Изучением возможностей токовой диагностики электродвигателей, как и их вибрационной диагностики, старшее поколение специалистов Северо-Западного учебного центра занимается более 30 лет. Но в последние годы все большее внимание уделяется диагностике механизмов, приводимых во вращение приводным электродвигателем, который используется как датчик пульсирующих (тормозных) моментов. Так, в 2005г. Северо-Западный учебный центр вместе с ООО «Вибротехника», занимающимся перспективными исследованиями и разработками, выпустил методику диагностики погружных насосов по спектру потребляемого двигателем тока. Эта методика ориентирована на переносную диагностическую систему на основе виброанализатора серии СД, к линейному входу которого подсоединяется один из вариантов измерительного трансформатора тока, а именно токовые клещи, см. рис. 1.
Рис.1. СД-21 с клещами и программой DREAM
К сожалению диагностика погружных насосов по данной методике с помощью переносных систем диагностики не получила широкого распространения. Причин этого несколько, одна из них - экономическая - большинство насосных агрегатов находятся вдали друг от друга и от городов, поэтому периодический выезд специалиста на место работы агрегата с переносной системой диагностики оказывается весьма затратным делом. Другая причина – сложность согласования со службами техники электробезопасности процесса установки измерительных трансформаторов тока в распределительный щит агрегата под напряжением. Третья причина - имеющиеся в питающей электродвигатель сети искажения напряжения, которые дают свой вклад в отдельные составляющие спектра потребляемого тока и, в некоторых случаях, влияют на результат диагностики. Для учета таких искажений необходимо дополнительно измерять спектр питающего напряжения, а такая операция не может быть бесконтактной, она обычно требует подключения к источнику питания дополнительной активной нагрузки с выключением агрегата, а также проведения параллельных многоканальных измерений.
Несмотря на указанные ограничения, некоторые специалисты, применяющие в своей работе узкополосные анализаторы спектра, стали измерять спектры тока агрегатов с электроприводом и использовать заложенные в методику алгоритмы обнаружения неисправностей для уточнения результатов проводимой ими вибрационной диагностики этих агрегатов.
Накопившаяся база данных по сравнительным результатам вибрационной и токовой диагностики агрегатов с электроприводом, а также анализ публикаций с описанием накопленного опыта диагностики электрических машин по электромагнитному полю и силовому току стали основой для расширения работ Северо-Западного учебного центра в этом направлении. На первом этапе этих работ основное внимание уделялось созданию наиболее общей методики диагностики механизмов с электроприводом переменного и постоянного тока. Разработка первой редакции такой методики в настоящее время закончена, и Северо-Западный учебный центр планирует проведение краткосрочных семинаров по ее освоению, в том числе и практическому, всеми желающими и, прежде всего, специалистами по вибрационной диагностике, которым не потребуется для ее применения дополнительно приобретать и осваивать достаточно сложные и дорогостоящие анализаторы спектра.
Параллельно проводился анализ тех практических ситуаций, в которых токовая диагностика могла бы дать законченный результат без больших затрат и без привлечения других методов диагностики. Результатом этого анализа стали рекомендации по применению полустационарных и стационарных систем токовой диагностики и, особенно, стационарных систем предаварийной сигнализации сложных агрегатов с большим количеством вращающихся с разной скоростью узлов.
Предложение использовать полустационарные системы диагностики решает проблемы проведения измерений под напряжением – измерительные трансформаторы тока устанавливаются в щит питания электродвигателя стационарно. Их небольшие габариты и стоимость (рис 2) позволяют принимать такие решения, при этом затраты на аппаратуру не увеличиваются - измерения проводятся переносными виброанализаторами во время проведения других видов диагностических измерений, в первую очередь вибрации. Особенно важно использовать стационарно устанавливаемые трансформаторы тока в агрегатах с подшипниками скольжения, диагностика которых по вибрации дает результаты с высокой достоверностью лишь при развитых дефектах, а по току двигателя нарушения в процессах смазки поверхностей скольжения можно обнаружить и на более ранней стадии развития.
