Физико-химические свойства прогнозирования элементов электротехнического оборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 621.31                                        

При эксплуатации технического состояния устройств системы возбуждения гидрогенераторов и элементов электротехнического электрооборудования электростанции происходит процесс изнашивания (износа) и постепенное старение изоляции электротехнических материалов в процессе работы электротехнического электрооборудования, при этом степени интенсивности изнашивания (износа) и старения зависит от различных факторов. Степени интенсивности износа и старения электротехнических материалов, а также элементы изоляционной конструкции устройств системы возбуждения гидрогенераторов зависят не только продолжительности цикла работы и свойств электротехнических материалов, но также от механических воздействий, температуры окружающей среды и климатическое исполнения [1].

При этом на элементы электротехнического электрооборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов воздействует определенные факторы, обусловленные скоростью потерь эксплуатационных свойств и рабочих характеристик, воздействия каждого фактора на потерю определенных свойств подчинаются определенному закону. Так, влияние на скорость процессов старения изоляции электротехнических материалов и рабочей температуры можно выразить зависимостью скорости химической реакций от температуры по уравнению Вант Гоффа-Аррениуса.

Материалы и методы исследования

Элементы электротехнического электрооборудования в процессе работы подвергаются механическим напряжением как в процессе изготовления изделий элементов электротехнического электрооборудования а также поддержании рабочих параметров при эксплуатации, которые приводят к постепенному старению изоляции электротехнических материалов. Срок службы электрооборудования — это календарная продолжительность эксплуатации системы возбуждения и ее элементов до момента возникновения предельного состояния, регламентированного технической документацией и техническим параметром завода – изготовителя, концерна – изготовителя, фирм – изготовителя данной продукции или изделии электротехнической отрасли промышленности [2].

Уменшении минимального срока службы изоляции электротехнических материалов под воздействием механических напряжений а также изменение структуры элементов электротехнического материала должны подчинятся определенному закону.

В соответствии с формулой Жукова долговечность, напряжения материала и температура элементов изоляционного электротехнического материала должны иметь следующую зависимость:

т = т0 е г0

где, — долговечность; т о — постоянная; с — напряжение; 0 — абсолютная температура; г — газовая постоянная; Uq — энергия активизации разрушения при отсутствии механических напряжений; у — постоянная, характеризующая влияние структуры на распределение напряжений в материале.

Как показывает опыт эксплуатации элементов электротехнического электрооборудования, срок службы изоляции электротехнического материала значительно изменяется под воздействием механических напряжений и температуры окружающей среды, но также изменяется под воздействием других факторов. Происходящие в изоляции элементов электротехнического электрооборудования физические и химические процессы должны строго подчиняются определенному закону, что обуславливают возможность с определенной степенью точности заранее предсказать (прогнозировать) на основании полученных данных соответствующих измерений в процессе работы данных устройств системы возбуждения гидрогенераторов, а также техническое состояние изоляции элементов электротехнического электрооборудования.

Как показывает эксплуатационные характеристики и технические параметры устройств системы возбуждения гидрогенераторов. Износ элементов электротехнического электрооборудования, это износ данных элементов как произведения сил нормального давления на коэффициент трения и путь действия сил трения. Которые в свою очередь каждый из множителей зависит от ряда факторов работы элементов электротехнического электрооборудования. Сила нормального давления зависимт в основном от нагрузки гидрогенераторов или от режима работы электроэнергетической системы. Коэффициент трения зависит от состояния поверхности трения и качества материалов электротехнического электрооборудования гидрогенераторов. Путь действия сил трения в основном зависит от продолжительности работы гидрогенераторов при заданных режимах электроэнергетической системы. На положение должно распространяться и механические узлы, детали, блоков и суб–блоков элементов электротехнического электрооборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов.

Таким образом, физические и химические процессы изменения свойств и размеров узлов, деталей, блоков и суб-блоков механической части элементов электротехнического электрооборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов. Должны подчиняться определенному закону и их технические состояние с определенной точностью можно прогнозировать для сохранения в рабочее способном состояние технических параметров и рабочих характеристики устройств системы возбуждения гидрогенераторов.

Результаты исследования

Прогнозировать техническое состояние элементов электротехнического электрооборудования в устройстве системы возбуждения гидрогенераторов, то есть процесс предсказания изменения технических параметров и рабочих характеристик заранее определенное время неисправности и дефектов в процессе работы данного электротехнического электрооборудования в ближайшее период, является очень сравнительно трудной технической задачей в работе энергетической и электротехнической системы. Это связано с тем, что на элементов электротехнического электрооборудования и на их техническое состояние, рабочие характеристики влияет сочитание большого числа факторов, котороые необходимо учесть в процессе эксплуатации рабочих параметров устройств системы возбуждения гидрогенераторов [3-6].

