CC BY
21УДК 621.311
Любицкий А.М., Любицкий М.В., Чебанов К.А.
DOI: 10.24411/2520-6990-2019-11532 ДИАГНОСТИКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗОЛЯЦИИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ
Lubitsky A.M., Lubitsky M. V., Chebanov K.A.
DIAGNOSTICS OF CHANGES IN ELECTRICAL INSULATION PROPERTIES OF ASYNCHRONOUS MOTORS AUXILIARY SERVICES OF POWER ENTERPRISES
Аннотация
Целью работы является анализ изменения электрических свойств изоляции обмоток за счет старения и теплового износа и связь этого процесса с изменением параметров схемы замещения асинхронной машины, которые определяют длительность пуска двигателя. Рассмотрена возможность использования величины длительности пуска для оценки теплового износа (старения) изоляции электродвигателя моделированием дифференциальных уравнений динамики пуска с учетом электромагнитных связей обмоток статора и ротора с дальнейшей возможностью экспериментальной оценки результатов.
Abstract
The purpose of this work is to analyze the changes in the electrical properties of the insulation of windings due to aging and thermal wear and the relationship of this process with the change in the parameters of the asynchronous machine's replacement circuit, which determine the duration of engine start. The possibility of using the value of the start-up duration to assess the thermal wear (aging) of the motor insulation by modeling the differential equations of the start-up dynamics taking into account the electromagnetic connections of the stator and rotor windings with the further possibility of experimental evaluation of the results is considered.
Ключевые слова: Изоляция, тепловой износ, дифференциальные уравнения, динамика пуска, параметры схемы замещения, поля рассеяния, индуктивности рассеяния.
Key words: Insulation, thermal wear, differential equations, start-up dynamics, replacement circuit parameters, scattering fields, scattering inductors.
Неисправности асинхронных двигателей возникают в результате износа деталей, теплового износа и старения изоляции. По месту их возникновения и характеру происхождения повреждения электродвигателей подразделяются на электрические и механические.
К электрическим повреждениям относятся, прежде всего, старение и тепловой износ изоляции. Такие неисправности часто можно установить лишь по косвенным признакам. При этом приходится не только производить измерения, но и сопоставлять обнаруженные факты с известными из опыта и делать логические выводы.
По статистике повреждения изоляции обмотки статора являются основной причиной выхода из строя электродвигателей. Анализ причин выхода из строя электродвигателей электростанций позволили установить, что 80 % всех повреждений и вызывались нарушением витковой, корпусной и межфазной изоляции.
Основные причины износа изоляции связаны со статической и динамической перегрузками (особенно колебательностью пускового электромагнитного момента [1,3,4]).
Относительный срок службы изоляции зависит от многих факторов (состава изоляции, качества ее изготовления, степени старения и т. п.) и соответственно ее точное определение невозможно.
Тепловой износ изоляции обмоток АД - изменение электрических свойств изоляции связанных
с электромагнитными и электромеханическими процессами при пуске и эксплуатации АД и это способствует образованию дополнительных полей рассеяния. Вследствие чего, как следствие, изменяются параметры схемы замещения, связанные с полями пазового и лобового рассеяния.
Длительность пуска АД является многофакторной величиной и ее использование для определения степени износа изоляции при экспериментальной оценке длительности пуска должны проводится при одинаковых уровнях напряжения питающей сети, симметрии напряжения, температуры окружающей среды, моменте сопротивления нагрузки, момент инерции электродвигателя и нагрузки, расстоянии от электродвигателя до питающей подстанции.
При использовании величины относительной длительности пуска для определения степени износа изоляции экспериментальным путем, необходимо учитывать:
1) температуру обмотки АД и окружающей среды, т.е эксперименты необходимо производить при одинаковой температуре.
2) параметры питающей сети должны быть стабильными;
3) момент инерции механизма быть неизменным.
4) нагрузка АД должна быть одинаковой.
Рассмотрим изменение величины длительности пуска АД при увеличении полей рассеяния
TECHNICAL SCIENCE /
обмотки статора расчетным путем и, как следствие, повышенного износа изоляции АД.
Для определения величины длительности пуска АД необходимо решить систему дифференциальных уравнений, связывающих параметры
(^азУ^Л-СОБ ю^
статора, ротора и уравнение движения. Принята система дифференциальных уравнений для пото-косцеплений статора ^ и ротора двухфазной машины в системе координат, связанной с неподвижным статором а, в [1,3,4].
