диагностических параметров и местоположением и мощностью замыкания листов позволяют существенно повысить точность и эффективность проведения контроля.

После проведения ЭМК, в случае, если обследование не выявило существенных нарушений межлистовой изоляции, испытания стали статора методом кольцевого намагничивания с индукцией 1,0 или 1,4 Тл не требуются.

Разработанная методика электромагнитного контроля рекомендуется в качестве одного из основных методов для проведения периодических испытаний стали статоров турбогенераторов в условиях электрических станций. В связи с этим целесообразно рассмотреть вопрос о внесении соответствующих изменений в руководящие документы.

5. Заключение.

Диссертация содержит решение поставленной задачи по совершенствованию методов выявления повреждения межлистовой изоляции в условиях электрических станций. Основой для решения этой задачи послужило проведенное исследование электромагнитных и тепловых полей в области такого дефекта.

На основе рассмотрения по принципу суперпозиции отдельных составляющих трехмерного электромагнитного поля в области локального замыкания листов, разработан метод расчета позволяющий проводить оценку искажений электромагнитного поля, возникающих из-за наличия локального повреждения изоляции листов при кольцевом намагничивании. Метод учитывает основные конструктивные особенности сердечника статора, анизотропные магнитные свойства среды, растекание тока в крайних листах активной стали, образующих контур дефекта, а также позволяет варьировать местоположение и конфигурацию зоны повреждения при проведении расчетов. Метод позволяет проводить оценку индуктивности контура дефекта и изменения картины магнитного поля для случаев различной конфигурации, местоположения и доли замкнутых листов пакета, что позволяет его использовать для выработки диагностических параметров, а также области их применения при проведении электромагнитных испытаний стали статора.

Корректность и соответствие расчетной схемы установлена в результате сопоставления расчетных и экспериментальных значений индуктивности для поверхностных дефектов.

Предложенная математическая модель для расчета установившегося теплового поля участка пакета активной стали позволяет учитывать основные конструктивные особенности сердечника статора, особенности системы его охлаждения, тепловую анизотропию, физические свойства и техническое состояние пакета активной стали, а также варьировать местоположение, конфигурацию и мощность замыкания листов. В основу метода расчета теплового поля положено решение уравнения теплопроводности численным методом конечных разностей. Модель обеспечивает хорошее соответствие результатов расчета тепловых полей результатам экспериментальных исследований, что было установлено на основании сопоставления расчетных и опытных данных. В результате расчетных исследований на математической модели получены коэффициенты связи мощности дополнительных потерь, которая может быть определена по результатам электромагнитного контроля, и нагрева этого участка активной стали при работе генератора.

Разработана математическая модель участка пакета активной стали, которая позволяет проводить расчеты нестационарного теплового поля с учетом основных конструктивных особенностей сердечника статора, особенностей охлаждения за счет естественной конвекции, физических свойств и технического состояния пакета активной стали, а также варьировать местоположение, конфигурацию и мощность замыкания листов. В основу метода расчета нестационарного теплового поля положено решение уравнения теплопроводности для нестационарных процессов численным методом конечных разностей. Модель обеспечивает хорошее соответствие результатов расчета тепловых процессов результатам экспериментальных исследований, что было установлено на основании сопоставления расчетных и опытных данных.

Проведен комплекс натурных исследований в условиях электрических станций электромагнитных, стационарных и нестационарных тепловых полей на турбогенераторах различных типов: ТВ-60-2, TC-63-2B3, ТВФ-60-2, ТВФ-100-2, ТВФ-120-2, ТВВ-165-2, ТВВ-200-2А, ТВВ-320-2, ТГВ-300, ТВМ-300 и ТЗВ-800-2.

На основе результатов проведенных аналитических и экспериментальных исследований уточнена методика проведения обследования и критерии оценки состояния сердечника статора турбогенератора в условиях электростанций электромагнитным методом при кольцевом намагничивании с пониженной индукцией.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Подтверждена возможность представления практически значимых случаев повреждения межлистовой изоляции листов в качестве одиночного контура, образованного непосредственно зоной замыкания и примыкающими к нему крайними листами активной стали.

