СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ИЗНОСА УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СТАТОРА НА РАБОТАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЕ
METHOD FOR WEAR REDUCTION OF ATTACHMENT FITTING FOR STATOR ELEMENTS AT OPERATING ELECTRICAL MACHINE

Изобретение относится к области электротехники, к способам эксплуатации и диагностики электрических машин, преимущественно генераторов электростанций.
Дефекты ослабления узлов креплений элементов статора являются частой причиной аварийных остановов генераторов электростанций. На начальных этапах развития эти дефекты приводят к появлению виброударных процессов в статоре с частотой следования ударов, равной удвоенной частоте тока статора. Механические напряжения при ударных нагрузках значительно возрастают, что приводит к ускоренному износу конструкции. Например, ослабление креплений сердечника статора к корпусу генератора приводит к появлению виброударных процессов с частотой, кратной удвоенной частоте тока статора, и авариям генераторов в эксплуатации. Ослабление креплений лобовой и пазовой частей обмотки статора сопровождается виброударным взаимодействием элементов, истиранием изоляции, повреждением элементарных проводников и пробоем изоляции обмотки. Эти обстоятельства делают актуальной проблему продления срока службы электрической машины посредством снижения темпов износа ее активных частей.
Регламент обслуживания генераторов предусматривает обнаружение дефектов износа путем осмотров при проведении плановых ремонтов, где обнаруженные дефекты устраняются /см. книгу Устинов П.И. Справочник по ремонту турбогенераторов. М.: Энергия, 1978, с.158, 159/.
Недостаток такого способа в том, что он не позволяет обнаруживать появление дефектов и управлять скоростью их развития во время работы генератора в длительном периоде эксплуатации между плановыми ремонтами, что и приводит к случаям аварий на работающих генераторах.
Наиболее близок к заявляемому способ управления скоростью износа конструктивного узла электрической машины по Патенту РФ №2035113. Здесь в процессе работы машины измеряют параметры генерируемого дефектными узлами виброакустического сигнала, который распространяется по конструктивным частям машины в форме волн упругих колебаний конструкционного материала. Определяют по данным измерений наличие дефектов повышенного износа. Уменьшение скорости развития дефекта обеспечивают изменением параметров режима работы электрической машины, таких как ток возбуждения и температура охлаждающей среды. Изменение параметров режима работы ведут до уменьшения величины виброакустического сигнала.
Недостаток регулирования температуры охлаждающей среды состоит в том, что диапазон ее допустимых значений устанавливается заводской инструкцией по эксплуатации и является достаточно узким, например, 35-45°С для температуры охлаждающего дистиллята на турбогенераторах типа ТВВ-320-2. Этот диапазон может оказаться недостаточным для эффективного подавления процессов ускоренного износа.
Недостаток использования регулирования тока возбуждения в том, что изменение тока ротора приводит к изменению реактивной мощности генератора. Длительная работа генератора с ограничениями по реактивной мощности может оказаться нежелательной по условиям работы энергосистемы. Именно недостаток реактивной мощности в энергосистеме привел к системной аварии с тяжелыми последствиями в мае 2005 года в Москве.
Цель изобретения - обеспечение эффективного устранения процессов ускоренного износа узлов креплений элементов статора, без наложения существенных ограничений на реактивную мощность, выдаваемую в сеть электрической машиной.
Для достижения поставленной цели на работающей электрической машине с помощью известных устройств измеряют параметры виброакустических колебаний ее конструктивных элементов. Определяют по данным измерений наличие процесса ускоренного износа узлов креплений статора, вызванных виброударным взаимодействием элементов в дефектных узлах. Измеряют электрические параметры режима работы машины, такие как ток возбуждения и реактивная нагрузка. Снижение износа узлов креплений обеспечивают изменением тока возбуждения машины. Изменение тока возбуждения ведут до прекращения виброударных взаимодействий элементов в дефектных узлах креплений. После чего восстанавливают значение тока возбуждения ближе к исходному, так чтобы реактивная мощность генератора соответствовала требованиям диспетчера энергосистемы. Восстановление тока возбуждения ведут до наступления момента возобновления процесса ускоренного износа узлов креплений элементов статора.
