Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ ДИОДОВ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН

Способ контроля исправности диодов системы возбуждения синхронных машин, заключающийся в использовании некоторого условного сопротивления R_усл, равного отношению напряжения возбуждения ротора синхронной машины, измеряемого в эксплуатации на измерительных контактных кольцах, к измеряемому в эксплуатации току возбуждения возбудителя и сравнении этого условного сопротивления с соответствующим значением в явно исправном состоянии, причем уменьшение R_усл до двух раз свидетельствует о пробое (запекании) диода, незначительное уменьшение до 10% свидетельствует об обрыве одного и более диодов.

Существующие способы контроля исправности диодов системы возбуждения синхронных машин с использованием бесконтактной телеметрической аппаратуры являются сложными дорогостоящими сооружениями и используются, главным образом, в мощных турбогенераторах. Для синхронных машин средней (десятки мегаватт) и малой мощности использование их нерентабельно.

Предлагаемый способ может быть использован для контроля исправности диодной системы возбудителей турбогенераторов, гидрогенераторов и любых синхронных машин при наличии измерительных контактных колец. Линейная зависимость напряжения возбудителя от тока возбуждения в рабочем диапазоне нагрузок предопределяет независимость величины R_усл от нагрузки. Способ прост, не требует специальных затрат, дополнительного обслуживания, может быть автоматизирован для непрерывного контроля, своевременного принятия мер для ремонта или отключения в случае пробоя (запекания) даже одного диода.

Способ был экспериментально проверен на синхронной машине 400 кВт, 380 В с двумя параллельными ветвями (2С), которые часто используются для машин средней мощности. Каждая параллельная ветвь нагружена на свои трехфазные мостовые выпрямители, которые соединяются параллельно и нагружены на обмотку возбуждения другой аналогичной синхронной машины - 1С на рис. 1.

Производились измерения:

- выпрямленного напряжения Ud= прибором магнитоэлектрической системы, т.е. среднего выпрямленного напряжения;

- выпрямленного напряжения Ud_Σ прибором электромагнитной системы, т.е. с учетом переменной составляющей;

- тока нагрузки I_d прибором магнитоэлектрической системы;

- тока возбуждения возбудителя - i_{в возб.};

- фазных токов - токоизмерительными клещами, т.е. только переменной составляющей;

- тока каждого диода - токоизмерительными клещами, т.е. также переменной составляющей;

- тока пробитого (спекшегося) диода - магнитоэлектрическими приборами с шунтом I_кз=и токоизмерительными клещами I_кз~.

Отношение Ud_Σ к Ud=характеризует искажение формы кривой выпрямленного напряжения - К_иск.

В табл. 1 показаны результаты измерений выполненных при испытаниях в соответствии со схемой рис. 1. При одном «пробитом» диоде №9 условное сопротивление R_усл снижается в 2 раза, ток в пробитом диоде №9 увеличивается в 5 раз, в диодах 1, 2, 3 токи исчезающее малы - по существу мост с этой параллельной ветвью перестает работать. Диоды 7, 8 загружены током короткого замыкания фаз B₁, C₁, , где x₁ и x₂ реактивности машины 2С. По известным параметрам x₁ и х₂ расчитанный ток короткого замыкания хорошо соответствует измеренному.

Половину сохранившейся нагрузки несет второй мост с параллельной ветвью А, В, С.

Для восстановления нагрузки I_d предшествующей «пробою» диода №9 необходимо ток возбуждения возбудителя i_{в возб} увеличить с 6 до 13,3 А. При этом ток в фазе А1 увеличивается с «нормального» 30А до 94А, ток в пробитом диоде до 154А (переменная составляющая до 97А). Все токи в исправном мосте увеличиваются вдвое. Очевидно, что продолжение работы в этом режиме недопустимо, и, если система регулирования «без оглядки» на пробитый диод (защиты нет) увеличит ток возбуждения синхронной машины до исходного, дальнейшее усугубление аварийной ситуации неизбежно.

Проверена реакция схемы на выход из строя диода в виде потери проводимости («обрыва»). Обрыв одного, двух и даже трех диодов разных фаз и разных мостов по условиям эксплуатации допустим, если диоды имеют достаточный запас по допустимому току (не менее двухкратного). Условное сопротивление в этих случаях уменьшается, но менее, чем на 10%. «Обрыв» двух диодов одной фазы (полуфазы), вероятно, также допустим, но требует проверки в натурных условиях. Уменьшение условного сопротивления примерно на 9% сопровождается также ухудшением формы кривой выпрямленного напряжения, определяемого по отношению напряжений Ud_Σ/Ud=, примерно на 3%. Совершенно недопустим «обрыв» четырех диодов, если два из них относятся к одной полуфазе. Условное сопротивление уменьшается примерно на 26%, а коэффициент искажения достигает 18%.

Проверена работа схемы при повышенных частотах до 120 Гц. Все результаты соответствуют таковым при работе с частотой 50 Гц.

Выводы:

Любое уменьшение условного сопротивления против исходного, измеренного при исправной диодной схеме, является признаком неисправности последней. Уменьшение условного сопротивления менее 10% от исходного свидетельствует «об обрыве» одного или двух диодов, не принадлежащих к одной фазе, и может быть допущено продолжение эксплуатации синхронной машины до первой остановки. При этом в номинальном режиме диоды должны иметь запас по допустимой токовой нагрузке не менее двухкратного. При уменьшении условного сопротивления на 10% и более синхронная машина должна быть остановлена для замены оборванных диодов.

Уменьшение условного сопротивления на 50% и более свидетельствует о пробое (запекании) диода и синхронная машина должна быть аварийно развозбуждена и остановлена во избежание лавинообразного выхода всей диодной системы, т.к. при сохранении нагрузки часть оставшихся диодов подвергается многократной перегрузке.

Увеличение условного сопротивления против исходного «холодного» состояния вызывается нагревом обмотки ротора и не является браковочным признаком.