2. Комплекс проведенных расчетов на математической модели позволил оценить максимально возможное значение мощности, выделяемой в зоне замыкания листов активной стали, для различного местоположения дефекта по радиальной координате, а также доли замкнутых листов пакета. Было установлено, что максимальное значение мощности дополнительных потерь уменьшается с увеличением глубины от поверхности расточки, что связано со снижением потока, сцепленного с контуром дефекта, и усилением влияния его индуктивной составляющей. Таким образом, потенциальная опасность развития дефектов, расположенных в глубине ниже, чем для случая замыкания на поверхности активной стали.

3. Совместные расчетные и экспериментальные исследования позволили обосновать диагностические параметры для электромагнитного контроля состояния межлистовой изоляции, а также позволили определить область их применения. Экспериментально подтверждено, что диагностические параметры, используемые при проведении электромагнитного контроля, угол дополнительных потерь /? и относительная амплитуда падения магнитного потенциала Fomn имеют высокую чувствительность к замыканиям расположенным как на поверхности коронки зубца, так и на боковой поверхности и дне паза и позволяют уверенно выявлять все существенные повреждения межлистовой изоляции.

4. При замыкании листов активной стали в глубине сердечника по измерениям одной из составляющих невозможно достоверно определить параметры контура дефекта, мощность дополнительных потерь и местоположение дефекта. В этом случае необходимо определять обе составляющие изменения падения магнитного потенциала, как фазы, так и амплитуды. Проведенные расчеты на математической модели позволили определить характер зависимости диагностических параметров /? и FomH от глубины и мощности дополнительных потерь, рассеиваемых в дефекте.

5. Проведенные исследования показали, что близкие значения диагностических параметров (5 и FomH могут соответствовать как незначительным, так и опасным замыканиям листов активной стали не только на статорах различных генераторов, но и различных участках одного и того же статора. Это обусловлено, главным образом, индивидуальными особенностями сердечников (разбросом значений наведенных напряжений на пакетах сердечника при низких индукциях намагничивания). Поэтому перед проведением электромагнитного контроля необходимо проводить измерение наведенных напряжений по пакетам активной и выполнять тарировку измерительной схемы.

6. Повышение температуры в зоне дефектов изоляции листов активной стали относительно бездефектного случая пропорционально мощности дополнительных потерь, проявляется локальным образом и существенно зависит от местоположения и объема повреждения.

7. В результате проведения ремонтов с восстановлением изоляции листов и уплотнением зубцов сердечника статора возможно значительное ухудшение их теплового состояния, так как, в ряде случаев, это может приводить к снижению поперечной теплопроводности пакета и закупорке вентиляционных каналов (т.е. снижению эффективности охлаждения активной стали). При этом недостаточно полное восстановление изоляции листов в местах выкрашивания активной стали в крайних пакетах сердечника может представлять серьезную опасность, особенно при работе турбогенераторов в режимах недовозбуждения.

8. При проведении испытаний стали статора методом кольцевого намагничивания с индукцией, близкой к рабочей, в случае дефекта на поверхности расточки очаг повреждения проявляется локально по ширине пакета и характеризуется быстрым протеканием процессов нагрева и остывания после отключения намагничивания. При замыканиях на уровне дна паза и глубже, нагрев слабо проявляется на поверхности расточки.

9. Эффективность проведения испытаний стали статора методом кольцевого намагничивания с индукцией близкой к рабочей значительно выше при заранее известном местоположении участков с повышенными дополнительными потерями. Определение таких зон может быть проведено по результатам электромагнитного контроля при кольцевом

KJ ГП Г"" намагничивании с пониженной индукциеи. 1аким образом, проведение традиционных испытаний стали статора целесообразно после выполнения электромагнитного контроля, и лишь в тех случаях, когда необходимо дополнительно уточнить степень опасности замыканий, устранение которых сопряжено с большими затратами и объемами ремонтных работ.

