Введение к работе
актуальность тяни. Одним из уязвимых узлов электрической наяны является ее система токосъема. Больсинство современных систеп окос-ъсма являются твердощеточными С ТСТ).
Рассмотрим проблему надежности ТСТ на примере турбогенерато-ов СТГЭ. Рост мощности ТГ требует соответствующего повышения то-а возбуждения, что приводит к необходимости повышения плотности ока под щетками и увеличения диаметра контактных колеи CKKJ. При том надежность работы ТСТ снижается. Поэтому, в последние годы ровоаится комплекс работ по разработке средств технического диаг-остирования состояния ТСТ.
Однако, узел токосъема современных ТГ остается одним из наивнее надежных узлов, а задача повышения надежности ТСТ является есьма актуальной. Одним из путей ее решения является внедрение истем технической диагностики для контроля состояния ТСТ.
Цчяъ рвботн. Целями диссертационной работы являются:
-
Разработка комплекса диагностических приборов для измерена электромеханических параметров натурных ТСТ.
-
Экспериментальные исследования электромеханических харак-еристик ТСТ электрических навин и выявление закономерностей сос-ояния ТСТ и распределения характеристик на основе системно обоб-:енных результатов научно-организованных экспериментов.
-
Разработка математической модели состояния ТСТ для инте-ральной оценки ее качества и работоспособности.
-
Разработка научно-технических основ построения автоматизм-ованной информационной система диагностики состояния ТСТ.
Гчтолиаа в;яолкея;»т ггео.т*у;теагт«а.
Экспериментальные исследования базируются на методах научной рганйзашіи эксперимента с использованная современных компьютерных ехнологии. Эксперименты просолились как на натурных ТСТ крупных лектрических наоин. так и на макетах ТСТ.
Теоретические хсслэдования базируэтся :іа современных катеиа-ических методах построения и анализа мультипликативных моделей, рэдназначенных для интегральной оценки качества ТСТ.
-
Разработан, на уровне изобретений, ряд приборов, образу»-злх единый диагностический комплекс ДЛЯ КОНТРОЛЯ состояния ТСТ.
-
Разработана методика оценки состояния ТСТ электрических ашин на основе информации, получаемой от приборов комплекса.
-
Разработана структура автоматизированной информационной истемы диагностики состояния ТСТ крупных электрических машин.
Практкчоск&я давность работы заключается в следующем:
-
Разработан, изготовлен, отлажен в лабораторных и промышленных условиях комплекс приборов для контроля за рельефом контактной поверхности, измерения токов щеток, контроля стабильности контактирования шеток. визуального осмотра вращающейся поверхности дистанционного измерения температуры участков контактной поверхности и для постоянного контроля за уровнен искрения в ТСТ.
-
Комплекс приборов широко внедрен на предприятиях энергетики и металлургии и получил высокую оценку специалистов. Эффективность комплекса подтверждена многочисленными актами о внедрении.
-
Постоянное использование комплекса позволяет повысить надежность работы ТСТ электрических машин за счет усиления контроля за их состоянием с целью предотвращения аварийных ситуаций.
Внолреиие результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в 5 энергосистемах и на 2S электростанциях России.
Апробация работы.
Основные научные и практические положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры "Электропривод и системи автоматизации" Псковского политехнического института, на научно-технической конференции "Современные тенденции в развитии и конструировании коллекторных машин постоянного тока" СОнск. 1993 г.), на совещании "Разработка и внедрение новых нетрадиционных методов контроля состояния турбо- и гидрогенераторов" СС.Петербург, 1996г. ) на научно-технической конференции "Злектросбережение, электроснабжение, электрооборудование" СМосква, 1996 г.).
Положения, выносииые на зашиту.
-
Структура диагностического комплекса для экспериментальных исследований электромеханических характеристик ТСТ. Конструкция приборов, образующих диагностический комплекс
-
Результаты экспериментальных исследований электромеханических характеристик систеи токосъема и результаты, исследований параметров натурных ТСТ.
