Оценка последствий отказа асинхронных электродвигателей вследствие обрывов стержней короткозамкнутых обмоток роторов
Ключевые слова:
высоковольтные асинхронные электродвигатели, собственные нужды электростанций, последствия отказа, экономический ущерб, обрывы стержней короткозамкнутой обмотки ротора, стоимость электрической энергии и мощности
Аннотация
Несмотря на большое внимание, уделяемое российскими и зарубежными авторами проблеме своевременного обнаружения неисправностей короткозамкнутой обмотки ротора высоковольтных асинхронных электродвигателей, в работах практически не рассматриваются вопросы, связанные с обоснованием необходимости проводимых исследований. Особенно важно это для высоковольтных электродвигателей собственных нужд электростанций. Цель работы – оценка последствий отказа электродвигателей собственных нужд электростанций при обрыве стержней обмотки ротора. Оценка последствий отказа является важной составляющей перехода к риск-ориентированному управлению эксплуатацией электродвигателей. Выделены основные составляющие последствий отказа и возникающего из-за этого экономического ущерба. Показано, что отказ высоковольтных асинхронных электродвигателей вследствие обрыва стержней обмотки ротора может привести к экономическому ущербу в несколько млн руб. На основе компьютерного моделирования установлено, что при работе асинхронных электродвигателей с оборванными стержнями существенно возрастают его магнитные и электрические потери. Проведенные исследования показали, что экономический ущерб также может быть существенным при длительной работе большого количества асинхронных электродвигателей с рассматриваемым повреждением. Выполненная оценка последствий отказов в стоимостном выражении подтверждает актуальность и необходимость функционального контроля состояния обмотки ротора высоковольтных электродвигателей собственных нужд электростанций.
Литература
1. O’Donnell P. IEEE Reliability Working Group. Report of large motor reliability survey of industrial and commercial installations, part I, II & III. – IEEE Transactions on Industry Applications, 1985, vol. IA-21, No. 4. pp. 853–872.
2. Siddiqui K.M., Sahay K., Giri V.K. Health Monitoring and Fault Diagnosis in Induction Motor – A Review. – International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2014, vol. 3, issue 1, pp. 6549–6565.
3. Jahić A., Hederić Z., Atić M. Detection of Failures on the High-Voltage Cage Induction Motor Rotor. – International Journal of Electrical and Computer Engineering Systems, 2015, vol. 6, No. 1, pp. 15–21.
4. Брюханов Г.А., Князев С.А. Метод и устройство диагностики состояния роторных обмоток асинхронных электродвигателей. – Электрические станции, 1984, № 2, c. 44–45.
5. Назарычев А.Н., Новоселов Е.М., Полкошников Д.А. и др. Метод контроля состояния обмоток роторов асинхронных электродвигателей при пуске по току статора. – Дефектоскопия, 2020, № 8, с. 49–55.
6. Pineda-Sanchez M., et al. Instantaneous Frequency of the Left Sideband Harmonic During the Start-Up Transient: A New Method for Diagnosis of Broken Bars. – IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. vol. 56, No. 11, pp. 4557–4570, DOI:10.1109/TIE.2009.2026211.
7. Thomson W.T., Gilmore R.J. Motor current signature analysis to detect faults in induction motor drives – Fundamentals, Data Interpretation and Industrial Case Histories. – Proceedings of 32nd Turbomachinery Symposium, Texas, A&M University, USA, 2003. pp. 145–156.
8. Sonje D.M., Munje R.K. Rotor Cage Fault Detection in Induction Motors by Motor Current Signature Analysis. – IJCA Proceedings on International Conference in Computational Intelligence (ICCIA), 2012, vol. 2, pp. 22–26.
9. Tavner P. et al. Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines. – The Institution of Engineering and Technology, 2008, 543 p.
10. Вейнреб К. Диагностика ротора асинхронного двигателя методом спектрального анализа токов статора. – Известия РАН. Энергетика, 2013, № 4, c. 133–154.
11. Thakur A., Wadhwani S., Wadhwani A.K. Motor Current Signature Analysis as a Tool for Induction Machine Fault Diagnosis. – International Journal of Computer Science and Information Technology Research, 2015, vol. 3, Iss. 3, pp. 309–313.
12. Arabaci H., Bilgin O. Detection of Rotor Bar Faults by Using Stator Current Envelope. – Proceedings of the World Congress on Engineering, 2011, vol. II, pp.1432–1435.
13. Савельев В.А., Страхов А.С., Новоселов Е.М. и др. Экспериментально-аналитическое определение диагностического признака дефектов обмотки ротора асинхронного электродвигателя. – Вестник ИГЭУ, 2018, № 4, с. 44–53.
