logo logo

Использование тепловизионного контроля при испытаниях железа статоров генераторов

Дороватовский Н. М., Розов Г. И.

Использование тепловизионного контроля при испытаниях железа статоров генераторов

В Основной электросети Эстонской энергосистемы диагностика электрооборудования с помощью приборов инфракрасной термографии проводится с 1997 г. Для этой цели применяется термовизор типа Thermovision-550 [1] шведской фирмы AGEMA (в настоящее время FLIR Systems), имеющий достаточно высокие технические характеристики и позволяющий обнаруживать повышенные нагревы электрооборудования линий электропередачи и подстанций с точностью до 0,1°С на расстоянии до 200 м.
В основном термовизор используется для диагностики высоковольтного оборудования [2], как-то: все видимые контактные соединения токоведущих шин и присоединений к электрическим аппаратам;
подвесные фарфоровые изоляторы; высоковольтные конденсаторы; конденсаторы связи; элементы конденсаторных батарей; проходные высоковольтные вводы и выводы масляных выключателей;
измерительные трансформаторы тока; силовые трансформаторы; грозозащитные высоковольтные разрядники.
И это еще далеко не полный перечень электрооборудования, диагностику которого можно проводить методом инфракрасной термографии. В данной статье рассматривается как раз один из видов тепловизионной диагностики, не входящий в этот традиционный список.
Этим направлением является тепловизионный контроль железа статоров турбогенераторов. Обычно испытания железа статоров генераторов проводятся согласно “Объемам и нормам испытаний электрооборудования” [3] с целью выявления дефектных пакетов в статоре и, как правило, во время проведения капитального ремонта. Периодичность таких испытаний установлена для всех генераторов мощностью более 12 МВт старше 15 лет и составляет 5-8 лет.
В Эстонии на энергопредприятии АО “Нарвские электростанции” периодичность этих испытаний не реже 1 раза в 6 лет.
В качестве примера можно предложить организацию испытаний железа статора генератора на Балтийской ЭС (бывшей Прибалтийской ГРЭС). На электростанции имеются 4 генератора типа ТВВ-200-2 мощностью 200 МВт, 8 генераторов ТВФ-100-2 мощностью 100 МВт и 2 генератора Т2-12-2 мощностью 12 МВт – все они российского производства (“Электросила” и Лысьва).

Электростанция работает с 1959 г. и все генераторы значительно старше 15 лет. Испытания железа статора являются неотъемлемой частью каждого капитального ремонта генератора. Проводятся они и при каждом повреждении стали статора, при каждой полной или частичной переклиновке пазов обмотки статора, при каждой полной или частичной замене обмотки статора до укладки и после заклиновки новой обмотки.

Схема установки испытания железа генератора
Схема установки испытания железа генератора:
РТ – реле тока в установке ИЖГ; КО, КВ – кнопки включения МВ по месту генератора; ЛЗ, ЛК – сигнальные лампы, показывающие состояние МВ; КУ- выбор коэффициента трансформации трансформаторов тока; 2КУ- регулятор напряжения анцапф на трансформаторе с.н.

