шины вторичного напряжения подстанций, на которых установлены трансформаторы с РПН, регулируемые вольтдоба-вочные трансформаторы любого типа, батареи статконденсаторов;
зажимы крупных энергоемких электроприемников.
Напряжение в контрольной точке определяется для каждого или совокупности нескольких возможных нормальных и аварийных технологических режимов работы НПС один раз в квартал (год и в другие сроки для конкретных условий).
Регулирование напряжения осуществляется путем:
изменения под нагрузкой коэффициента трансформации трансформаторов;
регулирования возбуждения синхронных двигателей;
изменения числа включенных статконденсаторов;
изменения тиристорных регуляторов напряжения.
Диспетчер, регулируя напряжение, должен добиваться, чтобы во всех контрольных точках уровень напряжения был как можно ближе к заданным расчетным значениям и поддерживался стабильным во времени.
При снижении напряжения в контрольных точках ниже рекомендуемых значений диспетчер обязан:
проверить правильность и при необходимости установить нужное положение РПН;
включить БСК, находящиеся в резерве или обеспечить дополнительную генерацию реактивной мощности синхронными двигателями;
в случае необходимости обратиться к диспетчеру энергосистемы с просьбой о регулировании напряжения на стороне 110-220 кВ подстанции.
Длительность превышения номинального напряжения на зажимах любой из обмоток трансформатора не должна превышать времени, установленного ПТЭ, ПУЭ или указаний заводов-изготовителей .
При регулировании напряжения оперативный персонал обязан использовать РПН в автоматическом режиме, при переходе в ручной режим должен поставить в известность диспетчера РНУ.
Для снижения потерь электроэнергии в двигателях, а также при дефиците реактивной мощности коэффициенты трансформации трансформаторов нужно выбрать так, чтобы на вторичной стороне подстанции была возможность поддерживать напряжение в пределах 0,95-1,0 UH.
Устройства автоматического регулирования (автоматического регулирования возбуждением синхронных двигателей, АРН трансформаторов) должны быть включены постоянно в работу.
Потребление реактивной мощности из энергосистемы на границе раздела сетей системы и потребителя должно поддерживаться на уровне, установленном договорными обязательствами между энергоснабжающей организацией и потребителем. При этом необходимо стремиться к режимам минимального потребления реактивной мощности из сетей энергосистемы, которые соответствуют минимуму потерь в схеме энергоснабжения.
Регулирование напряжения в пределах установленных ГОСТ 13109-67 не накладывает ограничений на пуск и самозапуск электродвигателей насосов.
При обслуживании НПС малым количеством дежурного персонала регулирование напряжения и управление потреблением реактивной мощностью должно осуществляться техническими средствами локальной автоматики в общей автоматизированной системе управления НПС.
Обработка результатов измерений на одной из НПС позволило получить статистические зависимости контролируемых величин от напряжения. Анализ этих зависимостей позволяет сделать вывод, что снижение напряжения на шинах для данного двигателя от 5,9 до 6,0 кВ улучшает его электрические параметры.
Проведенные исследования влияния напряжения на характеристики электродвигателей позволило сделать вывод, что оптимальное напряжение различно для каждого отдельно взятого электродвигателя из-за индивидуальных их характеристик.
Исследованиями установлено, что стоимость аварийного простоя находящихся в эксплуатации электродвигателей составляет значительную часть ее первоначальной стоимости.
При анализе основных причин отказов электродвигателей можно выделить следующие факторы: порча изоляции; вибрационные разрушения; отказы в системе смазки; действие высоких температур.
Одной из наиболее частых причин выхода из строя электродвигателей является разрушение изоляции, которое в свою очередь может развиваться за счет воздействия следующих факторов: электрических (дуга при выключении, корона); механических напряжений (вибрация, неравномерный нагрев и т.д.); температурных (тепловые потери в сердечниках, проводниках, диэлектриках); атмосферных.
Система профилактического контроля изоляции в общем случае должна включать в себя техническую диагностику и прогнозирование надежности электродвигателя.
Состояние изоляции характеризуется совокупностью значений параметров, отражающих ее свойства в момент контроля. Процесс профилактического контроля состоит из трех основных этапов: испытаний, оценки состояния изоляции и решения о возможности дальнейшей эксплуатации электродвигателя.
Испытания служат для получения информации о свойствах изоляции. Под испытаниями понимаются как приложение испытательных воздействий, так и измерение параметров изоляции или анализ проб.
