Аннотация
В статье изложен подход к построению системы оценки расхода ресурса и прогнозирования состояния изоляции обмоток асинхронных электродвигателей на основе емкостных токов утечки. Подход базируется на основе измерения емкостных токов утечки, создаваемых непрерывной последовательностью прямоугольных импульсов напряжения. Уменьшение величины этих токов свидетельствует об уменьшении остаточного ресурса изоляции обмотки. Эксперименты показывают экспоненциальное уменьшение токов утечки вследствие развития деградационных процессов в изоляции в долговременном плане. Оценку величины остаточного ресурса предложено выполнять с помощью моделирующей экспоненты, параметры которой восстанавливаются в текущем режиме с помощью методов идентификации параметров, такие как метод наименьших квадратов (МНК) или методы, основанные на Калмановском алгоритме. Преимуществом предлагаемого метода является сравнительная простота используемых технических средств и возможность выполнять оценку остаточного ресурса изоляции обмотки, опираясь только на экспериментально полученные посредством измерения данные. В статье описан алгоритм работы системы прогнозирования состояния изоляции на основе идентификации параметров моделирующей экспоненты. Показана возможность прогнозирования остаточного ресурса, выраженного в единицах времени, как разности между прогнозируемым временем выхода из строя и текущим моментом времени, где под текущим временем подразумевается время наработки. Приведены результаты моделирования работы предлагаемого алгоритма с идентификацией параметров моделирующей экспоненты на основе МНК. Моделировалась работа алгоритма с интервалом измерений 100 ч при гауссовском законе распределения погрешности измеренных значений тока утечки со средним квадратичным отклонением 20%. Показано, что значения параметров моделирующей экспоненты достаточно хорошо сходятся к истинным значениям при таком уровне зашумления даже без использования предфильтрации последовательности измеренных значений тока утечки.
Ключевые слова
Асинхронный двигатель, обмотка статора, изоляция обмотки, остаточный ресурс, токи утечки, диагностика, оценка состояния изоляции, прогнозирование состояния изоляции, идентификация параметров, метод наименьших квадратов.
1. Методы и приборы диагностирования изоляции асинхронных двигателей / Воробьев Н.П., Воробьева С.Н., Суханкин Г.В., Герцен Н.Т. // Ползуновский вестник. 2011. № 2/2. С. 261−269.
2. Пахомов А.И. Методы и средства диагностики изоляции асинхронных двигателей сельскохозяйственного производства на основе частичных разрядов: дис…. д-ра техн. наук: 05.20.02. Краснодар, 2008. 347 с.
3. Engelmann R.H., Middendorf W.H. Handbook of Electric Motors. New York: Marcel Dekker, 1995. 801 p.
4. Современные методы неразрушающего контроля и диагностики технического состояния электроприводов горных машин / Бабурин С.В., Жуковский В.Л., Коржев А.А., Кривенко А.В. // Горное оборудование и электромеханика. 2009. №9. С. 34−38.
5. Кузнецов Н.Л. Надежность электрических машин: учеб. пособие для вузов. М.: Издат. дом МЭИ, 2006. 432 с.
6. Ермолин Н.П., Жерихин И.П. Надежность электрических машин. Л.: Энергия, 1976. 248 с.
7. Stone G.C., Boulter E. A., Culbert I., Dhirani H. Electrical Insulation for Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing, and Repair. New Jersey: IEEE Computer Society Press, 2004. 252 p.
8. Brancanto E.L. Insulation Aging. A Historical and Critical Review // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 1978. Vol. EI-13, no. 4, pp. 308−317.
9. Farahani M., Gockenbach E., Borsi H., Schäfer K., Kaufhold M. Behavior of Machine Insulation Systems Subjected to Accelerated Thermal Aging Test // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2010. Vol. 17, no. 5, pp. 1364−1372.
10. Tavner P. J., Penman J. Condition Monitoring Electrical Machines. Hertfordshire, U.K.: Research Studies Press, 1987. 282 p.
11. Пат. №121086 РФ, МПК G01R 31/34 (2006.01). Устройство для диагностики электродвигателей переменного тока / А.С. Глазырин, Т.А. Глазырина, В.В. Тимошкин, В.И. Полищук. Заявка № 2012116366/28; Опубл. 10.10.2012, Бюл. № 28.
12. Хомутов О.И., Бондаренко Т.Е., Грибанов А.А. Проблема комплексной оценки изменения физико-химических свойств электроизоляционных материалов в реальных условиях эксплуатации электрооборудования // Ползуновский вестник. № 1. 2002. С. 4−9.
13. Пустахайлов С.К. Разработка многоканальной системы мониторинга асинхронных электродвигателей электростанций: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.14.02 . Ставрополь, 2006. 24 с.
14. Сидельников Л.Г., Афанасьев Д.О. Обзор методов контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации // Вестник ПНИИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2013. № 7. С. 127−137.
15. Гутов И.А. Прогнозирование состояния электродвигателей на основе использования многофакторных моделей старения изоляции: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.02. Барнаул, 1997. 259 с.
16. Сташко В.И., Губин И.Б. Моделирование состояния изоляции обмоток асинхронных двигателей сезонно эксплуатируемого электрооборудования на основе использования показателей волнового переходного процесса // Ползуновский вестник. № 1. 2002. С. 51−57.
17. Белоусова Н. В., Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Опыт тестового диагностирования обмоток электрических машин. Л.: ЛДНТП, 1989, 24 с.
18. Левачев А.В. Диагностика изоляции асинхронных электродвигателей на основе использования параметров схемы замещения обмоток: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.02. Барнаул, 2002. 167 с.
19. Nussbaumer P., Vogelsberger M., Wolbank T. Exploitation of induction machine’s high-frequency behavior for online insulation monitoring // 9th Annual. Int. Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives. Valencia, Spain, 27−30 Aug. 2013, pp. 579–585.
20. Nussbaumer P., Wolbank T., Vogelsberger M. Separation of disturbing influences on induction machine’s high-frequency behavior to ensure accurate insulation condition monitoring // 28th Annual. Appl. Power Electron. Conference and Exposition. Long Beach, USA, 17−21 March 2013, pp. 1158–1163.
21. Metelkov V.P., Borodin M.Yu., Kondakov K.A., Nesterov K.E. Method for monitoring the condition of the motor winding insulation // XVII International Scientific Technical Conference «Alternating current electric drives» – ACED 2018. Ekaterinburg, Russia, 26−30 March 2018. DOI: 10.1109/ACED.2018.8341717.
22. Younsi K., Neti P., Shah M., Zhou J., Krahn J., Weeber K., Whitefield C. On-line capacitance and dissipation factor monitoring of AC stator insulation // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2010. Vol. 17, no. 5, pp. 1441–1452.
23. Lee S.B., Younsi K., Kliman G.B. An online technique for monitoring the insulation condition of ac machine stator windings // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2005. Vol. 20, no. 4, pp. 737–745.
- Подробности
- Просмотров: 1175