-
Математическая модель состояния ТСТ для интегральной оценки ее качества и работоспособности.
-
Результаты применения математической модели для классификации натурных ТСТ ТГ в зависимости от мощности.
-
Структура автоматизированной информационной системы диагностики состояния ТСТ турбогенераторов.
Дубдукадин.
Основное содержание диссертации изложено в І6 публикациях.
Структура н об-ьэи диссертационной работы.
Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка ис-
пользование источников С125 наименований}. 3 приложений и 16 до-купентоз. подтверждагааих внедрение. Работа содержит 218 страниц иавикописного текста, 24 таблицы и 38 рисунков.
Во ія>од!?ниа обоснована актуальность текы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, научная и практическая ценность.
В пэрвоЯ гг'СТЭ описан неханизн передачи тока через электрический скользящий контакт С СЮ. проанализированы конструкция и особенности процессов в ТСТ ТГ, требования к техническому обслуживанию и основные эксплуатационные характеристики ТСТ. К основный характеристикам ножно отнести уровень искрения, биение и волнистость КК, равнонерность токораспределения в систепе параллельно работавших юзток и стабильность контактирования estok.
Во второй гяппп рассиотрены вопросы технической диагностики ТСТ электрических насин. Анализ существующих диагностических систем показал, что они, как правило, не удовлетворяют обслуживающий персонал. Причины этого - громоздкость аппаратуры, низкая точность, неудобство в эксплуатации.Для устранения этих недостатков в Псковском политехническом институте был разработан, изготовлен и внедрен на ряде предприятий энергетики и металлургии диагностический комплекс ДИАКОР. предназначенный для оценки качества работы ТСТ. Третья глава посвяиена разработке диагностических приборов. ТСТ электрической насини состоит из трех основных . частей! 1. Контактные кольца или коллектор; 2. Система параллельных вяток; 3. Скользящий контакт между кольцом Сколлєкторон) и щетками.
Комплекс ДИАКОР позволяет контролировать параметры ТСТ с по-коиы> приборов ПРОФИЛЬ, КВАНТ. КВАРЦ. КОНТРОЛЬ, КИТ, ПИКОН. ИСКРА и БАРС.
Прибор ПРОФИЛЬ предназначен для контроля рельефа контактной поверхности коллектпг" С кольца). Прибор К2ЛНТ позволяет проводить яизуальный осмотр поверхностей тел вращения методом стробоскопического эффекта. Пг«Кор КВАРЦ предназначен для дистанционного измерения температуры в диапазоне от О до 500*С. Приборы КОНТРОЛЬ и КИТ служат для оценки качества токораспределения по щеткам с целью регулировки. Прибор ПИкон предназначен для измерения стабильности контактирования щетка с поверхностью. Критерием стабильности контактирования служит коэффициент относительной неустойчивости СКОН);
К « t /Т * 100 /. .
где t - вреня отрыва щетки от поверхности. Т - вреия измерения.
Ыстройство ИСКРА служит для постоянного контроля за уровнєі искрения в ТСТ. Прибор БАРС изнеряет напряженность элек-рическогс поля в диапазоне 0,5 пкВ/н - 100 В/н.
В четвертой главе рассмотрены результаты испытаний и внедрения комплекса ДИАКОР. На рис. 1 приведена профилограииа коллекторе генератора ГП-9500 Магнитогорского неталлургического конбината. снятая приборок ПРОФИЛЬ. Профилограииа позволяет определить биение 200 ики. западание и выступание отдельных пластин на 10-12 икн.'
Рис. 1. Профилограииа коллектора генератора ГП-8500.
Профилонетр используется и для контроля поверхностей КК турбогенераторов. На рис. 2 приведена профилограииа кольца ТГ ТВФ-60 Сакиарской T3U, на которой показана величина биения кольца 37 икн.