"В- ¥„+0 (1)
(dYßs)/dt= -A-sin fflct-B- Yps+O Yßr (2)
(dYar)/dt = -D^ Yar +E • Yas + Yffffl (3)
(dYßr)/dt= -D^ Yßr + E • Yßs - Yar-Ю (4)
M= Yas^ Yßr - Yßs- Yar) (5)
где:
dra/dt = K(M- Mc)
A=V2-UC; B = RLr •Rns; Lnr = Lr + (3/2)Lq; Rns =(3/2)- Rs; C =RR^L,; D =R Rnr^Lns; Lns = Ls + (3/2>Lq; Rnr =3/2- Rr; E = RR^L,; L, = (3/2)Lq; F =R (3/2)p^ L,; K =p/J;R =1/ Lns • Lnr - L2,).
(6)
где: ис-напряжение сети; ю-угловая частота сети; Ь8; Ьг -индуктивности рассеяния статора и ротора, Ьо-индуктивность взаимоиндукции; в паспортных данных АД [7] представлены значения: Х8= юЬ ; Хг = юЬ - индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора; Хо = юЬо - индуктивное сопротивление взаимоиндукции ; Rs ; Иг- активные параметры статора и ротора.
После анализа вариантов для решения дифференциальных уравнений сформулированной задачи наиболее целесообразным и достаточным оказалось использование метода Эйлера — Коши второго порядка точности [3,4]. Его еще иногда называют методом трапеций.
Для составления математической модели для исследования динамики принят электродвигатель 4АН 355М6У3; Рн= 250кВт [7].
Произведен расчет динамики прямого пуска указанного электродвигателя при статической нагрузке Мс=500 нМ. Рассмотрены три момента: а-Х8=0Л1о.е.(номинальное значение); б-Х8=0.141о.е.; в- Х8=0.165о.е. Время переходного процесса составило: а- 1п.п=1сек; б- 1п.п=1,36 сек; в-1п.п=1,85сек.
Графики переходных функций для вариантов «а» и «в» представлены на рис.1 и 2.
400"
WO
£ ft 200
£
loa
> ш_
^^^^^^ ____
0.5
а)
/ сек
б)
Рисунок 1 Динамика пуска m=f(t) и Мэм=ф: Xs=0.11o.e.
б)
Рисунок 2 Динамика пуска a>=f(t) и Мэм=(.t): Xs=0.165o.e.
Использование данной методики для определения остаточного ресурса изоляции по предварительным данным дает погрешность порядка 15%. Такая погрешность обусловлена различием начальных ресурсов изоляции электрических машин, непостоянством эксплуатационных параметров, а также погрешностями моделирования.
Полученная погрешность является допустимой, так как, во-первых, не нарушает последовательности выработки ресурса (срока службы) двигателей, и во-вторых, выполняет контроль начального ресурса изоляции каждого электродвигателя.
Список литературы
1.Любицкий А.М. Маричев А.А. Мицней И.М. Чебанов К.А. Анализ и исследование способов оптимизации пусковых режимов асинхронных приводов с автономными источниками питания. Sciences of Europe VOL 1, No 21(21) (2017). (Praha, Czech Republic).
2.Мороз Н.К. Электротехническое материаловедение: учебник/Н.К. Мороз. -Москва; Вологда: Инфра- Инженерия, 2020. -148 с.:ил.,табл.
3.Моделирование и исследование нелинейных систем электропривода на ЭВМ: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине
«Автоматизация исследования и проектирования систем управления» / Сост. А.В. Башарин, Л.П. Козлова; ЛЭТИ. -Л., 1990.
4. Исследование и моделирование автоматизированных электроприводов переменного тока: Лабораторный практикум по дисциплине. «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» для студентов всех форм обучения по специальности 180400/ Любицкий М.В. - Невин-номысск: Изд-во НТИ, 2002.
5. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 23 «Вибродиа-гностика-2003», кафедра «Диагностика энергетического оборудования», Анохин Ю.А., Розенберг Г.Ш., Санкт-Петербург 2004.
6. Вибродиагностика: Моногр. / Розенберг Г.Ш., Мадорский Е.З., Голуб Е.С. и др.; Под ред. Г.Ш. Розенберга. - СПб. ПЭИПК, 2003, - 284 с
7.Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. -М.: Энергоиздат, 1982. -504с., ил.