Оценка состояния изоляции производится сравнением результатов испытаний с нормами, а также с результатом предыдущих испытаний. Оценка общего состояния изоляции проводится с учетом всей полученной информации. Решение о возможности дальнейшей эксплуатации или о необходимости восстановительного ремонта и его срочности базируется на прогнозировании надежности изоляции.
Для электродвигателей, эксплуатирующихся на НПС магистральных нефтепроводов, одним из способов профилактического контроля является периодическое приложение испытательного напряжения, имеющего такой же характер, как и эксплуатационные воздействия, но превышающего их по уровню. Рекомендуется в процессе эксплуатации периодически контролировать состояние изоляции с помощью неразрушающих испытаний. У синхронных электродвигателей типа СТД обмотки статоров имеют изоляцию типа Монолит, которая не требует сушки (кроме изоляции выводов, которая может быть высушена подачей воздуха от калорифера в зону выводов), но не допускает наличия на ее поверхности сконцентрированной влаги, масел, грязи, которые могут привести к пробою изоляции.
Для контроля состояния изоляции Монолит не является характерным коэффициент абсорбции, определяемый как отношение 60-секундного с момента подачи напряжения мегаом-метра значения сопротивления изоляции к 15-секундному; если для высушенных машин с микалентной изоляцией этот коэффициент составляет не менее 1,3, то для изоляции Монолит его значение находится в пределах 1,0+1,2.
В отличие от статора изоляция обмотки ротора гигроскопична и при наличии влаги требует сушки известными способами (внешним нагревом, подачей тока в обмотку ротора при вращении на холостом ходу или в режиме синхронного компенсатора и др.).
Осмотры доступных частей обмоток являются не менее эффективным средством выявления дефектов изоляции, чем испытания и измерения.
Ряд дефектов, вызванных ослаблением креплений лобовых и пазовых частей обмоток статора, может быть обнаружен в начальной стадии развития, т.е. до того, как произойдет значительное повреждение изоляции, только путем осмотра.
При техническом обслуживании и ремонте следует обратить внимание на состояние бандажных креплений, изменение расстояния между стержнями и оценку следов истирания изоляции и защитного покрытия. Особое внимание должно быть обращено на присутствие порошка пыли вблизи прокладок и кронштейнов, свидетельствующего об истирании изоляции и деталей крепления.
Цвет порошка желтый при истирании термореактивной изоляции (4АЗМВ, 2АЗМ, 2АЗМП), коричневый - компаундированной (СТД, СТДП). Следует оценить механические повреждения изоляции на широких и узких сторонах стержней деталями крепления обмотки.
При наличии выгнутых стержней следует осмотреть все места, в которых имеются следы прокладок. Признаком истирания на компаундированной изоляции (СТД, СТДП) являются борозды от прокладок, как правило, с равными краями, имеющие следы движения прокладки к ротору.
При термореактивной изоляции (АД) любые борозды являются признаком истирания; как правило, в этом случае следы покрыты желтым порошком. Следы истирания могут быть также в местах соприкосновения стержней верхнего и нижнего слоев обмотки.
При оценке запыленности лобовых частей фиксируется цвет пыли и ее расположение. Если пыль красная, бурая или цвета ржавчины, то следует проверить ее магнитные свойства, собрав в бумагу достаточное количество порошка. Источником пыли цвета ржавчины является обычно контактная коррозия активной стали.
При определении источника запыленности следует учитывать направление потока пыли, создаваемого вентиляцией двигателя. Источником запыления статора могут быть: истирающиеся клинья - желтая пыль, истирающаяся термореактивная изоляция стержней - желтая пыль, истирание активной стали - красная бурая или пыль цвета ржавчины.
Особенно тщательно необходимо осматривать стержни в местах выхода из паза. Скопление желтой или коричневой пыли на этих участках может быть признаком истирания изоляции вибрирующими листами активной стали. В случае обнаружения источника интенсивного запыления в пазовой части, причиной которого является истирание стержней, необходимо специально произвести расклиновку пазов, в которых отмечается наиболее интенсивное запыление, и визуально найти места истирания.
При осмотрах следует обращать внимание на следы белого или желтоватого налета в лобовых частях, который образуется из-за интенсивного коронования в промежутке между стержнями разных фаз.