Анализ опыта эксплуатации, комплекс проведенных натурных и расчетных исследований позволили разработать методику проведения контроля состояния изоляции листов активной стали на основе локации искажений электромагнитного поля и выработать критерии оценки степени опасности дефектов межлистовой изоляции и технического состояния активной стали сердечника.

Как показали проведенные исследования для случаев нарушения межлистовой изоляции дефект является не опасным и не приведет к нагреву активной стали в работе выше допустимых норм при мощности дополнительных потерь не более 20 Вт.

Замыкание листов с мощностью дополнительных потерь, превышающей 120 Вт, необходимо считать очень опасным и требующем срочного устранения. Температура в области такого замыкания в работе генератора будет превышать 130 °С, что создает существенные предпосылки для повреждения корпусной изоляции обмотки и развития пожара железа.

Для случаев повреждения межлистовой изоляции с мощностью от 20 до 120 Вт при оценке степени опасности и выработке рекомендаций по устранению дефектов необходимо принимать во внимание возможность устранения дефекта.

При трудноустронимых замыканиях, когда для восстановления межлистовой изоляции требуется выполнение частичной перемотки статора (замыкания листов в районе дна паза, в глубине ярма и т.п.) для уточнения степени опасности и объема ремонтных работ необходимо проведение дополнительных исследований: испытания кольцевым намагничиванием с индукцией 1,0 или 1,4 Тл; детальное визуальное и эндоскопическое обследование; расчетные исследования на основе полученных данных.

При выработке заключения о степени опасности дефекта и целесообразности его устранения необходимо учитывать тепловое и техническое состояние сердечника статора, режим работы турбогенератора, тип изоляции обмотки статора, местоположение дефекта в сердечнике, рабочее напряжение на близлежащих стержнях обмотки статора, срок предполагаемой замены статора или его обмотки, возможность оснащения данного участка сердечника средствами дополнительного контроля теплового состояния.

Опыт эксплуатации и проведения профилактических обследований сердечников статоров различных типов турбогенераторов показал высокую эффективность электромагнитного метода контроля при его использовании в процессе ремонтного обслуживания. Использование данного метода позволяет существенно улучшить качество ремонтов, сократить время их проведения, повысить надежность эксплуатации и продлить срок службы статоров за счет полноты выявления и качественного устранения дефектов на ранней стадии развития. Выполненные работы подтвердили надежность и полноту выявления всех замыканий листов активной стали в процессе проведения электромагнитного контроля сердечников статоров различных типов турбогенераторов.

Сопоставительный анализ электромагнитного и традиционного методов контроля, проведенный на основании опыта обследований статоров турбогенераторов различных типов и мощностей, позволил выявить следующие основные достоинства ЭМК: п возможность выявления скрытых дефектов (например, на дне и боковой поверхности паза); п регистрация измеренных данных позволяет оценивать динамику развития дефектов и степень деградации межлистовой изоляции; и безопасность и удобство проведения (низкая мощность намагничивания, относительно небольшое сечение обмотки возбуждения, а также привлечение минимального персонала); в отсутствует риск развития повреждения при проведении испытаний (например, в случае попадания постороннего предмета при замене стержней обмотки статора).

Используя идею контроля технического состояния межлистовой изоляции по искажению электромагнитного поля, ЭМК является оригинальной разработкой имеющей ряд существенных отличий по сравнению с зарубежными и отечественными методами выявления замыкания листов. В частности, необходимо отметить, что проведение тарировки измерительной схемы на объекте контроля, детально проработанные критерии оценки степени опасности, а также выявленная зависимость между значениями диагностических параметров и местоположением и мощностью замыкания листов позволяют существенно повысить точность и эффективность проведения контроля.