ЙЇ^1цам>'-»^діі«п&
Рис. 2. Профилограииа контактного кольца турбогенератора ТВФ-60.
Величина тенпературы поверхности коллектора СКЮ позволяет оценить степень равнонерности токовой и тепловой нагрузки. Прибор КВАРЦ-позволяет получить картину распределения тенпературы по поверхности в процессе работы ТСТ. Измерение распределения тенпературы проводилось на КК ТГ ТВВ-500 Сноленской АЭС. Поверхность КК условно разбивалась на 40 зон - 5 зон в аксиальной направлении и 8 - в тангенциальной. Результаты изнерений даны в таблице 1.
Таблица 1 Температура отдельных зон КК ТГ ТВВ-500, град. С.
Отрицательное кольцо Положительное кольцо
Результаты изнерений токов кзток ТСТ ТГ ТВВ-220 Кольской АЭС прибором КИТ приведены в таблице 2. В скобках даны значения токов после регулировки.
В таблице 3 дани результаты изнерений КОН щеток ТГ ТВВ-320 Харьковской ТЭЦ-5 приборон ПИКОН. Прочерк в клетках означает, что данные сеточные блоки в нонент изнерений установлены не были.
Такий образом, эксплуатация комплекса ШАКОР показала, что он позволяет объективно и с высокой точность» контролировать состояние систем токосъема крупных электрических иаїтін.
П;ТТі»Д_ГЛ5Н-% посвгкена разработка методики оценки состоянк:-. ТСТ. Это состояние яо^но описать уравнением рэгрэссии:
Y - fСЯ1. 12. ... , XtD.
где XI. Х2, .. , Кп - входные параметры (факторы), измеренные приборами, У - функция отклика, которая в данном случае представляет собой интегральную оценку состояния ТСТ электрический машины.
Основными паранетрами ТСТ электрической машины, которые могут быть измерены приборами комплекса ДИАКОР. являются:
Таблица 2 Результаты изперения токов Св Акперах) щеток ТГ ТВВ-220
Ряд Щетки положительного кольца Щетки отрицательного кольца
68(49) 78(59) 75(55) 80(78)
5(24) 0(41) 11(16) 6(16)
4(43) 15(35) 81(31) 79(67)
2(13) 0(8) 97С54) 76(68) 81С50) 0(28) 82С76) 88(47) 13С32) 80(61)
7С13) 95(68)
Таблица 3 КОН Св процентах) теток турбогенератора ТВВ-320
Ряд Шетки положительного кольца . Щетки отрицательного кольца
1.2 34 5 1 2 34 б
Б - состояние контактной поверхности коллектора Скольца), изперенное прибором ПРОФИЛЬ и выражающее в нкн уровень биения?
Т - степень неравионерности токораспределения в систеие параллельных шеток. изперенная приборами КОНТРОЛЬ или КИТ;
И - уровень искрения в ТСТ." измеренный УСТРОЙСТВОМ ИСКРА.
Параметр Т рассчитывается по Формуле:
* 100 /.
Іср
ток 1-я Еігтки. йг Іср - средний ток кеток. А: N - число щеток.
Т. к. зависимость состояния ТСТ от этих параметров нелинейна, іаиболее правильний будет применение математических моделей тимикативного вида. т. е. вида
al а2 аЗ
У еО нВ » Т «И
cD, al. s2. аЗ - неизвестные коэффициенты.
Считаем, что Фактора 0. Т. И - малозависимы и.варьируются на [ уровнях, обозначенных цифрами 5, 4, 3, 2 и 1. Состояние ТСТ !И оценивать тожв по пятибалльной каале следукшим образом: 5 -работает отлично? 4 - хорошо» 3 - удовлзтвори-єльно; 2 - не-ілетворительно; 1 - наататкая ситуация а ТСТ.
Уровни выбранных Факторов приведена в таблице 4.
