Как ремонтируют генераторы?

В промышленной энергетике чаще всего ремонтируют синхронные генераторы — турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель- и газопоршневые генераторы. Турбогенератор обычно имеет горизонтальный вал, цилиндрический ротор и высокую частоту вращения — ремонт требует особого внимания к роторной поковке, удерживающим бандажным кольцам и критическим скоростям.

Гидрогенератор чаще имеет вертикальный вал, явнополюсный ротор большого диаметра, подпятник и направляющие подшипники — при ремонте особое внимание уделяют креплению полюсов, круглости статора и ротора и центровке всего агрегата. Дизель-генератор обычно имеет бесщёточное возбуждение с вращающимся диодным мостом и автоматическим регулятором напряжения — типичные проблемы: отсутствие выходного напряжения, неисправность AVR, пробой диодов и потеря остаточного магнетизма.

Пробой обмотки статора может быть следствием старения изоляции, локального перегрева сердечника, ослабления катушки в пазу, высоких частичных разрядов, перенапряжения или утечки воды из охладителя. Если отремонтировать только место пробоя, но не устранить основную причину, дефект может повториться.

Типичные причины повреждения генераторов — короткое замыкание в сети, внутреннее межфазное или межвитковое замыкание, перегрузка, асимметричная нагрузка, потеря или чрезмерное возбуждение, ошибка синхронизации, перегрев, потеря охлаждения, вибрация, старение изоляции и неисправность AVR или вращающихся диодов.

До разборки анализируют аварийные осциллограммы, токи и напряжения фаз, ток нулевой последовательности, ток и напряжение возбуждения — это помогает отличить внутреннюю неисправность генератора от внешнего короткого замыкания, ошибки системы возбуждения или механической проблемы первичного двигателя.

Если состояние позволяет, выполняют измерение сопротивления изоляции статора и ротора, определение коэффициента абсорбции и индекса поляризации, измерение активного сопротивления фаз и симметрии, а также проверку возбудителя и диодов. Межвитковый дефект в небольшой части обмотки может почти не изменить общее сопротивление, поэтому дополнительно применяют импульсный контроль, сравнение индуктивности и контроль частичных разрядов.

Статор проверяют на пробой на корпус, межфазное и межвитковое замыкание, обрыв проводника, ослабление соединения и частичные разряды — применяют мегомметр, высоковольтное и импульсное испытание, измерение частичных разрядов и тангенса угла диэлектрических потерь. Изоляция может иметь высокое общее сопротивление, но содержать локальные воздушные полости, в которых при рабочем напряжении возникают разряды, постепенно разрушающие материал.

Сердечник проверяют на ослабление пакета, смещение листов, коррозию и межлистовые замыкания — повреждённая межлистовая изоляция вызывает локальный нагрев, который может перегреть обмотку и вызвать повторный пробой даже после качественной перемотки.

Ротор проверяют на замыкание обмотки на вал, межвитковое замыкание, асимметрию полюсов, повреждение межполюсных соединений и демпферной обмотки. Для явнополюсного ротора желательно измерить сопротивление каждой полюсной катушки и сравнить падение напряжения на каждом полюсе при контролируемом токе — сниженное сопротивление указывает на межвитковое замыкание, а повышенное — на слабое соединение или трещину проводника.

Полюса должны чередоваться северный-южный — ошибка полярности одного полюса искажает магнитное поле, вызывает асимметричное напряжение, вибрацию и перегрев. Для цилиндрического ротора турбогенератора особо контролируют пазовую часть, бандажные кольца и тепловую стабильность, поскольку некоторые дефекты проявляются только при нагреве или на рабочей скорости.

Для щёточной системы контролируют контактные кольца, щётки, прижатие и траверсу — искрение может быть вызвано биением колец, неправильными щётками или повышенным током возбуждения. Для бесщёточной системы каждый вращающийся диод проверяют на прямое падение напряжения, обратное сопротивление и тепловое повреждение — диод может быть исправен при малом токе, но отказывать под нагрузкой или при нагреве, поэтому после пробоя одного диода нужно оценивать весь комплект.

Автоматический регулятор напряжения (AVR) проверяют на питание, стабильность, реакцию на изменение нагрузки и функцию форсирования — нельзя делать вывод о неисправности обмотки только из-за отсутствия напряжения, не проверив AVR и систему возбуждения. После длительного простоя, короткого замыкания или демонтажа остаточный магнитный поток может быть недостаточным для самовозбуждения — признак: полное отсутствие напряжения при исправных основных обмотках.