Проведенные натурные испытания в условиях электростанций выявили высокую надежность электромагнитных испытаний. При проведении ЭМК не было отмечено случая, когда при испытаниях стали статора с кольцевым намагничиванием при рабочей индукции были бы обнаружены места с недопустимыми по нормам повышенными нагревами, не выявленные ранее электромагнитным методом.

Наиболее эффективно применение ЭМК в следующих случаях: выработка турбогенератором установленного срока службы; систематическая работа турбогенератора в маневренных режимах с потреблением реактивной мощности; при проведении комплексного обследования турбогенераторов; в при решении вопроса о сроках и целесообразности перемоток статоров турбогенераторов; при переводе генераторов с системы планово-профилактических ремонтов в систему ремонтов по техническому состоянию; при устранении массовых повреждений расточки статора, например, вследствие попадания постороннего предмета; при устранении обширных разрушений зубцовых зон крайних пакетов.

Сравнение результатов ЭМК и данных испытаний стали статора методом кольцевого намагничивания с индукцией, близкой к рабочей, показывают, что проведение последних после выполнения ЭМК целесообразно лишь в тех случаях, когда необходимо дополнительно уточнить степень опасности замыканий, устранение которых сопряжено с большими затратами и объемами ремонтных работ.

Вследствие старения генераторного парка электрических станций, необходимости проведения модернизации и замены оборудования, перехода на систему ремонтов по состоянию оборудования использование электромагнитного метода контроля состояния изоляции листов приобретает особую актуальность. Метод успешно прошел апробацию и в настоящее время широко используется на электрических станциях ОАО "Мосэнерго", ОАО "Башкирэнерго", ОАО "Оренбургэнерго", а также на Краснодарской, Невинномысской, Новочеркасской, Костромской, Череповецкой и ряде других ТЭС.

Проведенные испытания выявили высокую надежность электромагнитных испытаний. При проведении ЭМК не было отмечено случая, когда при испытаниях стали статора с кольцевым намагничиванием при рабочей индукции были бы обнаружены места с недопустимыми по нормам повышенными нагревами, не выявленные ранее электромагнитным методом.

Разработанная методика электромагнитного контроля рекомендуется в качестве одного из основных методов для проведения периодических испытаний стали статоров турбогенераторов в условиях электрических станций. В связи с этим целесообразно рассмотреть вопрос о внесении соответствующих изменений в руководящие документы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Поляков, Федор Алексеевич, 2002 год

1. Азбукин Ю.И., Аврух В.Ю. Модернизация турбогенераторов. М.: "Энергия", 1980. - 232с.

2. Александров А.Е., Гущин Е.В., Кулаковский В.Б. Обнаружение дефектов гидрогенераторов. Энергоатомиздат, 1985. 230с.

3. Алексеев Б.А. Диагностика турбогенераторов. Москва. НЦ ЭНАС, 1998.

4. Араманович И.Г., Левин В.И. Уравнения математической физики. Москва. "Наука", 1969.-288 с.

5. Бережанский В.Б., Моисеев А.В., Ростик Г.В. Описание изобретения к патенту РФ 2082274. Способ контроля замыкания листов активной стали сердечников электрических машин и устройство для его осуществления.

6. Бережанский В. Б., Пнкульский В. А. н др. Разработка и внедрение новых средств оценки технического состояния турбогенераторов в Ленэнерго. Электрические станции, 1994, № 3.

7. Бережанский В. Б., Ростик Г. В., Самородов Ю. Н., ЧубраеваЛ.И. Электромагнитный метод контроля замыканий активной стали сердечников электрических машин. Электрические станции, 1996, № 1, с. 25 т 30.

8. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей, "Энергия", 1970, с. 376.

9. Борисенко А.И, Данько В.Г., Яковлев А.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических мшинах. М.: Энергия, 1974. - 560с.

10. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Яковлев А.И. Охлаждение промышленных электрических машин. М.: Энергия, 1978.