14. Fireteanu V., Romary R., Pusca R., Ceban A. Finite element analysis and experimental study of the nearmagnetic field for detection of rotor faults in induction motors. – Progress in Electromagnetics Research, 2013, vol. 50, pp. 37–59.
15. Romary R., Corton R., Thailly D., et al. Induction Machine Fault Diagnosis Using an External Radial Flux Sensor. – EPJ. Appl. Phys., 2005, vol. 32, No. 2, pp. 125–132.
16. Jarzyna W. Diagnostic Characteristics of Axial Flux in an Induction Machine. – Electrical Machines and Drives, 1995, No. 4, pp. 141–146, DOI:10.1049/cp:19950851.
17. Алексеенко А.Ю., Бродский О.В., Веденев В.Н. и др. Диагностика и прогнозирование состояния асинхронных двигателей на основе использования параметров их внешнего электромагнитного поля. – Вестник АлтГТУ, 2006, № 2, с. 9–13.
18. Назарычев А.Н., Новоселов Е.М., Полкошников Д.А. и др. Экспериментальное определение диагностических признаков повреждения обмоток роторов высоковольтных двигателей электростанций в режиме пуска. – Дефектоскопия, 2020, № 5, с. 3–11.
19. Андреева О.А. Разработка методов диагностики двигателей собственных нужд электрических станций. Павлодар: Кереку, 2015, 142 с.
20. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах. М.: Энергия, 1981, 352 с.
#
1. O’Donnell P. IEEE Reliability Working Group. Report of large motor reliability survey of industrial and commercial installations, part I, II & III. – IEEE Transactions on Industry Applications, 1985, vol. IA-21, No. 4. pp. 853–872.
2. Siddiqui K.M., Sahay K., Giri V.K. Health Monitoring and Fault Diagnosis in Induction Motor – A Review. – International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2014, vol. 3, issue 1, pp. 6549–6565.
3. Jahić A., Hederić Z., Atić M. Detection of Failures on the High-Voltage Cage Induction Motor Rotor. – International Journal of Electrical and Computer Engineering Systems, 2015, vol. 6, No. 1, pp. 15–21.
4. Bryuhanov G.A., Knyazev S.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 1984, No. 2, pp. 44–45.
5. Nazarychev A.N., Novoselov E.M., Polkoshnikov D.A., et al. Defektoskopiya – in Russ. (Defectoscopy), 2020, No. 8, pp. 49–55.
6. Pineda-Sanchez M., et al. Instantaneous Frequency of the Left Sideband Harmonic During the Start-Up Transient: A New Method for Diagnosis of Broken Bars. – IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. vol. 56, No. 11, pp. 4557–4570, DOI:10.1109/TIE.2009.2026211.
7. Thomson W.T., Gilmore R.J. Motor current signature analysis to detect faults in induction motor drives – Fundamentals, Data Interpretation and Industrial Case Histories. – Proceedings of 32nd Turbomachinery Symposium, Texas, A&M University, USA, 2003. pp. 145–156.
8. Sonje D.M., Munje R.K. Rotor Cage Fault Detection in Induction Motors by Motor Current Signature Analysis. – IJCA Proceedings on International Conference in Computational Intelligence (ICCIA), 2012, vol. 2, pp. 22–26.
9. Tavner P. et al. Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines. – The Institution of Engineering and Technology, 2008, 543 p.
10. Veynreb К. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (Proceedings of the Russian Academy of Sciences), 2013, No. 4, pp. 133–154.
11. Thakur A., Wadhwani S., Wadhwani A.K. Motor Current Signature Analysis as a Tool for Induction Machine Fault Diagnosis. – International Journal of Computer Science and Information Technology Research, 2015, vol. 3, Iss. 3, pp. 309–313.
12. Arabaci H., Bilgin O. Detection of Rotor Bar Faults by Using Stator Current Envelope. – Proceedings of the World Congress on Engineering, 2011, vol. II, pp.1432–1435.
13. Savel'ev V.A., Strahov A.S., Novoselov Е.М., et al. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of Ivanovo State Power Engeneering University), 2018, No. 4, pp. 44–53.
14. Fireteanu V., Romary R., Pusca R., Ceban A. Finite element analysis and experimental study of the nearmagnetic field for detection of rotor faults in induction motors. – Progress in Electromagnetics Research, 2013, vol. 50, pp. 37–59.
15. Romary R., Corton R., Thailly D., et al. Induction Machine Fault Diagnosis Using an External Radial Flux Sensor. – EPJ. Appl. Phys., 2005, vol. 32, No. 2, pp. 125–132.
