ОБОРУДОВАНИЕ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Обеспечение надежности турбогенераторов в процессе эксплуатации во многом связано с применением методов и средств технической диагностики для обнаружения дефектов и неисправностей. Техническая диагностика как научная дисциплина основана на теории распознавания и теории контролеспособности. Обе теории взаимосвязаны друг с другом.

Теория распознавания используется для построения диагностических моделей объектов диагностирования, а также для разработки алгоритмов распознавания и правил принятия решений. Алгоритмы распознавания дефектов и неисправностей узлов и деталей турбогенераторов должны быть обязательной составной частью любой ин- формационно-диагностической системы, поскольку анализ изломов, трещин, пробоев, разрывов и других нарушений является подчас единственным методом, который может дать достаточно полное представление о ходе развития повреждения в электрической машине.

Любой дефект генератора отображается в на- учной и технологической практике в двух взаимосвязанных формах. Первой формой является информационное описание дефекта (неисправности), зафиксированное в акте расследования технологического нарушения или в протоколе определения причины повреждения. Второй формой является информация, получаемая в результате анализа первичных документов. Организации и предприятия электроэнергетики, в том числе ОАО “ВНИИЭ”, накопили большой объем данных о тысячах таких дефектов (неисправностей), причинах их возникновения, мероприятиях по их предупреждению и устранению.

До настоящего времени систематизированная информация по дефектам и неисправностям генераторов и крупных электрических машин, прежде всего в виде фотографий и рисунков, практически была недоступна для персонала электростанций, энергосистем, ремонтных и инженерно-диагнос- тических организаций. В работах, посвященных проблеме диагностирования технического состояния генераторов, таких как [1 – 3], а также в зарубежных изданиях вопросы оптической идентифи-

кации дефектов и неисправностей не рассматривались. В то же время в отрасли ощущалась потребность в пособии, которое позволяло бы однозначно определять дефекты и неисправности по их фотографическому изображению, не допуская двойственного толкования.

Задача была решена путем создания атласа в виде систематизированного сборника фотографий дефектов и неисправностей турбогенераторов с сопроводительной информацией, включающей предысторию и причину их возникновения, диагностические параметры и признаки, а также методы их обнаружения.

Атлас имеет своей целью дать персоналу эксплуатирующих и ремонтных организаций электроэнергетики, а также персоналу инженерно-диагно- стических центров, по возможности, достаточно полные наглядные и нормативные сведения (по состоянию на 2004 г.) о дефектах и неисправностях турбогенераторов. Это позволит персоналу правильно определять причину повреждения и обоснованно проводить дефектацию машин.

Фотоархив создавался во ВНИИЭ в течение 1990 – 2004 гг., для чего разработчик атласа (автор статьи) производил фотосъемку во время всех своих работ на турбогенераторах многих электростанций, а также при лабораторных исследованиях поврежденных деталей. Промежуточные результаты работы в процессе накопления фактиче- ских материалов по дефектам и неисправностям турбогенераторов были доложены слушателям Первой и Второй специализированных школ-се- минаров, проведенных ОАО “ВНИИЭ” и НТЦ “ЭНАС” в 2000 и 2001 гг. Большую помощь в создании атласа оказали специалисты ОАО “Свердловэлектроремонт”.

Атлас выполнен на электронном носителе по цифровой технологии. Пользователь легко может изменять у фотографий масштаб, контрастность и яркость изображения, а также преобразовывать позитивное изображение в негативное для изуче- ния его деталей. Объем документа составляет около 40 Мбайт.

Термины и определения. Различают два основных вида технического состояния машины:

исправное и неисправное. В свою очередь, неисправное состояние подразделяют на работоспособное, неработоспособное и предельное. Неисправное состояние возникает при образовании в изделии дефекта. Согласно ГОСТ 15467–79* [4] дефект – это каждое отдельное несоответствие изделия требованиям, установленным технической и нормативной документацией. Иными словами, если какой-либо узел или деталь генератора имеет дефект, то это означает, что один из показателей или параметров качества вышел за предельное значение. Следует иметь в виду, что у каждого генератора есть несколько дефектов. В электроэнергетике не принято называть оборудование, имеющее один или несколько малозначимых дефектов, которые не препятствуют его нормальной дальнейшей эксплуатации, неисправным, поскольку оно работоспособно. Поэтому в атласе термином “неисправность” названо неработоспособное или предельное технические состояния узла или детали.

