Х.2 Метод контроля неисправности ЩКА на основе улавливания повышенного искрения щеток

Х.1 Введение.

Щеточно-контактный аппарат (ЩКА) является слабым конструктивным узлом, требующим постоянного надзора и устранения возникающих дефектов без останова и изменения режима работы гидрогенератора. По характеру возникновения дефекты ЩКА классифицируются как перемежающиеся (многократно возникающие и самоустраняющиеся), внезапные (скачкообразное ухудшение одного или нескольких параметров) и постепенные (медленное ухудшение параметров).

В настоящее время на ГЭС проводят постоянный, не реже двух раз за смену осмотр ЩКА, тем не менее, значительная часть его отказов носит внезапный характер. Это указывает на то, что развивающийся дефект не выявляется при осмотре, или его развитие происходит за время, меньшее промежутка между двумя осмотрами. В любом случае во избежание аварий ЩКА на мощных гидрогенераторах необходим переход к непрерывному контролю его состояния. В процессе работы генератора в результате трения щеток и протекания тока на поверхности колец образуется пленка – политура, оказывающая положительное влияние на механические свойства трущейся пары щетка-кольцо и на электрические свойства скользящего контакта. Коэффициент трения щетки о кольцо существенно зависит от величины тока, проходящего через щетку, причем наибольшее значение он имеет при бестоковой работе щетки. Например, у щеток марки ЭГ-2АФ коэффициент трения в бестоковом режиме достигает значения 0,35, а при плотности тока 10 А/см ² он составляет 0,014, т.е. в 25 раз меньше. Для щеток марки 611ОМ значения коэффициента трения соответственно 0,15 и 0,04. Аналогичные соотношения наблюдаются и для скоростей износа щеток. При нормальной работе износ щеток за 1000 часов работы составляет от 1,5 до 8,5 мм для положительного полюса и от 1,5 до 16 мм для отрицательного полюса. При этом кольца истираются от 0,05мм до 0,4 мм (большие значения относятся к более мощным генераторам).

В процессе работы ЩКА находится под воздействием факторов, которые можно разделить на 3 класса: электрические, механические и атмосферные. Сочетания этих факторов могут приводить к возникновению разнообразных дефектов. Статистические данные показывают, что наиболее часто встречающиеся неисправности ЩКА – это загрязнение, износ и бой контактных колец, износ щеток, искрение щеток и повреждение щеткодержателей. Значительная часть отказов обусловлена повреждениями токоподвода в месте его крепления к щетке из-за недостатков технологии производства.

Сценарии развития этих дефектов, построенные на основе анализа повреждений ЩКА, показаны на рисунке 1, из которого следует, что любое нарушение в работе ЩКА сопровождается увеличением степени искрения щеток, поэтому регистрация искрения является лучшим способом контроля состояния ЩКА. Все другие методы имеют те или иные недостатки и, как показала практика, не обеспечивают безаварийную работу ЩКА.

Рис. 1. Сценарии развития дефектов ЩКА.

Разработанная аппаратура основана на регистрации высокочастотного электромагнитного шума, вызванного искрением ЩКА. Наносекундные импульсы искрения имеют широкий гармонический спектр – от 0 Гц до нескольких сот МГц. Однако при распространении импульсов по обмоткам цепи возбуждения фронты сглаживаются, и фактический диапазон частот их гармонических составляющих не превышает 10 МГц. В этом же диапазоне находится основная помеха от коммутаций тока возбуждения, поэтому простым выбором частоты настройки контролирующей аппаратуры от помехи отстроиться нельзя. В то же время задача подавления помехи является главной при контроле исправности ЩКА по степени искрения. В разработанной аппаратуре основным способом подавления является стробирование импульсов помехи, отсечка случайной помехи большой амплитуды, многократное интегрирование-сброс сигнала. Таким образом удается подавить не только систематическую помеху от коммутаций тока возбуждения, но и случайную внешнюю помеху.

Аппаратура состоит из датчиков, измерительного прибора и кабелей присоединения датчиков к прибору. Величина сигнала датчиков отображается на цифровом индикаторе измерительного прибора. В качестве датчиков используются два конденсатора емкостью С = 6800 пФ, U_р = 3 кВ, помещенные в металлических корпусах. В этих же корпусах находятся фильтры верхних частот с частотой среза 1 МГц. Датчики с помощью зажимов типа «крокодил» подключаются к поводкам щеток разных полюсов. Подключение датчиков к входу дифференциального усилителя прибора осуществляется двумя коаксиальными кабелями типа РК-75. Номиналы конденсаторов, индуктивностей и схема входных фильтров измерительного прибора выбраны с учетом согласования их сопротивлений с волновым сопротивлением кабеля. Конденсаторы связи одновременно служат для отстройки от постоянного напряжения обмотки возбуждения, поэтому их номинальное напряжение выбрано с учетом кратности форсировки. Дифференциальное подключение датчиков и низкое входное сопротивление усилителя делают кабельное присоединение практически нечувствительным к внешней помехе. Схема подключения аппаратуры к ЩКА генератора и полдачи сигнала на щит управления приведена на рисунке 2.

Поскольку искрение ЩКА – процесс хаотический, то и показания цифрового индикатора имеют значительный разброс. Однако, как показывает опыт применения аппаратуры, появление серьезной неисправности ЩКА вызывает увеличение степени искрения и, соответственно, показаний индикатора существенно превышающее разброс в нормальном режиме работы ЩКА. К тому же, появление и развитие неисправности длится несколько десятков минут в отличие от нормальных кратковременных колебаний показаний индикатора.

Таким образом, длительное, в течение нескольких десятков минут увеличение сигнала выше порогового значения является признаком появления неисправности и требует ревизии ЩКА. Величина порогового значения устанавливается на каждом конкретном генераторе экспериментально.

Многие генераторы сравнительно небольшой мощности (менее 200 МВт) имеют рабочее электромашинное возбуждение с коллекторным выпрямлением тока возбуждения. Щеточный аппарат возбудителей также требует постоянного надзора и устранения повышенного искрения, вызванного истиранием щеток, нарушением токораспределения по щеткам, повышенной вибрацией коллектора, загрязнением коллектора и т.п. Поскольку коллектор возбудителя электрически непосредственно связан с ЩКА генератора, то контролировать его состояние можно параллельно с состоянием ЩКА, т.е. срабатывание контрольной аппаратуры в случае электромашинного возбуждения может означать появление неисправности и ЩКА генератора и коллектора возбудителя.

Рис. 2. Схема подключения аппаратуры к ЩКА и панели управления гидрогенератором.

Дата добавления: 2017-01-14