16. Jarzyna W. Diagnostic Characteristics of Axial Flux in an Induction Machine. – Electrical Machines and Drives, 1995, No. 4, pp. 141–146, DOI:10.1049/cp:19950851.
17. Alekseenko A.YU., Brodskiy O.V., Vedenev V.N., et al. Vestnik AltGTU – in Russ. (Bulletin of АltSТU), 2006, No. 2, pp. 9–13.
18. Nazarychev A.N., Novoselov E.M., Polkoshnikov D.A., et al. Defektoskopiya – in Russ. (Defectoscopy), 2020, No. 5, pp. 3–11.
19. Andreeva О.А. Razrabotka metodov diagnostiki dvigateley sobstvennyh nuzhd elektricheskih stantsiy (Development of methods condition monitoring of motors of power plants). Pavlodar: Kereku, 2015, 142 с.
20. Geller B., Gamata V. Vysshie garmoniki v asinhronnyh mashinah (Higher harmonics in asynchronous motors). М.: Energiya, 1981, 352 p.
2. Siddiqui K.M., Sahay K., Giri V.K. Health Monitoring and Fault Diagnosis in Induction Motor – A Review. – International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2014, vol. 3, issue 1, pp. 6549–6565.
3. Jahić A., Hederić Z., Atić M. Detection of Failures on the High-Voltage Cage Induction Motor Rotor. – International Journal of Electrical and Computer Engineering Systems, 2015, vol. 6, No. 1, pp. 15–21.
4. Брюханов Г.А., Князев С.А. Метод и устройство диагностики состояния роторных обмоток асинхронных электродвигателей. – Электрические станции, 1984, № 2, c. 44–45.
5. Назарычев А.Н., Новоселов Е.М., Полкошников Д.А. и др. Метод контроля состояния обмоток роторов асинхронных электродвигателей при пуске по току статора. – Дефектоскопия, 2020, № 8, с. 49–55.
6. Pineda-Sanchez M., et al. Instantaneous Frequency of the Left Sideband Harmonic During the Start-Up Transient: A New Method for Diagnosis of Broken Bars. – IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. vol. 56, No. 11, pp. 4557–4570, DOI:10.1109/TIE.2009.2026211.
7. Thomson W.T., Gilmore R.J. Motor current signature analysis to detect faults in induction motor drives – Fundamentals, Data Interpretation and Industrial Case Histories. – Proceedings of 32nd Turbomachinery Symposium, Texas, A&M University, USA, 2003. pp. 145–156.
8. Sonje D.M., Munje R.K. Rotor Cage Fault Detection in Induction Motors by Motor Current Signature Analysis. – IJCA Proceedings on International Conference in Computational Intelligence (ICCIA), 2012, vol. 2, pp. 22–26.
9. Tavner P. et al. Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines. – The Institution of Engineering and Technology, 2008, 543 p.
10. Вейнреб К. Диагностика ротора асинхронного двигателя методом спектрального анализа токов статора. – Известия РАН. Энергетика, 2013, № 4, c. 133–154.
11. Thakur A., Wadhwani S., Wadhwani A.K. Motor Current Signature Analysis as a Tool for Induction Machine Fault Diagnosis. – International Journal of Computer Science and Information Technology Research, 2015, vol. 3, Iss. 3, pp. 309–313.
12. Arabaci H., Bilgin O. Detection of Rotor Bar Faults by Using Stator Current Envelope. – Proceedings of the World Congress on Engineering, 2011, vol. II, pp.1432–1435.
13. Савельев В.А., Страхов А.С., Новоселов Е.М. и др. Экспериментально-аналитическое определение диагностического признака дефектов обмотки ротора асинхронного электродвигателя. – Вестник ИГЭУ, 2018, № 4, с. 44–53.
14. Fireteanu V., Romary R., Pusca R., Ceban A. Finite element analysis and experimental study of the nearmagnetic field for detection of rotor faults in induction motors. – Progress in Electromagnetics Research, 2013, vol. 50, pp. 37–59.
15. Romary R., Corton R., Thailly D., et al. Induction Machine Fault Diagnosis Using an External Radial Flux Sensor. – EPJ. Appl. Phys., 2005, vol. 32, No. 2, pp. 125–132.
16. Jarzyna W. Diagnostic Characteristics of Axial Flux in an Induction Machine. – Electrical Machines and Drives, 1995, No. 4, pp. 141–146, DOI:10.1049/cp:19950851.
17. Алексеенко А.Ю., Бродский О.В., Веденев В.Н. и др. Диагностика и прогнозирование состояния асинхронных двигателей на основе использования параметров их внешнего электромагнитного поля. – Вестник АлтГТУ, 2006, № 2, с. 9–13.