Рис 2 Простейшие измерительные трансформаторы тока (разборные и центрируемые, без датчика Холла)
Стационарные системы диагностики по току двигателя целесообразно использовать для контроля состояния не только погружных насосов, но и агрегатов с большим количеством различных механических передач, например конвейеров. Ведь измерять ток приходится лишь у одного двигателя, а дефект любой из приводимых двигателем передач задолго до аварии приводит к действию на двигатель пульсирующего момента, который модулирует ток двигателя. Ну а современные средства анализа сигналов могут обнаружить модуляцию сигнала в тысячные доли процента, определить ее частоту и величину.
Первые же измерения тока двигателей эскалатора, сушильной части бумагоделательной машины, транспортера, основного конвейера разливочной линии и других показали возможность раннего обнаружения многих дефектов механических передач. Сложности появились не при обнаружении, а после обнаружения дефекта, при поиске дефектного узла и в тех случаях, когда в нагруженном на двигатель агрегате с одной частотой вращались десятки, и даже сотни одинаковых валов. После обнаружения опасного дефекта приходилось идентифицировать дефектный узел либо по вибрации, либо по тепловому излучению.
Все это привело к необходимости разработки технических требований на ограниченную по стоимости стационарную систему раннего обнаружения дефектов в механизмах по току двигателя без использования каналов измерения вибрации и температуры. К разработке этой системы привлечены специалисты ООО «ВАСТ – АРП». В составе системы обнаружения дефектов используется три параллельных канала измерения тока в трех фазах двигателя и один канал измерения напряжения в любой из фаз. При усложнении системы, например для диагностики ответственных агрегатов с синхронным двигателем переменного тока, количество каналов может быть увеличено до 8 – еще два канала измерения напряжения в силовых цепях двигателя и два канала измерения тока и напряжения возбуждения. В качестве дополнительных требований к такой системе стала возможность анализа переходных процессов в токе двигателя для диагностики кратковременно работающих агрегатов. Эта возможность реализуется за счет использования сигнальных процессоров, обеспечивающих анализ сигналов в реальном времени. Одной из первых задач диагностики таких агрегатов, в решении которых участвуют специалисты нескольких предприятий Ассоциации ВАСТ, стала диагностика приводов железнодорожных стрелок.
Разработку простейшей стационарной системы стали выполнять на основе 8-канального измерителя диагностических сигналов (сетевого измерителя). Его же вместе с программой записи измеряемых сигналов (рис. 3), использовали для проведения многоканальных совместных измерений вибрации и тока в рамках предварительных исследований потребляемого агрегатами с электроприводом тока.
Рис. 3. Сетевой измеритель с компьютером и установленной технологической программой
Важным вопросом создания такой системы является организация ее связи с другими средствами контроля и управления агрегатами. Для передачи данных из автономной системы обнаружения в нее встраивается модуль связи по телефонным линиям. Группа таких систем измерения тока может быть объединена в единую систему мониторинга и диагностики, для чего имеется возможность подключения к сети Ethernet. В настоящее время изготавливаются опытные образцы системы, а после полевых испытаний начнется ее серийное производство.
Для практического внедрения такой системы на каждую конкретную марку агрегатов необходимо предварительно выполнить ряд подготовительных работ, в частности адаптацию встроенного в систему диагностического модуля, о также оптимизацию порогов обнаружения дефектов. Эту работу специалисты Северо-Западного учебного центра могут проводить по заказам пользователей еще до запуска системы в серийное производство.
Параллельно силами нескольких предприятий Ассоциации ВАСТ ведется разработка объединенной стационарной системы мониторинга состояния диагностики агрегатов по вторичным процессам, не требующая доработок агрегата для встраивания в него различных измерительных преобразователей, в состав которой входят каналы измерения вибрации, тока, температуры, а также частоты вращения и других параметров.