Виброударные взаимодействия приводят к появлению специфических нелинейных явлений, сущность которых сводится к следующему, например, для ослабления узлов креплений лобовых частей обмотки статора турбогенератора.
Турбогенератор имеет систему креплений лобовых дуг, опирающуюся на бандажные кольца и кронштейны. Лобовые части стержней обмотки крепятся к бандажным кольцам и между собой с помощью многочисленных дистанционных прокладок и самоусаживающихся лавсановых шнуровых вязок. Те же вязки крепят бандажные кольца к кронштейнам. Наложение вязок и их усадка при нагреве приводят к стягиванию многоэлементной системы в монолитную конструкцию. Взаимные перемещения элементов обмотки в такой конструкции исключаются силами трения до тех пор, пока результирующая действующих внешних сил не превысит силы трения покоя. Если это условие выполняется, возникает "срыв" узлов крепления обмотки, характеризующийся взаимными перемещениями их элементов, трением и ударами с частотой задающей силы, т.е. реализуется виброударный режим движения. Виброударный режим практически мгновенно возникает ("срыв" обмотки) и прекращается ("заклинивание" обмотки), если действующие силы соответственно превысят или станут меньше сил трения. Так как сила трения покоя всегда больше трения скольжения, то выход в режим виброударного взаимодействия и его прекращение происходят при разных значениях электромагнитных сил, действующих на лобовые части обмотки статора. В свою очередь эти силы определяются током статора, а в условиях неизменной активной мощности - реактивной нагрузкой генератора.
Таким образом, при работе генератора с заданным значением активной мощности, значение реактивной мощности, соответствующей прекращению виброударного процесса в узлах креплений, всегда существенно меньше значения мощности, при которой процесс возобновляется. Это обстоятельство подтверждено экспериментально и дает возможность после устранения процессов ускоренного износа восстанавливать значения тока ротора и реактивной мощности, близкие к исходным, и продолжать регулирование тока возбуждения и реактивной мощности по диспетчерскому заданию без восстановления процессов ускоренного износа.
Способ осуществляется следующим образом. Ниже представлен пример экспериментальной проверки метода на турбогенераторе ТВВ-320-2.
Генератор работает по диспетчерскому графику с активной нагрузкой 250 МВт и реактивной нагрузкой 140 МВАр. Для измерения параметров виброакустических колебаний его корпуса на корпус генератора установлены вибропреобразователи типа АР-40 с магнитным крепежом. Вибропреобразователи подключены к виброанализатору MIC-300M. В ходе измерений параметров виброакустических колебаний корпуса с применением диагностической процедуры по Патенту РФ №2273085 и Патенту РФ №2216841 установлено наличие процесса ускоренного износа узлов крепления обмотки статора. Для устранения ускоренного износа, воздействуя на ключ управления возбуждением, кратковременно разгружают генератор по реактивной мощности до 60 МВАр. Мощность виброакустического сигнала падает с 20 о.е. до 0,5 о.е., где 1 о.е. - уровень нормального функционирования без ускоренного износа элементов креплений. Восстанавливают значение реактивной мощности генератора до требуемого диспетчерским графиком уровня 140 МВАр. Мощность виброакустического сигнала в ходе восстановления реактивной мощности практически не меняется и остается ниже уровня нормального функционирования, соответствующего отсутствию процессов ускоренного износа. Генератор продолжает работу по диспетчерскому графику нагрузки без ускоренного износа узлов крепления обмотки статора.
Зависимость мощности виброускорений корпуса генератора М от реактивной нагрузки Q в ходе устранения ускоренного износа при снижении и наборе реактивной мощности в режиме работы 250 МВт показана на фиг.1. Здесь значения М представлены в относительных единицах (о.е.), где 1 о.е. соответствует уровню нормального функционирования электрической машины без ускоренного износа элементов креплений. Линия снижения реактивной мощности обозначена как -♦- Линия набора реактивной мощности обозначена как -•-.