Таблица 4.
іень ора
Чкслеяиое значение фактора
Биение, -нкн Текораспределение. 7. Искрение в баллах
Состояние ТСТ оценивается методом экспертных оценок. Опрос ієртов проводился в соответствии с оптимальной матрицей плани-шия. Каждый из 15 экспертов дал свое заключение о состоянии гейм токосъема по трем возможный сочетаниям факторов.
Полученная патенатическая модель имеет вид!
0.28 0.33 0.41 Ї - Б « Т «И
Статистическая оценка модели показала, что модель явл: статистически значимой и иожет быть использована при практичі оценках состояния ТСТ турбогенераторов.
Иастая глав» посвяшена внедрению методики оценки сості ТСТ и их классификации. В таблице 5 представлены данные о колі тве обследованных ТСТ турбогеї'.ераторов и соответствующих расчі значениях интегральной оценки состояния ТСТ. По данным этой т. цы на рис. 3 представлена зависимость интегральной оценки со ния ТСТ от мощности турбогенераторов.
Минимальными значениями интегральной оценки состояния при которых работа системы токосгена признается удовлетворите будут следующие!
?mlnl -3.6, Ymln2 3.4. тшІпЗ а 3.0.
Значения Факторов Б. Т. И. на основании которых был выл расчет Ymlnl. Ynln2 получены, исходя из требований различных тов инструкций по эксплуатации ТСТ. а УаІаЗ - на основании о экспертов - ведущих специалистов электростанций и энергосисте
Седьмая глава посвяшена разработке структурной схемы ав тизированной информационной системы диагностики состояния ТСТ нову этой систепм составляет диагностический комплекс ДИАКОР. линейный с пикроЭВН. Один из вариан-ов соединения приборов в тему показан на рис. 4.
Основные результаты настоящей диссертационной работы се ся к следующему: . .
1. Выполнен системный анализ проблем эксплуатации и тєхіі кого диагностирования ТСТ крупных электрических машин nepent и постоянпго тока. Выявлены основные Физические Факторы, ог ляювше состояние и работоспособность ТСТ»
Б - биение контактной поверхности;
К - СОСТОЯНИе КОНТаКТНОЙ ПОБеРХНОСТИ. определяемое ВИЗУс
С - тепловое состояние рабочей поверхности контактных кс
Т - степень равномерности токораспределения по щеткам;
" Таблица 5 "' олнке ланнкэ о количестве обследованных турбогенераторов и ответствуюших расчетных значениях интегральной оценки состояния
юность СКЗт) ло 120 160-220 320 500 800
пы обследованных ТВС-32 ТВВ-160 ТВВ-320 ТВВ-БОО ТЗВ-800
рбогеиераторов ТВФ-Є0 ТВВ-165 ТВВ-800
ТВФ-63 ТГВ-200
ТВФ-110 ТВВ-220.
ТВФ-120
личество, птух 7 21 1 2 5
елнезрифнетические значения интегральных оценок состояния ТСТ оложительнои полярности) Уср(+)
трицательной полярности) УсрС-Э
;ло настрояхк 4,3 4,2 4,1 4,6 4,5
гднеариФметическиз значения интегральных оиенох состояния ТСТ целом Yep
Настрой!!! 4,05 3.55 3,4 4.75 3.G5
ЗЛО ка.СТР0Я5!1 4,45 4,3 4.15 4.8 4,6
Уср *
| і I 1_ 1 *
ло 120 160-220 320 500 800 Р, ПВт
Рис. 3. Зависимость Уср от поиности турбогенераторов.
- 12-:-
э В м
кит-с
АЦП
Рис. 4. Структурн&я схем» азтоп&тизированной мнчюрпационной системы диагностики.
Ст - стабильность контактирования шаток с поверхностью;
И - уровень искрения в ТСТ.