18. Назарычев А.Н., Новоселов Е.М., Полкошников Д.А. и др. Экспериментальное определение диагностических признаков повреждения обмоток роторов высоковольтных двигателей электростанций в режиме пуска. – Дефектоскопия, 2020, № 5, с. 3–11.
19. Андреева О.А. Разработка методов диагностики двигателей собственных нужд электрических станций. Павлодар: Кереку, 2015, 142 с.
20. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах. М.: Энергия, 1981, 352 с.
#
1. O’Donnell P. IEEE Reliability Working Group. Report of large motor reliability survey of industrial and commercial installations, part I, II & III. – IEEE Transactions on Industry Applications, 1985, vol. IA-21, No. 4. pp. 853–872.
2. Siddiqui K.M., Sahay K., Giri V.K. Health Monitoring and Fault Diagnosis in Induction Motor – A Review. – International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2014, vol. 3, issue 1, pp. 6549–6565.
3. Jahić A., Hederić Z., Atić M. Detection of Failures on the High-Voltage Cage Induction Motor Rotor. – International Journal of Electrical and Computer Engineering Systems, 2015, vol. 6, No. 1, pp. 15–21.
4. Bryuhanov G.A., Knyazev S.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 1984, No. 2, pp. 44–45.
5. Nazarychev A.N., Novoselov E.M., Polkoshnikov D.A., et al. Defektoskopiya – in Russ. (Defectoscopy), 2020, No. 8, pp. 49–55.
6. Pineda-Sanchez M., et al. Instantaneous Frequency of the Left Sideband Harmonic During the Start-Up Transient: A New Method for Diagnosis of Broken Bars. – IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. vol. 56, No. 11, pp. 4557–4570, DOI:10.1109/TIE.2009.2026211.
7. Thomson W.T., Gilmore R.J. Motor current signature analysis to detect faults in induction motor drives – Fundamentals, Data Interpretation and Industrial Case Histories. – Proceedings of 32nd Turbomachinery Symposium, Texas, A&M University, USA, 2003. pp. 145–156.
8. Sonje D.M., Munje R.K. Rotor Cage Fault Detection in Induction Motors by Motor Current Signature Analysis. – IJCA Proceedings on International Conference in Computational Intelligence (ICCIA), 2012, vol. 2, pp. 22–26.
9. Tavner P. et al. Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines. – The Institution of Engineering and Technology, 2008, 543 p.
10. Veynreb К. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (Proceedings of the Russian Academy of Sciences), 2013, No. 4, pp. 133–154.
11. Thakur A., Wadhwani S., Wadhwani A.K. Motor Current Signature Analysis as a Tool for Induction Machine Fault Diagnosis. – International Journal of Computer Science and Information Technology Research, 2015, vol. 3, Iss. 3, pp. 309–313.
12. Arabaci H., Bilgin O. Detection of Rotor Bar Faults by Using Stator Current Envelope. – Proceedings of the World Congress on Engineering, 2011, vol. II, pp.1432–1435.
13. Savel'ev V.A., Strahov A.S., Novoselov Е.М., et al. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of Ivanovo State Power Engeneering University), 2018, No. 4, pp. 44–53.
14. Fireteanu V., Romary R., Pusca R., Ceban A. Finite element analysis and experimental study of the nearmagnetic field for detection of rotor faults in induction motors. – Progress in Electromagnetics Research, 2013, vol. 50, pp. 37–59.
15. Romary R., Corton R., Thailly D., et al. Induction Machine Fault Diagnosis Using an External Radial Flux Sensor. – EPJ. Appl. Phys., 2005, vol. 32, No. 2, pp. 125–132.
16. Jarzyna W. Diagnostic Characteristics of Axial Flux in an Induction Machine. – Electrical Machines and Drives, 1995, No. 4, pp. 141–146, DOI:10.1049/cp:19950851.
17. Alekseenko A.YU., Brodskiy O.V., Vedenev V.N., et al. Vestnik AltGTU – in Russ. (Bulletin of АltSТU), 2006, No. 2, pp. 9–13.
18. Nazarychev A.N., Novoselov E.M., Polkoshnikov D.A., et al. Defektoskopiya – in Russ. (Defectoscopy), 2020, No. 5, pp. 3–11.
19. Andreeva О.А. Razrabotka metodov diagnostiki dvigateley sobstvennyh nuzhd elektricheskih stantsiy (Development of methods condition monitoring of motors of power plants). Pavlodar: Kereku, 2015, 142 с.
20. Geller B., Gamata V. Vysshie garmoniki v asinhronnyh mashinah (Higher harmonics in asynchronous motors). М.: Energiya, 1981, 352 p.
