Метод контроля состояния обмоток роторов высоковольтных электродвигателей собственных нужд электростанций при пуске
Е.М. Новоселов, Д.А. Полкошников, В.А. Савельев, А.С. Страхов, А.А. Скоробогатов
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 4, сс. 31—44
Скачать PDF
Состояние вопроса. Перспективным методом контроля состояния обмоток роторов асинхронных электродвигателей, позволяющим повысить безотказность их работы, является спектральный анализ сигнала внешнего магнитного поля. Современные методы анализа внешнего магнитного поля используют только спектр сигнала в установившемся режиме, что не позволяет производить эффективный контроль на ряде высоковольтных электродвигателей собственных нужд электростанций, работающих с длительными пусками (например, машин, работающих с переменной нагрузкой, с двойной беличьей клеткой и т.п.). Оценить состояние обмотки ротора подобных машин возможно в пусковых режимах. В связи с этим исследование частотно-временных спектров внешнего магнитного поля указанных выше электродвигателей и разработка метода контроля состояния их обмоток роторов в пусковом режиме является актуальной задачей.
Материалы и методы. При исследованиях использованы двухмерные модели двух двигателей, являющихся приводами механизмов тягодутьевого тракта на электростанциях. Обе модели разработаны в программном комплексе ANSYS. Расчет внешнего магнитного поля произведен с помощью метода конечных элементов. Моделировались случаи при наличии или отсутствии дефектов. Обработка сигналов осуществлена с помощью метода оконного преобразования Фурье в программном комплексе MatLab.
Результаты. Построены частотно-временные спектры внешнего магнитного поля в режиме пуска на моделях исследуемых асинхронных двигателей при следующих дефектах: динамическом эксцентриситете, одном оборванном стержне обмотки ротора и отсутствии указанных дефектов. Результаты исследований позволили разработать метод контроля состояния обмоток роторов высоковольтных электродвигателей собственных нужд электростанций, работающих с длительными пусками, основанный на обнаружении в частотно-временном спектре при пуске нижних боковых частот гармоник фиктивной обмотки ротора, особенностью которых является «отражение» в спектре от оси времени.
Выводы. Разработанный метод контроля состояния обмоток роторов асинхронных электродвигателей собственных нужд электростанций позволяет повысить безотказность их работы путем своевременного выявления повреждения обмоток роторов.
1.Jahić A., Hederić Z., Atić M. Detection of Failures on the High-Voltage Cage Induction Motor Rotor // International Journal of Electrical and Computer Engineering Systems. – 2015. – Vol. 6. – № 1. – Р. 15–21.
2. Андреева О.А. Разработка методов диагностики двигателей собственных нужд электрических станций. – Павлодар: Кереку, 2015. – 142 с.
3. Бобров В.В., Хомутов С.О. Прогнозирование состояний электродвигателей на основе анализа спектра напряженности внешнего магнитного поля // Ползуновский альманах. – 2011. – № 2. – С. 114–118.
4. Лукьянов А.В., Мухачев Ю.С., Бельский И.О. Исследование комплекса параметров вибрации и внешнего магнитного поля в задачах диагностики асинхронных электродвигателей // Системы. Методы. Технологии: научный периодический журнал. – 2014. – № 2(22). – С. 61–69.
5. Оценка возможности использования радиальной составляющей внешнего магнитного поля в целях диагностики асинхронных электродвигателей / Е.М. Новоселов, В.А. Савельев, А.А. Скоробогатов и др. // Вестник ИГЭУ. – 2018. – Вып. 3. – С. 38–46.
6. Noninvasive detection of broken rotor bars in operating induction motors / G.B. Kliman, R.A. Koegl, J. Stein, et. al. // IEEE Transactions on Energy Convertion. – 1988. – Vol. 3, issue 4. –P. 873–879.
7. Elkasabgy N.M., Eastham A.R., Dawson G.E. Detection of broken bars in the cage rotor on an induction machine // IEEE Transactions on Industry Applications. – 1992. – Vol. 28, issue 1. – P. 165–171.
8. Finite element analysis and experimental study of the near magnetic field for detection of rotor faults in induction motors / V. Fireteanu, R. Romary, R. Pusca, A. Ceban // Progress In Electromagnetics Research. – 2013. – Vol. 50. – P. 37–59.
9. Henao H., Demian C., Capolino G.A. Frequency-domain detection of stator winding faults in induction machines using an external flux sensor // IEEE Trans. Ind. Appl. – 2003. – Vol. 39. – P. 1511–1516.
10. Electrical machines fault diagosis by stray flux analysis / R. Romary, R. Pusca, J.P. Lecointe, J.F. Brudny // IEEE Workshop on Electrical Machines Design, Control and Diagnosis (WEMDCD). – Paris, 2013. – P. 247–256.
11. Tavner P.J., Penman J. Condition monitoring of electrical machines // Research Studies Press, 1987. – 286 p.
12. Экспериментальное доказательство существования признаков повреждения электродвигателя с длительным пуском во внешнем магнитном поле / А.С. Страхов, Е.М. Новоселов, А.Н. Морозов, А.А. Скоробогатов // Материалы Междунар. (XX Всерос.) науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии» (Бенардосовские чтения) . Т. 1. – Иваново, 2019. – С. 94–97.
13. Сивокобыленко В.Ф., Кузьменко Д.И., Яременко С.П. Диагностика стержней двухклеточных и глубокопазных короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей // Наукові праці Донецького національного технічного університету. – 2011. – № 10 (180). – С. 148–152.
14. Pu Shi, Chen Z., Vagapov Y. Wavelet Transform based Broken Rotor-bar Fault detection and Diagnosis Performance Evaluations // International Journal of Computer Applications (0975 – 8887). – 2013. – Vol. 69, no.14. – P. 36–43. URL: http://research.ijcaonline.org/volume69/number14/pxc3888033.pdf
15. Купцов B.В., Горзунов А.С., Сарваров А.С. Разработка методики токовой диагностики асинхронных двигателей по осциллограммам нестационарных режимов работы // Вестник ЮУрГУ. – 2009. – № 34. – С. 60–67.
16.Pineda-Sanchez M. Instantaneous Frequency of the Left Sideband Harmonic During the Start-Up Transient: A New Method for Diagnosis of Broken Bars // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2009. – Vol. 56, no. 11. – P. 4557–4570.
17. Экспериментально-аналитическое определение диагностического признака дефектов обмотки ротора асинхронного электродвигателя / В.А. Савельев, А.С. Страхов, Е.М. Новоселов и др. // Вестник ИГЭУ. – 2018. – Вып. 4. – С. 44–53.