Необходимо внимательно осматривать состояние поверхности лобовых частей с достаточно хорошей подсветкой также на предмет обнаружения следов копоти или дорожек от поверхностных разрядов.
Путем внешнего осмотра удается выявить следы старения и перегрева только компаундированной изоляции. По определению следов старения термореактивной изоляции пока опыта нет. При осмотре следует в первую очередь определить, имеется ли резкое утолщение стержня на выходе из паза, вызванное тепловым повреждением изоляции.
Состояние подшипников скольжения проверяют путем внешнего осмотра и измерения зазоров между шейкой вала электрической машины и верхним вкладышем, между верхним вкладышем и крышкой подшипника, а также зазоров с боков при снятом верхнем вкладыше подшипника.
Создание методов и средств определения работоспособности и поиска неисправности электродвигателей является частью общетехнической проблемы повышения их надежности. Электродвигатели в процессе эксплуатации подвержены непрерывным качественным изменениям.
Вибрация электродвигателей - сложный негармонический процесс. Основные причины вибраций в электродвигателях: механический небаланс ротора, обусловленный эксцентриситетом центра тяжести вращающейся массы; магнитный небаланс ротора, обусловленный электромагнитным взаимодействием между статором и ротором; резонанс, вызванный совпадением критической скорости вала с частотой вращения; чрезмерная игра подшипников; искривление вала; выдавливание масла из подшипников при длительном простое электродвигателя.
Небаланс может быть вызван неправильным монтажом или внутренним дефектом электродвигателя. Особенно нежелателен резонанс опоры. Рекомендуется снимать виброграммы, которые необходимо сравнивать с типовыми виброграммами для выяснения природы вибрации.
Сложнее выявить тепловой дисбаланс, вызванный тепловым искривлением линии вала и приводящий к смещению центра массы ротора.
Определение частоты вибрации также часто помогает выявить ее причину.
Овальность шеек вала вызывает вибрации двойной частоты вращения.
При неправильно выбранном зазоре между шейкой вала и вкладышем происходит масляное биение. Вал при этом приподнимается гидродинамическими силами, возникающими в масляном клине между валом и вкладышем, и перемещается по замкнутому пути в направлении вращения.
Это явление периодически повторяется. Число возникающих при этом колебаний не совпадает с частотой вращения ротора, обычно оно меньше половины частоты вращения ротора.
Колебания зависят от частоты вращения вала, величины зазора во вкладыше, массы и гибкости ротора, имеющейся хотя бы незначительной неуравновешенности последнего и от вязкости масла, температуры масла и подшипников. Поэтому, если при повышении температуры масла вибрация уменьшается или совершенно исчезает, то можно с уверенностью сказать, что причиной вибрации является неправильно выбранный зазор между шейкой и вкладышем.
Нарушение соосности электродвигателя и насоса дает вибрацию на первой и второй гармониках оборотной частоты.
В реальных условиях эксплуатации электродвигателей из-за эксцентриситета ротора часто воздушный зазор между ротором и статором оказывается неравномерным, влияя определенным образом на их параметры и характеристики. Повышенную вибрацию может вызвать неравномерный воздушный зазор, если его неравномерность по окружности превосходит 10-20 %.
Сильные вибрации вызывает перекошенный монтаж электродвигателя, когда его опоры установлены по высоте с ошибкой более 0,05 мм. В этом случае нарушается соосность обоих подшипников электродвигателя.
Наиболее сложно выявить причину вибрации при повреждении стержней беличьей клетки ротора асинхронного электродвигателя. Они могут вызвать вибрации на частотах первой гармонической оборотной частоты; второй гармонической сетевой частоты.
Подшипники качения электродвигателей можно диагностировать по амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ) для виброускорения. При возникновении нарушений в нормальной работе подшипников АЧХ в области частот от нескольких кГц до нескольких десятков кГц идет существенно выше для электродвигателей с нормальными подшипниками.
В отличие от существующих методов контроля исправности подшипников по их температуре, при которых дефект подшипника обнаруживается, когда неисправность достигла уже значительной степени, периодический контроль по виброускорению позволяет выявить возникшие отклонения от нормы на ранней стадии и принять соответствующие меры.
Для диагностирования подшипников необходимо иметь типовые виброграммы для случаев: недостатка смазки; появления инородних примесей в масле; появления рисок на поверхности скольжения.
Основной измеряемой величиной является действующее значение скорости вибрации.
Наиболее адекватное представление о характере возможных дефектов может быть получено при анализе спектров вибрации.