Проведение испытаний железа статора на Балтийской ЭС несколько отличается от подобных испытаний аналогичных генераторов на других электростанциях, в том числе и в Эстонии. Отличие это состоит в применении для этой цели уникальной в своем роде установки, именующейся ИЖГ (испытание железа генератора). Данная испытательная установка является собственной разработкой технического персонала электроцеха электростанции и успешно используется уже длительное время.
Главное отличие испытаний железа статора генератора с ее помощью состоит в точном регулировании напряжения на намагничивающей обмотке, намотанной на спинку статора генератора. Второе отличие состоит в том, что установка использует питание с РУСН 6 кВ по шинопроводу 6,3 кВ, через трансформатор собственных нужд и далее по генераторному шинопроводу до установки ИЖГ (см. рисунок).
Это питание подводится к клеммам установки ИЖГ, в состав которой входят трансформатор напряжения, а также два трансформатора тока (600/5 и 1000/5 А), реле тока, вызывающее отключение установки в случае перегрузки или короткого замыкания в намагничивающей обмотке. Контроль напряжения, подводимого от трансформатора с.н., можно осуществлять по прибору в установке, так как имеется свой трансформатор напряжения НОМ-6.
Кроме того, возможно дистанционное управление масляным выключателем МВ в РУСН 6 кВ с места проведения испытания у генератора персоналом ЭТЛ. О положении выключателя 6 кВ информируют лампы ЛЗ и ЛК на установке. Обеспечивается возможность регулирования напряжения положением анцапф на трансформаторе с.н. с места проведения испытаний железа генератора.
Управление установкой производится по контрольному кабелю от генератора через блочный щит управления, если испытывается генератор ТВВ-200-2, или групповой щит управления, если испытывается генератор ТВФ-100-2.
Намагничивающая обмотка, подключенная к клеммам установки ИЖГ, представляет собой определенное число витков намотанного на статор шлангового кабеля напряжением 6 кВ типа КВШГ сечением 2 х 120 мм2. Для генератора ТВФ-100-2 – это 12 витков, для ТВВ-200-2 – 5 витков. Кроме того, дополнительно наматывается еще один контрольный виток проводом ПВЛ на противоположной по окружности стороне спинки статора и подключается к клеммам комплекта К-50 или подобного. Этот комплект также подключен к установке ИЖГ и предусмотрен для измерения реального напряжения в контрольном витке.
Согласно “Объемам и нормам испытания электрооборудования” [3] генераторы и синхронные компенсаторы с косвенным охлаждением обмоток испытываются при значении индукции в спинке статора 1,0 ± 0,1 Тл, продолжительность испытания 90 мин; генераторы с непосредственным охлаждением обмоток и все турбогенераторы, изготовленные после 1977 г., испытываются при индукции 1,4 ± 0,1 Тл. Продолжительность испытания при индукции 1,4 Тл – 45 мин.
Разумеется, такая работа проводится по наряду и с соблюдением “Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок”.
Перед проведением испытания установка заземляется. Для этого используется голый провод, входящий в комплект испытательной установки, сечением не менее 25 мм2. Естественно, для проведения испытания необходимо ввести некоторые изменения в работу защит масляного выключателя МВ. Само испытание железа генератора при индукции В =1,4Тл (14 000Гс) длится не менее 45 мин. Отсутствие местных перегревов железа статора не является основанием для прекращения начатого испытания.
Показания приборов фиксируются каждые 10 мин. К ним относятся: напряжение на контрольном витке, ток и мощность в намагничивающей обмотке и напряжение питающей сети.
Удельные потери в стали не должны отличаться от исходных данных более чем на 10%. Допустимые значения удельных потерь должны быть не более 1,6 Вт/кг для стали Э-320, Э-330.
Начальные термограммы снимаются до подачи напряжения в намагничивающую обмотку, затем в течение полутора часов через каждые 15 мин при нагревании статора и его остывании. Термограммы снимаются для зубцовой части статора и по всей внутренней поверхности расточки статора без снятия напряжения с намагничивающей обмотки.
Определяемый с помощью тепловизора максимальный перегрев зубцов не должен превышать 25°С и наибольшая разность перегрева различных зубцов не должна превышать15°С (повышение температуры за время испытания относительно начальной). При повышении температуры точки активной стали статора генератора до 100°С, а также при появлении дыма или искрения в намагничивающей обмотке или в обмотке статора испытания немедленно прекращаются для выявления причины.
Если ранее максимальный перегрев зубцов железа статора определялся при помощи пирометров или вручную (прикосновением, т.е. прощупыванием поверхности клиньев обмотки статора), то в настоящее время применение приборов тепловизионной техники позволяет поднять это испытание на совсем иной, более высокий технологический уровень.
Однако далеко не при всех дефектах железо статора нагревается настолько заметно. При 10 – 25% дефектов нагрев может быть до установленной нормы. В остальном же большинстве дефектов нагрев будет ниже и они останутся скрытыми для обычных методов диагностики. К сожалению, эти дефекты могут дать знать о себе еще до проведения следующего капитального ремонта генератора, который состоится не ранее чем через 6-7 лет, а это значительно больше общепринятого периода развития дефекта (максимум 1-2 года).
Главное преимущество применения приборов тепловизионной техники состоит как раз в возможности определения с их помощью именно этой, скрытой части дефектов. По сути дела, тепловизоры, имея очень высокую чувствительность, способны определить фактически все скрытые дефекты железа статора, даже самые незначительные, которые, возможно, никогда и не повлияют на работу железа статора генератора.
Количество информации, получаемой в ходе тепловизионной диагностики, в десятки раз превышает ранее получаемый ее объем. Причем, даже применение пирометров не дает подобного результата, так как они позволяют не столько искать места нагревов, сколько следить за развитием процесса в уже обнаруженных местах дефектов. Поэтому с их помощью нельзя получить полную картину нагревания железа статора.
Нельзя не отметить чрезвычайную важность проведения повторного термоконтроля после проведения ремонта изоляции железа статора в местах обнаруженных нагревов (в ходе повторного испытания железа и нового расчета потерь в стали генератора). Только термоконтроль с применением приборов тепловизионной техники способен с максимальной точностью определить степень качества проведенного ремонта.
Безусловно, для внедрения этой диагностической техники имеется реальное препятствие – это ее очень высокая стоимость. Однако, принимая во внимание стоимость генераторов и стоимость их ремонтов, особенно в случае аварий на них, это препятствие становится не настолько непреодолимым.

Выводы

  1. В целях повышения эффективности диагностики состояния железа статора при проведении испытаний его в ходе капитальных ремонтов турбогенераторов целесообразно пользоваться приборами тепловизионной техники, позволяющими в десятки раз увеличивать точность определения дефектных мест по их нагреванию.
  2. Приведен один из возможных вариантов установок для испытания железа статора, который позволяет упростить его проведение, иметь возможность регулирования напряжения в намагничивающей обмотке статора и, главное, сделать проведение этого испытания более безопасным с точки зрения техники безопасности.

Список литературы

  1. Thermovision 550. Operating Manual. Stockholm: AGEMA Infrared Systems AB, 1997.
  2. Применение тепловизионных приемников для выявления дефектов высоковольтного оборудования. Методические указания. Л., 1990.
  3. Объем и нормы испытаний электрооборудования. 6-е изд. М.: НЦ ЭНАС, 1998.
Метки материала: , ,

Похожие материалы:

bottom