11. Брынский Е.А., Данилевич Я.Б., Яковлев В.И. Электромагнитные поля в электрических машинах. М.: Энергия. 1979. 176с.

12. Бутов А.В., Каплин В.Н., Крылов М.П., Пикульский В.А.

13. Проведение ремонтов турбогенераторов ТЭЦ-22 АО «Мосэнерго» сиспользованием современных методов диагностики сердечников статоров. Электрические станции, 2000, №11.

14. Бутов А.В., Мамиконянц Л.Г., Пикульский В.А., Поляков Ф.А.,

15. ШандыбинМ.И., Шейко П.А. Повреждаемость и контроль зубцовых зон запеченных крайних пакетов стали сердечников статоров турбогенераторов. Электрические станции, 2001, № 5.

16. Бутов А.В., Пикульский В.А., Поляков Ф.А., Шандыбин М.И.

17. Электромагнитный метод выявления замыканий листов активной стали статора турбогенератора. Электрические станции, 1998, №11.

18. Бутов А.В., Пикульский В.А., Поляков Ф.А., Шандыбин М.И.

19. Влияние местоположения замыкания листов на диагностические параметры при электромагнитных испытаниях активной стали турбогенераторов. Электричество, 2000, № 6.

20. Бутов А.В., Пикульский В.А., Поляков Ф.А., Шандыбин М.И.

21. Оценка установившегося теплового поля в зоне локальных дефектов активной стали сердечника статора турбогенераторов. — Электрические станции, 2000, № 10.

22. Быков В.М., Иванова Р.Н., Хуторецкий Г.М. и др. Тепловизионный метод контроля качества сборки сердечников статоров турбогенераторов. -Электрические станции, 1977, № 5, с. 31 37.

23. Вальчихин Д.Д., Горкин Г.А., Парамонов А.И. Дифференциальный ИК-пирометр для контроля температуры активной стали статоров мощных турбогенераторов. В кн. Вопросы надежности, автоматического контроля и защиты синхронных генераторов. Выпуск 1. 1974г.

24. Войтеко Н.С. Тепловой расчет торцевого пакета статора мощного турбогенератора. Электротехника, 1978, № 3. с. 17 19.

25. Войтеко Н.С. К вопросу температурной чувствительности сердечника статора. В кн.: Сборник "Электросила" № 32, Энергия, 1979.

26. Войтеко Н.С., Гуревич Э.И. Исследование температурного поля активной стали статора турбогенератора с водородным охлаждением. Сб. "Электросила" № 30, 1974.

27. Войтеко Н.С., Шифрина Н.Н. Тепловое состояние сердечника статора турбогенератора мощностью 800 МВт. Сб. "Электросила" № 30, 1974, с. 84 -86.

28. Войтеко Н.С., Гуревич Э.И., Карташова Т.Н. Проявление скрытых термических дефектов в активных частях турбогенераторов. -Электричество, 1986, № 3, с. 28 35.

29. Войтеко Н.С., Гуревич Э.И., Рыбин Ю.Л., Шурыгин С.Я.

30. Экеперементальные исследования тепловых процессов в крайних пакетах статора турбогенераторов мощностью 800 МВт. Электротехника, 1978, №3. с. 32-35.

31. Геллер P.JL, Бураков А.Н. Ослабление прессовки листов шихтованного сердечника вследствие упруговязкого течения лаковых пленок. "Электротехника", 1976, № 7.

32. Глебов И.А., Амбросовнч В.Д., Быков В.М., Данилевнч Я.Б.

33. Основные требования к системам технической диагностики турбогенераторов. Надежность и диагностика энергетических электромашин. Сб. науч. Тр. Киев: Наукова думка, 1984.

34. Глебов И.А., Данилевнч Я.Б. Диагностика турбогенераторов. Л.: Наука. 1989.

35. Глебов И.А., Данилевнч Я.Б. Научные основы проектирования турбогенераторов. Л.: Наука. 1986. 184с.