По условиям технологии изготовления в производстве электротехни-ческой промышленности узлов, деталей, блоков, суб-блоков устройств системы возбуждения гидрогенераторов должны иметь определенные технические допуски по размерам, химическому и структурному составу электротехнических материалов. Все эти факторы оказывает влияние на этапы интенсивности износа или старения узлов, деталей, блоков, суб –блоков. При этом также необходимо учесть, процессы этапа проведения вида и периодичности технического обслуживания устройств системы возбуждения гидрогенераторов регламентированных заводом — изготовителем или фирм — изготовителем данной продукции, которые также влияют на этапы интенсивности износа или старения. Если виды и периодичности технического оборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов проводятся нерегулярно или вообще не проводятся в организациях или на предприятиях электроэнергетической системы по обслуживанию долговечности, работоспособности гидрогенераторов, то скорость и темпы износа или старения узлов, деталей, блоков, суб–блоков устройств системы возбуждения гидрогенераторов в значительной мере увеличиваются и темпы износа, процессы старения могут быстро достигают своих предельных значений регламентируемых заводом — изготовителем или фирм — изготовителем данной электротехнической продукции. В результате этого все перечисленные выше факторы влияют на достоверность и получения истинных технических параметров прогнозирования работы элементов электротехнического электрооборудования.

При этом надо учесть те факторы, что разработанные до настоящего времени методы, средства прогнозирования не дают возможности достоверно предсказывать внезапные отказы, то есть отказы характеризующиеся скачкообразным изменением параметров состояния узлов, деталей, блоков, суб-блоков элементов электротехнического оборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов до предельного критического значения. Прогнозировать с определенной степенью точности можно только постепенные отказы, хкрактеризующиеся постепенным изменением параметров технического состояния и обусловленными износом или старением элементов электротехнического материала в процессе функцирования и работы устройств системы возбуждения гидрогенераторов.

Износ или старение элементов электротехнического оборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов, это процессы, характеризующие изменение технического состояния работы элементов электротехнического электрооборудования во времени. Данные явления или процессы отражают изменения, происходящие в элементах электротехнического оборудования и приводящие к ухудшению свойств и рабочих характеристик. Данные ухудшения свойств и рабочих характеристик при эксплуатации обусловленные наличием детерминированной (определяющей) составляющей в процессах износа или старения узлов, деталей, блоков, суб–блоков элементов электротехнического электрооборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов. Влияние большого числа различных факторов приводят к ускорению или замедлению процессов износа или старения во времени, то есть накладывает на процесс случайную составляющую котоое может быть образовано в процессе работы устройств системы возбуждения гидрогенераторов. Влияние каждой из составляющей для каждого конкретного случая может быть преобладающим, что должно отражаться на характере процесса износа или старения.

Основной задачей путей решения прогнозирования является определение остаточного ресурса элементов электротехнического электрооборудова-ния. Задачами прогнозирования в процессе эксплуатации элементов электротехнического электрооборудования являются: сокращение трудоемкости и стоимости монтажных, наладочных а также проверочных работ, выполняемых при проведении профилактического восстановления, профилактического контроля согласно вида и периодичности технического обслуживания устройств системы возбуждения гидрогенераторов, так как оно проводятся только при необходимости, то есть при исчерпании ресурсов деталей, узлов, блоков, суб-блоков; определение сроков монтажных, наладочных а также проверочных работ, а при полной выработке ресурсов то есть сроков замены элементов электротехнического электрооборудования; определение потребного числа запасных частей; сокращение сроков нахождения не реально элементов электротехнического электрооборудования в ремонте (так как требуется корректировка элементов, узлов, блоков, суб-блоков которые могут подлежать ремонту или замену исходя из непригодности для дальнейшей эксплуатации); установление сроков (вида и периодичности) проведения диагностирования находящихся в эксплуатации электрооборудования; проверка качества выполнения монтажных, наладочных а также проверочных работ.

В соответствии с ГОСТ 13377–75 «Надежность в электротехнике. Термины и определения» , ресурс — это наработка элементов электротехнического электрооборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов от начала эксплуатации или ее возобновления после проведения профилактического восстановления, профилактического контроля до наступления предельного состояния, то есть, когда дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена исходя из требований техники безопасности для электротехнического электрооборудования гидрогенераторов.

При достижении предельного состояния узлов, деталей, блоков, суб–блоков элементов электротехнического электрооборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов подлежать профилактического восстановления, профилактического контроля (то есть, ремонту согласно виду и периодичности технического обслуживания) или поэтапному списанию вышедшего из строя элементов электротехнического электрооборудования.