2. Разработаны., изготовлены, отлажены и внедрены на пи предприятиях энергетики и черной петаллургии приборы диагност* кого комплекса ДИАКОР. предназначенного для оперативного и по янного контроля за состоянием ТСТ крупных электрических нашій прежде всего, турбогенераторов тепловых и атониых электростакп
В состзе комплекса ДИйКОР вкодят!
проТ>илсиєтр ПРОФИЛЬ, предназначенный пя и^иьрений рел рабочей поверхности коллекторов Сконтактных колец):
стробоскоп КВАНТ для визуального осмотра врііілюдихся верхностей;
инфракрасный тєрпонс гр КВАРЦ, для изнерений распредел тенператури по поверхности тел враиэния;
прибор КОНТРОЛЬ для точных изнерений токов электрошеток.
прибор КИТ для приближенных изнерений тонов щеток?
прибор ПИКОН для определения стабильности контактиров
ж с коллектором (контактный кольцом};
прибор БАРС для анализа радиочастотного сигнала излучений эне электрического скользящего контакта;
устройство ИСКРА для контроля уровня искрения в ТСТ.
Все вьнгеперечисленные приборы и устройства диагностического илекса ДИАКОР выполнены на современной элементной базе с примелем компонентов кикроэлектронной и микропроцессорной техники.
3. Выполнен, на основе методов научной организации -экспери-
га, комплекс исследований электромеханических характеристик ТСТ
урных об'ьектов. Результаты многочисленных экспериментов стотис-
зски обработаны, что позволило выявить основные закономерности
ииосвязанных физических процессов в ТСТ. Эти результаты, сов-
пю с экспертными оценками специалистов, позволили установить,
основными Факторами, влияпщими на состояние ТСТ. являются;
Б - биение контактной поверхности;
Т - степень Равномерности токораспределения по щеткам;
И - уровень искрения в ТСТ.
4. Исходя из анализа основных Факторов, влияющих на рмбото-
:обность ТСТ. была предложена мультипликативная математическая
эль интегральной оценки состояния ТСТ;
0,23 0.33 0.41 V » Б « Т «И
Данная математическая когель является статистически значимой эжет быть использована при практических оценках состояния на-ных ТСТ ТГ с Помощью приборов диагностического комплекса ДНАКОР.
Для удовлетворительной интегральной оценки состояния ТСТ бходимо. чтобы значения факторов 5, Т, И не превышали следующих дельных величин: Б - 200 мкм, Т - 100 Z. Н - 1,25 балла.
5. Применение математической модели интегральной оценки сос-
ния ТСТ позволило провести классификацию обследованных ТСТ в
исимости от мощности ТГ. Величина интегральной оценки состояния
У различных групп ТГ при примерно одинаковом уровне произеодс-и изготовления объясняется существенный влиянием на этот пока-
ель уровня эксплуатации и обслуживания.
Настройка ТСТ приводит к существенному возрастанию величины
игральной оценки состояния ТСТ V.
6. Определены минимальные значения интегральной оценки состо-
я ТСТ. при которых ее работа признается удовлетворительной:
» 3.6. Vnin2 3,4. УтіпЗ * 3.0.
Значения факторов Б, Т. И. на основании которых был выло расчет Yminl, min2 получены. исходя из требования разли пунктов инструкций по эксплуатации ТСТ, a YninS - на основ опроса экспертов - ведущих специалистов электростанций и знз систен, при условии, что значение фактора И будет не ненее 4.
7. Разработана структурная схена автоматизированной инФо иконной систепы диагностики состояния ТСТ. Внедрение систепы волит повысить надежность работы и качество эксплуатации ТСТ.
Диагностический комплекс ДИАКОР в комплекте с инфорпацио С а в дальнейшей и с управлявшей; никроЭВН пожєт быть реконенд для поставки на элек.тростанш'ч для оснащения как впервые ввод в эксплуатацию, так и уже действующих турбогенераторов.