36. Глебов И.А., Быков В.М., Шурина Э.П., Большаков Л.П.

37. Распознавание очагов нагрева в массивных ферромагнитных телах. Дефектоскопия № 11, 1981, с. 60 69.

38. Глебов И.А., Мирошннков М.М., Романов В.В., Быков В.М., Вальчихина Д.Д., Иванова Р.Н. Тепловая дефектоскопия статоров мощных турбогенераторов. Дефектоскопия № 11, 1981, с. 69 75.

39. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля, М.: "Энергия", 1968, 488 с.

40. Готтер Г. Нагревание и охлаждение электрических машин. Госэнергоиздат. 1961. 480 с.

41. Гуревич Э.И. Исследование системы охлаждения турбогенератора ТВВ-500-2. Сб. Электросила №26, 1967, с. 81 84.

42. Гуревич Э.И. Тепловые испытания турбогенераторов большой мощности. Энергия. 1969. 168с.

43. Гуревич Э.И. Тепловые испытания и исследования электрических машин. "Энергия". 1977, с. 296.

44. Гуревич Э.И., Мамиконянц Л.Г. Некоторые задачи диагностики теплового состояния электрических машин. Электричество № 10. 1979.

45. Гуревич Э.И., Ошурков П.В. Тепловые характеристики серийных турбогенераторов мощностью 500 МВт. Сборник "Электросила" № 30, 1974.

46. Гуревич Э.И., Рыбнн Ю.Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. Д.: Энергатомиздат. 1983. 216с.

47. Гуревич Э.И., Рыбин Ю.Л. Экспериментальное исследование нестационарных тепловых процессов в турбогенераторах. Сб. Электросила №32, 1979, с 79 84.

48. Гуревич Э.И., Филиппов И.Э. Исследование системы охлаждения турбогенератора ТВФ-100-2. Сб. Электросила №26, 1967.

49. Данилевич Я.Б. Добавочные потери в турбо- и гидрогенераторах. Наука. 1973, с. 180.

50. Данилевич Я.Б., Елин И.И., Казарян Э.В. и др. Электромагнитные и тепловые процессы в сердечнике статора турбогенератора при замыкании листов активной стали. Электротехника № 4. 1980. С. 50-53.

51. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М.: Физматгиз, 1963.

52. Залесскнн A.M., Кукеков Г.А. Тепловые расчеты электрических аппаратов. Энергия. 1973.

53. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные поля и процессы в электричиских машинах и их физическое моделирование. М.: Энергия, 1969. 304с.

54. Иванова Р.Н., Карапетян К.С., Рудакас П.П. и др. Устройство для получения тепловых карт при испытаниях статоров электрических машин. Авт. свид. № 606110 -Бюлл. Изобр., 1978, №7.

55. Казаров С.А., Преснов Ю.Л. Научно-техническое обеспечение ремонта генераторов в Ленэнерго по техническому состоянию. Электрические станции, №4, 1998г.

56. Каноныкин Б.Н. Производство изоляции. ОНТИ. Энергоиздат, 1933.

57. Крамарский В.А. Расчет теплодинамических процессов в статоре мощного ТГ при переменных графиках нагрузки. Надежность и диагностика энергетических электромашин. Сб. науч. Тр. Киев: Наукова думка, 1984.

58. Комар Е.Г. Эксплоатация турбогенераторов. Госэнергоиздат. 1943.

59. Комар Е.Г. Вопросы эксплоатации турбогенераторов. Госэнергоиздат. 1950.

60. Кулаковскнй В.Б. Работа изоляции в генераторах. М.: Энергоиздат, 1981.-220с.

61. Маслов В.В. Новые методы диагностики статоров генераторов. Электрические станции, 1993, № 3.

62. Мирошников М.М., Быков В.М., Хуторецкнй Г.М. и др. Способ контроля качества сборки активной стали статора электрических машин. Авт. свид. № 412825. Бюлл. Изобр., 1977, № 29.

