16. Адаптация системы вибромониторинга и оперативной диагностики к электрогенерирующим установкам роторного типа

К наиболее сложным для диагностики следует отнести электрогенерирующие установки. В качестве привода в электрогенерирующих установках роторного типа может использоваться либо высокооборотная турбина – газовая или паровая, при необходимости совместно с понижающей механической передачей, либо низкооборотная гидротурбина или ветротурбина, при необходимости с повышающей механической передачей. Такая установка, как правило, работает на стабильной частоте вращения, и в большинстве случаев рассматривается как однорежимная. Но достаточно часто при решении диагностических задач приходится учитывать и ее «многорежимность», как функцию электрической нагрузки на генератор. Причинами сильной зависимости вибрации от нагрузки чаще всего являются отклонения от регламентированных свойств используемых материалов и комплектующих, нарушения технологических операций изготовления и сборки, а также естественный износ или развитие дефектов отдельных узлов в процессе эксплуатации.

Использование в качестве диагностического сигнала тока в силовых обмотках электрогенератора переменного тока или в обмотке возбуждения его ротора актуально, если количество пар полюсов генератора более двух, так как в этом случае позволяет оценивать разброс электрических и магнитных характеристик как функцию угла поворота ротора. Диагностика по току возможна и при использовании асинхронных электрогенераторов, но в типовых двухполюсных синхронных генераторах основная диагностическая нагрузка ложится на сигналы вибрации.

Адаптировать систему мониторинга состояния и диагностики приходится индивидуально к каждому типу установок. В работы первого этапа адаптации системы входит составление списка типовых дефектов каждой составной части установки, их диагностических признаков и точек контроля, где эти признаки проявляются наиболее отчетливо. Результатом работы является матрица диагностических признаков из числа контролируемых системой параметров, с коэффициентами их взаимовлияния.

На втором этапе работ в рамках адаптации системы диагностики по результатам анализа накопленных измерений решаются три основные задачи. Первая – оценка необходимости перевода системы на алгоритмы «многорежимного» мониторинга состояния с последующим подключением средств независимого измерения требуемых системой параметров текущего режима. Вторая – анализ обнаруживаемых трендов изменения контролируемых параметров на определенных режимах с целью корректировки алгоритмов адаптации пороговых значений в системе мониторинга состояния. Третья – оптимизация матрицы диагностических признаков с учетом коэффициентов взаимовлияния, корректируемых по данным накопленных измерений.

Особенности адаптации системы мониторинга и оперативной диагностики к энергетической установке наглядно представлены на примере газотурбинного электрогенератора мощностью до 7МВт, схема которого представлена на рис 9.

Рис.9. Схема электрогенерирующей установки с газотурбинным двигателем, планетарным понижающим редуктором и четырехполюсным синхронным генератором. Точками показаны места установки 15 датчиков вибрации и одного (№16) датчика тока

Для рассматриваемой энергетической установки был разработан индивидуальный диагностический модуль, позволяющий выявлять следующие группы дефектов:

• дисбаланс ротора двигателя и генератора,
• несоосность генератора и редуктора,
• дефекты подшипников двигателя,
• дефекты подшипников редуктора,
• дефекты подшипников генератора,
• дефекты проточной части компрессора и турбины,
• дефекты солнечной шестерни, сателлитов и короны редуктора,
• дефекты электромагнитной системы генератора,
• дефекты зубчатого привода масляного насоса,
• дефекты масляного насоса.

По истечению первого месяца эксплуатации системы мониторинга и диагностики была выявлена сильная зависимость вибрации газотурбинного двигателя и генератора на частотах вращения от времени (рис.10), в течение которого существенно изменялась нагрузка на генератор.

Рис 10. Изменение вибрации на частоте вращения ротора турбины в течение 7 часов.

Однако, поскольку вибрация установки еще не вышла за границы допустимых значений ни в одном из режимов работы, по результатам адаптации было принято решение передавать в систему мониторинга данные о текущей величине нагрузки на генератор и переключить систему на многорежимный мониторинг состояния, выделив по нагрузке не менее трех режимов работы установки. В таких условиях надежность выделения тренда характерных для развивающегося дефекта изменений контролируемых параметров на каждом из режимов существенно выше, что позволит по мере дальнейшего изменения состояния своевременно выявить опасные дефекты.