Структура атласа. Дефекты и неисправности в атласе систематизированы по следующим узлам и системам турбогенераторов: обмотка статора, активная сталь статора, ротор, щит, газоохладитель, системы водяного охлаждения обмоток статоров и роторов. Рассмотрены также дефекты и неисправности, возникающие из-за попадания посторонних предметов в активную зону турбогенераторов.

Всего размещено на электронном носителе 350 фотографий. В атласе приведено 112 описаний конкретных дефектов и неисправностей. Каждое из них содержит: название дефекта или неисправности и их порядковый номер в атласе; перечень диагностических параметров и признаков, по которым определяется данный дефект или устанавливается неисправная деталь; критерий недопустимости наличия дефекта и неисправности; при- чины образования; возможные последствия возникновения дефекта и неисправности; методы выявления; примеры и обстоятельства обнаружения с указанием типа генератора, года его изготовления и ввода в работу, краткой предыстории генератора.

Раздел “Дефекты и неисправности обмотки статора” содержит фотографии и описания 55 дефектов и неисправностей: изоляции стержней, головок и соединительных шин; элементарных проводников, в том числе полых, и их паяных соединений; системы крепления обмотки.

Раздел “Дефекты и неисправности сердечника статора” содержит фотографии и описания девяти дефектов и неисправностей: изоляции сегментов активной стали, металла сегментов активной стали, стяжных призм.

Раздел “Дефекты и неисправности ротора” содержит фотографии и описания 33 дефектов и неисправностей: изоляции обмотки, меди обмотки и ее паек, системы крепления обмотки, токоподвода,

лопаток осевого вентилятора, контактного кольца, бандажного кольца.

Раздел “Дефекты и неисправности щитов” содержит фотографии и описание одного дефекта: установка по окончании ремонта нестандартизированных (самодельных) стопорных шайб для крепления диффузора к щиту.

Раздел “Дефекты и неисправности газоохладителей” содержит фотографии и описания четырех дефектов и неисправностей: оставление заусенцев на трубках между охлаждающими ребрами, закупорка и отпотевание трубок; ослабление узла крепления водяного коллектора.

Раздел “Попадание постороннего предмета в активную зону турбогенератора” содержит фотографии и описания пяти дефектов и неисправностей из-за попадания предмета: в лобовые части обмотки статора, в паз статора, в лобовые части обмотки ротора, в зазор между статором и ротором.

Раздел “Нарушение качества дистиллята, охлаждающего обмотки статора и ротора” содержит фотографии и описания пяти основных случаев. К ним относятся: попадание в дистиллят частиц ржавчины, сварочного грата, резины, паронита, стружки нержавеющей стали, продуктов растворения латунных деталей (сеток, трубок и др.)

Далее приведены описания некоторых дефектов или неисправностей из каждого раздела атласа.

Трещины и разрыв элементарного проводника в стержне обмотки статора. Диагностиче- ские признаки, параметры: наличие устья трещины; перегрев собственной изоляции и корпусной изоляции непосредственно в месте разрыва; уровень и характерный спектр частичных разрядов.

Критерий значимости дефекта и неисправности: трещины и разрывы элементарных проводников не допускаются.

Причины образования: металлургический дефект; усталость металла под действием вибрации.

Возможные последствия неисправности: вибрация обломанных концов проводника, истирание корпусной изоляции и ее пробой на землю; перегрев изоляции и ее пробой на землю; течь полого проводника.

Методы выявления: измерение сопротивления обмотки постоянному току; испытания повышенным напряжением; измерение частичных разрядов; микроскопические исследования проводника

âместе повреждения после его выпиливания из пробившегося стержня.