63. Мирошников М.М., Падалко Г.А., Иванова Р.Н. и др. Тепловизор-дефектоскоп "Статор-1" Оптико-механическая промышленность, 1979, № 12.

64. Наслян Т.А., Измени Т.М., Акопян Р.Е. Оценка локальных нагревов в зубцах гидрогенераторов. Промышленность Армении, 1985, № 6, с. 21 -23.

65. Никитин Б.Д., Родионов С.В. Векторный анализ. М.: Высшая школа. 1960. 106с.

66. Измени Т.М. Численный расчет магнитных и тепловых полей в электрических машинах и аппаратах методом исключения с декомпозицией. "Электричество", 1987, № 4.

67. Измени Т.М., Акопян Р.Е., Наслян Т.А. Оценка термических свойств зубцов гидрогенераторов. Промышленность Армении, 1984, № 3.

68. Измени Т.М., Акопян Р.Е., Наслян Т.А., Гущин Е.В.

69. Диагностирование дефектов в магнитопроводах. гидрогенераторов. Дефектоскопия, 1986, № 1, с. 6 13.

70. Объем и нормы испытаний электрооборудования. РД 34.45-51.300-97. Издание шестое с изм. и доп., М.: НЦ ЭНАС, Москва, 2001г.-256с.

71. Панин В.В., Степанов Б.М. Измерение импульсных магнитных и электрических полей. М.: Энергоатомиздат. 1987.

72. Пнкульскнй В. А. Влияние термомеханических деформаций в статоре турбогенератора на изменение плотности прессовки в зубцовой зоне крайних пакетов. "Электротехника", 1991, № 5.

73. Пикульский В.А., Бутов А.В. Ультразвуковой метод оценки состояния плотности прессовки активной стали статора турбогенератора. Электрические станции, № 3, 1993.

74. Пикульский В.А., Чистиков А.А., Лившиц А.Л. Стабилизация давления прессования сердечников статоров турбогенераторов. Электротехника. 1987, №7.

75. Поляков Ф.А. "Установившееся тепловое поле в зоне локального замыкания листов активной стали сердечника статора турбогенератора". -Электричество, №11, 2000.

76. Поляков Ф.А. Электромагнитный метод контроля состояния изоляции листов активной стали статоров турбогенераторов. Электронный журнал "Новое в российской электроэнергетике", 2001, № 12.http://www.rao-ees.ru/ru/iournal/show.cgi712 01 .htm#4

77. Поляков Ф.А. Выявление замыканий листов активной стали турбогенераторов электромагнитным методом. Конференция молодых специалистов электроэнергетики 2000. Сборник докладов. М.: НЦ ЭНАС, 2000.

78. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. "Наука", 1971.

79. Самарский А.А. Теория разностных схем. М., "Наука", 1977.

80. Семенищенков А.В. Microsoft Excel. Приемы и методы практического программирования. Брянск, 1998. - 306с.

81. Соломахин В.И., Шурина Э.П. Анализ теплового поля дефектов активной стали статоров турбогенераторов. В кн.: Вопросы надежности, автоматического контроля и защиты синхронных генераторов. Л.: ВНИИэлектромаш, 1978, вып. 3, стр 29-41.

82. Г.Г. Счастливый, Г.М. Федоренко, В.И. Выговский. Турбо- и гидрогенераторы при переменных графиках нагрузки. "Наукова думка". 1985. с. 206.

83. Г.Г. Счастливый, Г.М. Федоренко, Т.Б. Остапчук. Моделирование очаговых термодефектов в сердечнике статора. Препринт -478 ИЭД АН УССР, Киев, 1986.

84. Титов В.В., Хуторецкнй Г.М., Загородная Г.А. и др.

85. Турбогенераторы. Расчет и конструкция. "Энергия", 1967, с. 896.