Проверяют вал, подшипниковые шейки, муфту, полюсные крепления и балансировочные грузы — измеряют биение подшипниковых шеек, посадки муфты и контактных колец. Генератор может иметь подшипники качения, скольжения, сегментные или направляющие подшипники и подпятник в гидрогенераторе — отдельно проверяют бабит, масляный клин, зазоры и изоляцию подшипников, электрически изолированных для предотвращения токов через вал.

Воздушный зазор измеряют в нескольких точках по окружности и вдоль оси — неравномерный зазор вызывает несбалансированное магнитное притяжение, вибрацию, локальный нагрев и даже механическое касание ротора и статора. Причины неравномерности — изгиб вала, износ подшипников, смещение статора или ротора, неправильная центровка или деформация корпуса.

Локальный ремонт статора возможен, если повреждение ограничено, основная изоляция имеет достаточный ресурс, сердечник не повреждён и остальные катушки проходят испытания — это может быть замена одной катушки, ремонт вывода или межфазного соединения. Полная перемотка целесообразна при общем старении, многочисленных дефектах, значительном перегреве или массовых частичных разрядах.

До демонтажа обязательно фиксируют количество пазов, полюсов, тип обмотки, шаг, количество витков и схему соединения — старая катушка могла быть деформирована, перегрета или изменена при предыдущем ремонте, поэтому данные нужно проверять по чертежам и нескольким катушкам, а не копировать одну секцию.

Пропитка статора — погружением, вакуумным или вакуум-нагнетательным методом (VPI) — обеспечивает электрическую прочность, скрепление обмотки и улучшение теплоотвода. Новая изоляция не компенсирует недостаточное охлаждение: нарушение воздушного или водяного потока вызывает перегрев отдельных катушек, ускоренное старение и повторный пробой, поэтому ремонт часто включает очистку вентиляционных каналов, ремонт воздухоохладителей и проверку герметичности водяного охлаждения обмотки, если оно предусмотрено конструкцией.

После ремонта распределение массы ротора меняется из-за новых катушек, изоляции, смолы, бандажей и диодов вращающегося выпрямителя — даже одинаковые по массе катушки могут иметь разное положение центра масс, поэтому динамическая балансировка обязательна. Для цилиндрического ротора турбогенератора может понадобиться высокоскоростная балансировка с прохождением критических скоростей.

Генератор должен быть правильно отцентрован с приводом с учётом теплового расширения во время работы. Испытания начинают без подачи возбуждения — это позволяет отделить механические проблемы от электромагнитных, — затем возбуждение подают постепенно, контролируя ток, напряжение и работу AVR.

Снимают характеристику холостого хода — зависимость напряжения от тока возбуждения — и сравнивают с заводской; отклонения могут указывать на неправильное количество витков или короткозамкнутые витки ротора. Перед синхронизацией с сетью должны совпадать чередование фаз, напряжение, частота и фазовый угол — ошибка синхронизации может вызвать ударный ток и момент, способные повредить муфту или деформировать вал.

На холостом ходу могут не проявиться дефекты параллельных ветвей, перегрев контактов или нестабильность регулятора под нагрузкой — поэтому испытание под нагрузкой с контролем активной и реактивной мощности, температуры и вибрации является обязательным завершающим этапом.

• перематывать статор или ротор, не установив первопричину повреждения;
• считать генератор исправным только по высокому сопротивлению изоляции без межвиткового и частичного контроля;
• игнорировать проверку AVR и системы возбуждения при отсутствии напряжения;
• копировать одну старую катушку без проверки по чертежам и другим секциям;
• пренебрегать проверкой сердечника после пробоя обмотки;
• запускать генератор под нагрузкой без предварительного испытания без возбуждения и на холостом ходу;
• пропускать динамическую балансировку после ремонта ротора;
• синхронизировать с сетью без проверки чередования фаз, напряжения, частоты и фазового угла.

• Как перематывают синхронные роторы?
• Турбогенератор: устройство, охлаждение, диагностика и ремонт
• Гидрогенератор: устройство, принцип работы, диагностика и ремонт
• Как выполнить балансировку ротора?
• Какие испытания проходит электродвигатель?
• Высоковольтное испытание электродвигателя

ТОВ ВКФ «Электропромремонт» выполняет комплексную диагностику, ремонт и испытания синхронных генераторов — турбогенераторов, гидрогенераторов, дизель- и газопоршневых генераторов.

В перечень работ входят:

• диагностику и перемотку обмотки статора и ротора;
• ремонт системы возбуждения, контактных колец и вращающегося выпрямителя;
• ремонт демпферной обмотки и полюсных катушек;
• восстановление вала, подшипников и подпятника;
• VPI-пропитку и ремонт системы охлаждения;
• динамическую балансировку ротора;
• полный цикл испытаний — без возбуждения, на холостом ходу и под нагрузкой.