Уже несколько лет инженер кафедры «Электрические станции» Дмитрий Баннов занимается изучением работы электродвигателей в аварийных режимах. Предложенный им метод диагностики позволяет своевременно выявить и устранить неисправности в роторной цепи и тем самым обезопасить производственный процесс от аварийной остановки оборудования и длительного, дорогостоящего капитального ремонта. Разработка сотрудника Политеха легла в основу его диссертационного исследования.
Скрытая угроза
Высоковольтные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКР), как правило, работают в тяжёлых условиях (загрязнение, пыль, неравномерная нагрузка, затяжные пуски), поэтому подвержены повышенному износу. От их бесперебойной работы зависит надёжность функционирования объектов нефтегазовой и химической промышленности, металлургии, электроэнергетики. Поэтому первостепенную важность приобретает своевременная диагностика подвижного и неподвижного элементов двигателя – ротора и статора. И если замыкание обмотки статора можно обнаружить предусмотренными системами защиты или в процессе планово-предупредительного ремонта, то повреждения в роторной цепи часто носят неявный характер и способны долгое время незаметно существовать, снижая энергетические характеристики АДКР.
– По статистике от 11 до 17 процентов аварийных остановок технологических процессов происходит из-за повреждения роторной цепи асинхронного двигателя. И из них около 80 процентов – это обрыв стержней короткозамкнутой обмотки ротора, – рассказывает Дмитрий Баннов. – В процессе работы без применения специальных средств диагностики выявить этот дефект невозможно. А период между плановыми капитальными ремонтами двигателей очень большой, поэтому сложно своевременно выявить трещины или дефекты, приводящие к обрыву стержней. Известны случаи, когда на рабочем двигателе при ревизии обнаруживали порядка 30 процентов повреждённых стержней.
При эксплуатации изношенного АДКР возрастают потребляемая электрическая энергия и уровень вибрации, ухудшаются механические свойства машины и она быстрее выходит из строя. Для решения этой проблемы учёный Политеха предложил свой метод диагностирования обрыва стержня асинхронного двигателя.
Новая надежда
Среди методов мониторинга технического состояния АДКР сегодня наиболее экономичными считаются те, которые основаны на измерении потребляемого двигателем тока и напряжения .Это направление Дмитрий Баннов и взял за основу, разработав свой метод математической обработки цифрового сигнала электрического тока.
– Уникальность моего метода состоит в использовании математического аппарата регрессионного анализа, позволяющего получить достоверные данные для выделения диагностического признака, – поясняет молодой учёный. – Традиционно этот способ применим только при обработке статистических данных, я же применил его к оцифрованному с высокой частотой дискретизации сигналу тока. Также нестандартность подхода заключается в использовании гармонических функций, предполагающих периодичность получаемого сигнала и не свойственных регрессионному анализу.
Для тестирования новой методики совместно с коллегами из Томского политехнического университета была создана математическая модель АДКР, а также специализированная экспериментальная установка, имитирующая функционирование повреждённого двигателя. Так, применив алгоритм Баннова при лабораторном анализе цифрового сигнала потребляемых токов статора, удалось обнаружить дефекты стержня ротора непосредственно в процессе работы механизма.
В настоящий момент учёные получили патент на это устройство, а также свидетельство о регистрации соответствующего программного обеспечения. В дальнейших планах – внедрение метода Баннова в базовое программное обеспечение микропроцессорной техники, управляющей электродвигателями.