86. Технология крупного электромашиностроения: В 3-х т. Т. 1/Фомин Б.П., Циханович Б.Г., Виро Г.М. Турбогенераторы, Энергоиздат, 1981.

87. Филиппов И.Ф. Основы теплообмена в электрических машинах. Л.: "Энергия", 1974.-333с.

88. Хазан С.И. Турбогенераторы: повреждение и ремонт. Энергоатомиздат, 1983, с. 520.

89. Хуторецкий Г.М., Токов М.И., Толвинская Е.В. Проектирование турбогенераторов. "Энергоатомиздат". 1987.

90. Цветков В.А., Пикульский В.А. Исследование магнитных полей и потерь сердечника статора электрической машины при замыканиях листов активной стали. Электричество, 1995, №12.

91. Эксплуатация турбогенераторов с непосредственным охлаждением. / Под редакцией J1.C. Линдорфа и Л.Г. Мамиконянца. М., "Энергия", 1972.

92. Электромагнитные и тепловые процессы в концевых частях мощных турбогенераторов / Под ред. И.М. Постникова, Л.Я.Станиславского.- Киев: Наукова думка, 1971. 270с.

93. Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. Энергоатомиздат. 1990.86. 500 MW generator faults cut CEGB capacity by 2000 MW // El. Review. 1969. Vol. 185, N24. P. 861.

94. Binder E., Egger H., Muhr M., Schernthanner J. Predictive Maintenance of Generators CIGRE, 1992, № 11-305.

95. Carson C.C., Barton S.C., Gobel L.P. Immediate detection of heating in gas cooled electrical machines. IEEE Winter Power Meet. Jan. 31-Febr. 5, 1971.

96. CEGB Breakdowns investigated // El. Times. 1970. Vol. 157. N5. P. 5.

97. EICID современный путь испытания межлистовой изоляции сердечника статора. Проспект-описание фирмы, Adwel International Ltd., Великобритания.

98. Funnel J.R., Therwell M.F. The use of infra-red systems to measure structures in electrical power plant. 3 kn. Int. Conf. Low Light and Thermal Imag. Syst., 1975.

99. McNamara В., Maybury J. Limited access inspections of hydrogenerators. www.adwel.com.

100. Paley D.B. Current low power core testing using E1CID. Ref. IEE Colloquium. April 1999.

101. Paley D., McNamara В., Mottershead G., Oncen S. Verification of the Effectiveness of ELCID on a Hydrogenerator Stator Core, www.adwel.com

102. Rettler R., Brauer J. Computer simulation of inter-laminar insulation failure and E1CID Testing. Материалы коллоквиума EPRI-CIGRE, сентябрь 1999г., Флорида.

103. Rickson С. Electrical Machine Core Imperfection Detection IEE-Proceeding. 1986. May. Vol. 133. Pt. D, № 3.

104. Ridley G.K. The case for refurbishing and uprating hydro-generators. GEC Review, 1988, Nr.2, 83-95.

105. Ridley G.K. E1CID test evaluation, 1984-96. Power Engineering Journal, 1997, 11.

106. Sutton J. EL CID: an easier way to test stator cores. Electrical Review, July 1980, 207,(1), c. 33-37.

107. Sutton J. Theory of electromagnetic testing of laminated stator cores. Insight, April 1994, 36, (4), pp. 246-251.

108. Wenger S. Zustandsuberwachung von Maschinenstanderblechpaketen durch elektrische Messungen. Elin-Zeitschrift, 1984, Nr.3/4.

109. Wenger S. Die Standerringprobe aus mebtechnischer Sicht. OZE Jg 38 Heft 12 Dezember 1985.

110. Zielonka А. Лаборатория диагностики на турбогенераторном заводе. Energetyka, 1994, N 5.1. Союз

111. Председатель к Член комиссии

112. Кутерницкий С.И./ /Редькин Л.М./426011, г. Ижевск, ул. Холмогорова,17.

113. Тел. [phone] т./факс [phone]