Ïр и м е р ы о б н а р у ж е н и я . Турбогенератор типа ТВВ-200-2А изготовлен в 1977 г., введен

âработу в 1978 г. Изоляция обмотки статора – слюдотерм. За время эксплуатации обмотка статора не пробивалась, стержни не заменялись, течей полых проводников не возникало. Газовая ловушка не работала. Дефект обнаружен в 2003 г. по появлению воды в УЖИ (указатель уровня жидкости) и в дренажах статора после останова энерго-

блока в резерв. После выемки стержня из статора и снятия корпусной изоляции была обнаружена трещина на сплошном верхнем элементарном проводнике (ðèñ. 1), после чего столбец токоведущей части был доломан легким покачиванием наконеч- ника (ðèñ. 2).

Генератор ТВВ-200-2А изготовлен в 1971 г., введен в работу в 1972 г. В 1986 г. во время среднего ремонта из-за течи воды вблизи наконечника со стороны “В” стержень ¹ 19В был заменен стержнем с термореактивной изоляцией. После замены новый стержень ¹ 19В проработал 3 года до оче- редного капитального ремонта и в 1989 г. был заменен также из-за течи дистиллята в том же месте. Исследование токоведущей части стержня в месте повреждения, обнаруженного в 1989 г., показало, что течь возникла в результате усталостного излома полых и сплошных элементарных проводников на 3 7 высоты столбца.

Генератор ТВВ-800-2ЕУЗ изготовлен в 1989 г., введен в работу в 1993 г. Изоляция обмотки статора – слюдотерм. За время эксплуатации произошли следующие события:

во время капитального ремонта в 1998 г. при осмотре было обнаружено значительное ослабление системы крепления лобовых частей обмотки статора (самовывинчивание десяти стальных шпилек, ослабление стяжки трех кронштейнов лобовых частей, ослабление четырех распорных узлов вблизи нажимных пальцев сердечника статора;

во время работы в 1999 г. произошел обрыв двух термометров сопротивления, затем спустя 7 мес – еще двух термометров; несмотря на указание заводской инструкции об останове генератора в случае обрыва трех и более термометров машина продолжала работать);

спустя 45 сут. после обрыва четвертого термометра генератор отключился от сети действием защиты от замыкания на землю из-за истирания изоляции лобовых частей деталями распорных узлов; кроме того, эти же детали оборвали проводники указанных ранее термометров;

спустя 29 сут. после отключения генератора (за это время машина остыла) при опрессовке обмотки статора в 2000 г. смесью воздуха и фреона было обнаружено нарушение герметичности всех 14 полых проводников нижнего стержня.

Исследования, проведенные в 2002 г. после выемки поврежденного стержня из статора и снятия корпусной изоляции, показали, что нарушение герметичности произошло из-за образования и развития усталостных трещин в проводниках. Усталостные трещины проросли и в сплошных элементарных проводниках.

Повреждение изоляции и металла сегментов активной стали заклепками. Диагностиче- ские признаки, параметры: медленное нарастание температуры крайних пакетов зубцов èç-çà повышенных потерь при нормированных испытаниях активной стали при кольцевом намагничивании; повышенное значение магнитного потенциала при испытании активной стали методом кольцевого намагничивания.

Критерий значимости дефекта и неисправности: дефект недопустим.

Причины образования: нарушение технологии установки заклепок, соединяющих два сегмента с нажимными пальцами (не полностью утопленные заклепки).

Возможные последствия неисправности: повышенный нагрев и, как следствие, пробой изоляции; излом сегментов; “пожар железа”.

Методы выявления: испытания на потери и нагрев методом кольцевого намагничивания индукцией 1,4 Т с применением тепловизора; измерение магнитного потенциала при кольцевом намагничи- вании активной стали малой индукцией.

П р и м е р о б н а р у ж е н и я . Турбогенератор типа ТГВ-300 изготовлен в 1968 г., введен в работу в 1970 г. Дефект был обнаружен во время капитального ремонта по потекам расплавившейся и застывшей электротехнической стали после демонтажа из статора нижнего стержня, пробившегося при испытаниях повышенным напряжением. Исследование места повреждения во время расших-

2 /

товки сердечника статора показало, что его причи- ной явилась невнимательность заводских рабочих, производивших соединение нажимных пальцев с двумя крайними сегментами электротехнической стали при помощи заклепок.