Ресурс работы элементов электротехнического электрооборудования, то их периоды отказа или угроза отказа наступает по вине одной или двух деталей, узлов, блоков, суб– блоков, что связано с нереальной прочностью и разной износостойкостью узлов, деталей, блоков, суб–блоков элементов электротехнического электрооборудования.

При создании конструкций элементов электротехнического электрооборудования должна быть предусмотрено меры для несложной замены части быстроизнашивающихся деталей, узлов, блоков, суб–блоков, например, щеток контактных колец гидрогенераторов, которые можно заменить при техническом обслуживании согласно виду и периодичности устройств системы возбуждения гидрогенераторов.

Для замены узлов, деталей, блоков, суб–блоков элементов электротехнического электрооборудования, которые полностью исчерпали свой ресурс работы электрооборудования требуется процесс разборки поэтапно исходя из пригодности данного устройства к дальнейшей эксплуатации. После процесса замены или проведения ремонта согласно вида и периодичности технического обслуживания узлов, деталей, блоков, суб– блоков исчерпавший свой ресурс работы элементов электротехнического электрооборудования устройств системы возбуждения гидрогенераторов. Данные устройства гидрогенераторов вновь становится работоспособной и имеют определенный запас времени работы элементов электротехнического электрообрудования до следующей угрозы потери работоспособности или выхода из строя элементов электротехнического электрооборудования.

В электроэнергетической системе при определении технического состояния и рабочих характеристик элементов электротехнического электрооборудования используется термины, как до ремонтный, межремонтный, остаточный и использованный ресурс. До ремонтный ресурс характеризуется наработкой нового электрооборудования электрической машины (гидрогенератора) от начала эксплуатации до первого ремонта (профилактического контроля), а межремонтный характеризуется наработкой между ремонтами (профилактическими контролями) для поддержания технических параметров. При прогнозировании должны учитываться остаточный ресурс, то есть наработка элементов электротехнического электрооборудования от момента диагностирования (контроля, предсказания событий) до предельного состояния, оговоренного технической документацией, определенной заводом — изготовителем или фирм — изготовителем данной электротехнической продукции или изделия. Использованный ресурс характеризуется наработкой элементов электротехнического электрооборудования после изготовления или ремонта (профилактического контроля) до момента диагностирования (контроля, предсказания событий) [4].

Определение остаточного ресурса элементов электротехнического электрооборудования позволяет объективно определить моменты необходимости ремонтного (профилактического контроля) воздействия, которые отвечают наиболее полному использованию ресурса узлов, деталей, блоков, суб – блоков, регламентированных заводом – изготовителем или фирм — изготовителем для конкретного электротехнической продукции или изделия.

Для ориентировочного сравнения технического состояния и рабочих характеристик элементов электротехнического электрооборудования диагностируемой гидрогенераторов, которые характеризуется различными диагностическими параметрами и рабочими характеристиками, можно использовать понятия коэффициента технического ресурса. С помощью этого коэффициента технического ресурса можно оценивать остаточный ресурс узлов, деталей, блоков, суб – блоков элементов электротехнического электрооборудования. Для параметров абсолютного значения, которые увеличиваются в процессе эксплуатации элементов электротехнического электрооборудования. Коэффициент технического ресурса вычисляются по формуле:

Rост = (Пп – Пи) / (Пп – Пн)

где, Пп — предельное значения параметра; Пн — номинальное значения параметра; Пи — измеренное значения параметра.

Если в процессе эксплуатации значение параметра уменьшается, то тогда коэффициент остаточного ресурса определяется выражением:

R ост = ( П и – П н ) / ( П н – П п )

Для нового элемента электротехнического электрооборудования узлов, деталей, блоков, суб–блоков электрической машины (гидрогенератора) Rост=1, а для полностью исчерпавших свои ресурсы Rост=0. С наибольшей точностью коэффициент ресурса характеризуется техническое состояние или рабочие характеристики элементов электротехнического электрооборудования диагностирования (контроля, предсказания событий), когда измеряемый диагностический параметр изменяется в процессе эксплуатации по линейному закону.

Выводы

• 1.    Внедрения параметров средств диагностирования и мониторинга, а также необходимо для определения рабочих характеристик, а также технического состояния элементов (блоков, модулей, блок–модулей) электрооборудования в устройстве системы возбуждения гидрогенераторов находящихся в эксплуатации.

• 2.    Выявление на ранней стадии признаков неисправности (дефекта) его масштабы разрушения, место нахождения и расположения, причины появления данных признаков неисправностей (дефектов). Все это необходимо для правильного (достоверного) анализа и принятия решения о последующей работе устройств находящихся в условиях эксплуатации оборудования (выводе в ремонт для проведения ремонтно-восстановительных работ, а также для дополнительного проведения обследования устройств и системы, а также для продления в эксплуатацию оборудования после получения заключения о техническом состоянии и рабочих характеристик).