Современная виброизмерительная техника в комплексе с вычислительной техникой позволяет создать методику вибродиагностики, охватывающую как механические, так и электромагнитные источники вибрации.
В качестве одного из дефектов электродвигателя, повреждающего подшипники, является подшипниковый ток. При эксплуатации электродвигателей через их подшипники по разным причинам протекают токи, вызывающие структурные изменения в подшипниках, вплоть до их полного разрушения.
В этих случаях подшипники выполняют функции контактов в цепи тока. Токи в подшипниках могут достичь значительных величин, например у электродвигателей типа СТД они составляют 50—60 А. Устранить подшипниковые токи можно восстановлением дефектной изоляции подшипников, размагничиванием вала ротора.
В основу исследования могут быть положены различные модели, характеризующие процесс протекания тока в подшипниках: образование дуги при отсутствии металлического контакта между взаимоперемещающимися поверхностями подшипника; искрение при наличии металлического контакта между взаимоперемещающимися поверхностями и т.д. Первая модель применима для подшипников с густой масляной пленкой большой толщины, например для подшипников скольжения, вторая - для подшипников с тонкой пленкой при наличии точечных металлических контактов.
Анализ режимов работы электродвигателей магистральных нефтепроводов показал, что основной причиной выхода из строя асинхронных двигателей является нарушение режима их работы, в частности превышение допустимого числа пусков двигателя; нарушение режимов самозапуска при неявном электромагнитном поле; восстановление напряжения на синхронном электродвигателе, имеющем возбуждение; короткие замыкания на выводах двигателей.
Нарушение режимов работы синхронных двигателей приводит к преждевременному разрушению электрической изоляции их обмоток, дисбалансу и появлению вибро-шумовых эффектов, превышению температуры обмоток и корпусных деталей электродвигателей.
Причины нарушения режимов работы можно разделить на внешние и внутренние.
К внешним относятся: нарушения режимов электроснабжения; коммутационные и грозовые перенапряжения в энергосетях; неисправности аварийной и телемеханической систем автоматики управления энергосистемой и др.
К внутренним причинам относятся: неисправности систем автоматического регулирования возбуждением синхронных двигателей; отказ элементов систем возбуждения; скрытые дефекты монтажа и наладки в послеремонтный период и т.п.
Нарушение режимов работы электрооборудования приводит к отказам электрооборудования. По виду отказов их можно условно разделить на внезапные, вызванные аварийными ситуациями, и постоянные из-за старения электрооборудования.
В настоящее время существуют определенные направления, по которым производятся исследования диагностики электрических машин.
1. Контроль изоляции обмоток электрических машин.
2. Контроль состояния обмоток.
3. Контроль состояния магнитопроводов статора и ротора.
4. Контроль вибраций и шумов при работе насосных агрегатов.
5. Контроль теплового состояния электродвигателя.
6. Контроль прочности вала и эксцентриситета ротора электродвигателя.
Нарушение режимов работы электродвигателей приводит к появлению всех перечисленных признаков. Поэтому рекомендации по диагностике технического состояния электродвигателей и выбора средств диагностирования только путем изучения их режимов работы можно дать после сравнительного анализа приоритетности совокупности признаков, определяющих состояние электрической машины и позволяющих прогнозировать состояние электродвигателя в любой момент времени.
По изменению режимных параметров электродвигателей и питающей сети можно определять и прогнозировать состояние электродвигателей в процессе их эксплуатации, для чего необходима разработка системы диагностирования электродвигателей магистральных насосов.
Система должна включать датчик режимных параметров электродвигателей на НПС и питающей сети, систему сбора и отработки данных, микро-ЭВМ и управляющее микропроцессорное устройство.
Система диагностирования и прогнозирования технического состояния электродвигателей может быть базирована на существующих и разрабатываемых датчиках, телемеханики и автоматизированной системы управления НПС. Для реализации системы необходимо провести исследования по оптимизации режимов работы электрооборудования на НПС, математическому моделированию возникновения неисправностей электродвигателей, разработке математического обеспечения системы диагностирования и прогнозирования.
Система диагностирования строится на том, что в процессе эксплуатации в зависимости от технического состояния изменяются режимные параметры электродвигателей и питающей сети. В этом случае по составу контролируемых параметров электродвигателя можно диагностировать и прогнозировать техническое состояние его узлов и деталей.