В генераторах заводов “Электротяжмаш” и “Электросила” применяют, так называемые, нажимные сегменты, которые передают усилие от нажимных колец через нажимные пальцы и крайние пакеты на сердечник статора. Фиксируют нажимные пальцы на зубцах активной стали при помощи заклепок, для чего в каждом пальце в зоне спинки активной стали рассверливают по три пары глухих отверстий. В двух наложенных друг на друга нажимных сегментах пробивают соответствующие отверстия и скрепляют с нажимными пальцами заклепками. Заклепка осаживается плоской обжимкой, при этом края отверстия сегментов и затылок заклепки обжимаются по зенкованной в отверстии нажимных пальцев фаске. При внимательном выполнении этой операции заклепка оказывается заподлицо с поверхностью сегмента. В противном случае заклепка выступает над поверхностью приклепанных сегментов и будет при прессовании сердечника деформировать стальные сегменты крайних пакетов, механически повреждая при этом пленку лака (или стеклотекстолитовые сегменты-вырубки, применяемые в статорах генераторов типа ТГВ-300). В рассматриваемом случае повреждение изоляции сегментов активной стали привело к, так называемому, “пожару железа” (ðèñ. 3). Нарушение технологии установки заклепок приводит также к возникновению трещин в сегментах (ðèñ. 4).

Омеднение скосов подклиновых прокладок. Диагностические признаки, параметры: синий и фиолетовый переливающиеся цвета пятен на поверхности; снижение сопротивления изоляции обмотки ротора.

1 . + :

увеличено, справа видна усталостная трещина в сегменте, слева – выступание заклепки над сегментом

Критерий значимости дефекта и неисправности: работа ротора с омеднением скосов подклиновых прокладок не допускается.

Причины образования: низкая скорость прохода водорода в вентиляционном канале, перегрев витков, диффузия микрочастиц меди и ее оксидов

âпограничном слое водорода, возникающая при обтекании газом поверхностей прокладок.

Возможные последствия неисправности: стойкое снижение сопротивления изоляции; пробой при испытании повышенным напряжением.

Методы выявления: эндоскопический контроль; визуальный осмотр подклиновых прокладок после их выемки из ротора.

Ïр и м е р ы о б н а р у ж е н и я . Турбогенератор типа ТВВ-200-2А изготовлен в 1974 г., введен

âработу в 1975 г. За время эксплуатации обмотка ротора не пробивалась, витковые замыкания не возникали. Дефект обнаружен во время капитального ремонта 2001 г. в виде электропроводящих пятен на скосах подклиновых прокладок (ðèñ. 5), когда долго не удавалось понять причину устойчи- вого снижения сопротивления изоляции обмотки

5 ! # ! 4 ! 4

+ + # :

видна косая трещина

G # " /

+ :

700-кратное увеличение

ротора. Микрорентгеноспектральный анализ пятен показал, что они являются металлизированными пленками на основе меди (ðèñ. 6). Следует отметить, что во время останова генератора, например, в резерв, данный дефект при измерении сопротивления изоляции может быть идентифицирован как металлическое замыкание обмотки на корпус ротора. Это неизбежно приводит к выкатке ротора из статора для устранения нарушения.

Турбогенератор типа ТГВ-300 изготовлен в 1974 г., введен в работу в 1974 г. За время эксплуатации обмотка ротора не пробивалась, витковые замыкания не возникали. Дефект обнаружен во время капитального ремонта 2002 г. в виде электропроводящих пятен на внутренней поверхности вентиляционных отверстий подклиновых прокладок, когда по одному из них произошел пробой при высоковольтных испытаниях обмотки ротора. Медные пятна образовали также ореол на наружной поверхности широкой грани прокладки вокруг вентиляционных отверстий.

Заусенцы между охлаждающими алюминиевыми ребрами. Диагностические признаки, параметры: тонкая узкая алюминиевая стружка в зазо-

E . + ;# +$+$

F -+ & "+$

ре между охлаждающими ребрами; наличие оторвавшихся заусенцев в загрязнении лобовых частей обмотки ротора; наличие капель алюминия на изоляционных деталях обмотки ротора в месте виткового замыкания, приведшего к оплавлению витков.

