Критерии выявления межвитковых замыканий в статорных обмотках с использованием векторного анализа фазных токов электродвигателя

В электротехнических комплексах промышленных предприятий, морских портов, судов более 80 % оборудования составляют асинхронные двигатели. В ряде случаев они работают с резко переменной нагрузкой, в условиях агрессивной среды, при этом получают питание от сети с отклонениями показателей качества электроэнергии от нормативных, что приводит к высокой повреждаемости. Около 40 % случаев повреждения изоляции обмоток асинхронных двигателей составляют витковые замыкания. Несвоевременное выявление начального момента появления дефектов в асинхронных двигателях или нарушения режимов работы питающей сети и токовых цепей приводит к аварийным ситуациям электротехнического комплекса, простою оборудования и ущербу. В статье рассмотрены вопросы диагностики неполнофазных режимов токовых цепей, напряжений сети и витковых замыканий в статорных обмотках асинхронных двигателей, получающих питание от сети в условиях несимметрии напряжений. Проведен анализ векторных диаграмм токов, напряжений и дополнительных фазовых углов сдвига фазных токов, возникающих при несимметрии напряжений сети и межвитковых замыканиях. Полученные результаты позволили сформулировать критерии выявления начального момента виткового замыкания и двухфазных режимов сети и токовых цепей при стационарных режимах. Разработаны способ неразрушающего контроля состояния асинхронного двигателя, а также устройство для его реализации. Способ основан на сравнении векторов измеренных фазных токов с их расчетными значениями. Приведены результаты моделирования изменения векторов фазных токов от количества замкнутых витков в обмотке асинхронного двигателя. Установлен мощностной ряд асинхронных двигателей, для которых чувствительность выявления начального момента межвиткового замыкания максимальная. Получены аналитические результаты зависимости коэффициента чувствительности при межвитковых замыканиях от абсолютного приращения модулей фазных токов и соответствующих фазовых углов.

1. Хомутов, С. О. Система поддержания надежности электрических двигателей на основе комплексной диагностики и эффективной технологии восстановления изоляции [Электронный ресурс] / С. О. Хомутов. Барнаул: ООО МЦ «ЭОР», 2015. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

2. Разработка метода и алгоритма диагностирования обрывов и межвитковых замыканий в статорных обмотках асинхронных двигателей / А. А. Ткаченко [и др.] // Научный вестник Донбасской государственной машиностроительной академии: сб. науч. тр. 2011. № 2 (8-Е). С. 154–160.

3. Кривоносов, В. Е. Срок службы изоляции при отклонениях напряжений и учете отклонений активных сопротивлений обмоток статора асинхронного двигателя / В. Е. Кривоносов, И. Т. Карполюк, С. В. Василенко // Зб. ст. наук.-інформ. центру «Знання» за матеріалами LIII Міжнар. наук.-практ. конф. «Розвиток науки в XXI столітті», Харків, 15 окт. 2019 г. Харків, 2019. С. 57–65.

4. Попович, О. М. Розробка засобів проектування системи діагностування пошкоджень обмотки статора / О. М. Попович, М. С. Гуторова // Гідроенергетика України. 2017. № 3–4. С. 47–52.

5. Петухов, В. В. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потребляемого тока [Электронный ресурс] / В. В. Петухов, В. А. Соколов // Новости Электротехники. 2005. Т. 31, № 1. Режим доступа: http://news.elteh.ru/arh/2005/ 31/11.php.

6. Гуторова, М. С. Моделювання магнітного поля в проміжку асинхронних двигунів за виткових замикань обмотки статора / М. С. Гуторова // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України: зб. наук. пр. 2015. Вип. 40. С. 90–94.

7. Спосіб виявлення короткозамкнутих витків в обмотках електричних машин та пристрій для його здійснення: пат. 36791 UA, G01R31/06 / В. М. Манько. Oпубл. 16.04.2001.

8. Спосіб оцінки стану міжвиткової ізоляції електродвигуна: пат. 88707 UA, МПК G01R 31/00, G01R 31/06 / М. П. Барбинягра. № а200800902. Oпубл. 10.11.2009.

9. Шейников, А. А. Использование динамических свойств спектров последовательностей радиоимпульсов для обеспечения высокой чувствительности тестового контроля обмоток асинхронных двигателей / А. А. Шейников, Ю. В. Суходолов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 1. С. 36–46. https://doi. org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-36-46.

10. Устройство для контроля и защиты электродвигателя от неполнофазных режимов и витковых замыканий: а. с. 1584028 СССР, H02H 7/085, 7/08 / В. Е. Кривоносов, И. В. Жежеленко, Б. Ф. Рыбалко. Oпубл. 07.08.1990.

11. Спосіб захисту асинхронного електродвигуна від виткових замикань: пат. 105420 UA, МПК Н02Н7/08, G01R31/00, G01R31/06 / В. І. Чернишев. Oпубл. 12.05.2014.

12. Методика диагностики и идентификации неисправностей обмоток асинхронного двигателя в процессе его функционирования / Р. Г. Мугалимов [и др.] // Электротехнические системы и комплексы. 2018. Т. 40, № 3. С. 70–78.

13. Жежеленко, И. В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях / И. В. Жежеленко, Ю. Л. Саенко. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2000. 252 с.

14. Пристрій діагностики неповнофазних режимів мережі, струмових ланцюгів, початкового моменту виткового замикання в статорних обмотках і захисту електродвигуна: комп’ютерна програма: а. с. 96405 Україна / В. Є. Кривоносов [та ін.]. Опубл. 27.02.2020. 1 с.

15. Сыромятников, И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей / И. А. Сыромятников. М.: Энергия, 1984. 240 с.

16. Расчет параметров и характеристик асинхронных двигателей [Электронный ресурс] / В. М. Гридин. М.: МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2011. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

17. Кувшинов, А. И. Идентификация параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя на основе экспертных оценок / А. И. Кувшинов, Н. И. Муха, О. А. Онищенко // Автоматизация судовых технических средств: науч.-техн. сб. 2007. Вып. 12. С. 78–85.

18. Онлайн-идентификация электромагнитных параметров асинхронного двигателя / В. А. Тытюк [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 5. С. 423–440. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-423-440.

19. Kryvonosov, V. E. Comparative Analysis of Methods for Calculating the Parameters of Asynchronous Engines for Reference Data / V. E. Kryvonosov, S. V. Vasilenko // Österreichisches Multiscience Journal. 2019. Vol. 1, No 18. P. 36–42.