Критерий значимости дефекта и неисправности: работа газоохладителей с заусенцами между охлаждающими алюминиевыми ребрами не допускается.

Причины образования: нарушение технологии раскатки ребер на трубках, конкретно – непроведение очистки от заусенцев.

Возможные последствия неисправности: витковое замыкание в обмотке ротора.

Методы выявления: осмотр.

П р и м е р ы о б н а р у ж е н и я . Турбогенератор типа ТВВ-800-2ЕУЗ изготовлен в 1986 г., введен в работу в 1987 г. За время эксплуатации какие-либо дефекты или неисправности не выявлялись. Дефект был обнаружен во время внепланового ремонта в 1999 г., проведенного из-за возникновения виткового замыкания, сопровождавшегося оплавлением витков и выгоранием витковой изоляции (ðèñ. 7). На пластине витковой изоляции в зоне замыкания были обнаружены застывшие капли расплавленного алюминия.

Попадание постороннего предмета в лобовые части ротора. Диагностические признаки, параметры: повышенная вибрация ротора, повышенный нагрев обмотки ротора.

Критерий значимости дефекта и неисправности: дефект недопустим.

Причины образования: нарушение технологии монтажа; нарушение технологии ремонта.

Возможные последствия неисправности: замыкание в обмотке ротора.

Методы выявления: эндоскопическое обследование.

П р и м е р ы о б н а р у ж е н и я . Турбогенератор типа ТВВ-800-2ЕУЗ изготовлен в 1988 г., введен в работу в 1988 г. Дефект был обнаружен во время капитального ремонта 2001 г. при эндоско-

пическом обследовании лобовых частей обмотки ротора. Комок упаковочной бумаги (ðèñ. 8), установленный в отверстие звездочки вала ротора на заводе при упаковке, попал в лобовые части обмотки ротора из-за невнимательности монтажного персонала (ðèñ. 9).

Попадание в дистиллят стружки нержавеющей стали. Диагностические признаки, параметры: наличие в рабочем зазоре магнитного фильтра частиц стружки нержавеющей стали; нали- чие хрома и никеля в спектре химического состава стружки.

Критерий значимости дефекта и неисправности: дефект недопустим.

Причины образования: задевание рабочего колеса о корпус в насосе охлаждения обмоток.

Возможные последствия неисправности: образование закупорки в полом проводнике и возникновение язвенной коррозии; возникновение течи в полом проводнике.

Методы выявления: микроскопический и микрорентгеноспектральный анализ частиц, снятых с сетки механического фильтра и изъятых из зазора магнитного фильтра.

П р и м е р о б н а р у ж е н и я . Турбогенератор типа ТВВ-500 изготовлен в 1983 г., введен в работу в 1984 г. За время эксплуатации многократно устраняли течи полых проводников или заменяли стержни. Дефект был выявлен во время капитального ремонта 2000 г. при микроскопических исследованиях частиц, обнаруженных на сетке механического фильтра (ðèñ. 10).

Выводы

1.Атлас дефектов и неисправностей турбогенераторов создан на основе сбора, обработки, анализа и систематизации фактических данных об авариях, повреждениях и неисправностях турбогенераторов за период 1990 – 2004 гг.

2.Атлас состоит из фотографий, как правило, цветных и описаний 112 дефектов и неисправностей. На электронном носителе размещены 350 фотографий. Объем информации составляет около 40 Мбайт.

3.Описания дефектов и неисправностей в Атласе включают в себя диагностические параметры

èпризнаки каждого дефекта и неисправности, критерии опасности, причины и последствия возникновения, методы обнаружения.

Список литературы

1.Обнаружение дефектов гидрогенераторов Под ред. Мамиконянца Л. Г., Элькинда Ю. М. М.: Энергоатомиздат, 1985.

2.Цветков В. А. Диагностика мощных генераторов: Монография. М.: НТЦ “ЭНАС”, 1995.

3.Кулаковский В. Б. Работа изоляции в генераторах: Возникновение и методы выявления дефектов. М.: Энергоиздат, 1981.

4.ÃÎÑÒ 15467–79* (Ст. СЭВ 3519–81). Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990.