Як ремонтують генератори?

У промисловій енергетиці найчастіше ремонтують синхронні генератори — турбогенератори, гідрогенератори, дизель- і газопоршневі генератори. Турбогенератор зазвичай має горизонтальний вал, циліндричний ротор і високу частоту обертання — ремонт вимагає особливої уваги до роторної поковки, утримувальних бандажних кілець і критичних швидкостей.

Гідрогенератор частіше має вертикальний вал, явнополюсний ротор великого діаметра, підп’ятник і напрямні підшипники — під час ремонту особливу увагу приділяють кріпленню полюсів, круглості статора й ротора та центруванню всього агрегату. Дизель-генератор зазвичай має безщіткове збудження з обертовим діодним мостом і автоматичним регулятором напруги — типові проблеми: відсутність вихідної напруги, несправність AVR, пробій діодів і втрата залишкового магнетизму.

Пробій обмотки статора може бути наслідком старіння ізоляції, локального перегріву сердечника, ослаблення котушки в пазу, високих часткових розрядів, перенапруги чи витоку води з охолоджувача. Якщо відремонтувати лише місце пробою, але не усунути основну причину, дефект може повторитися.

Типові причини пошкодження генераторів — коротке замикання в мережі, внутрішнє міжфазне чи міжвиткове замикання, перевантаження, асиметричне навантаження, втрата чи надмірне збудження, помилка синхронізації, перегрів, втрата охолодження, вібрація, старіння ізоляції та несправність AVR або обертових діодів.

До розбирання аналізують аварійні осцилограми, струми й напруги фаз, струм нульової послідовності, струм і напругу збудження — це допомагає відрізнити внутрішню несправність генератора від зовнішнього короткого замикання, помилки системи збудження чи механічної проблеми первинного двигуна.

Якщо стан дозволяє, виконують вимірювання опору ізоляції статора й ротора, визначення коефіцієнта абсорбції та індексу поляризації, вимірювання активного опору фаз і симетрії, а також перевірку збудника та діодів. Міжвитковий дефект у невеликій частині обмотки може майже не змінити загальний опір, тому додатково застосовують імпульсний контроль, порівняння індуктивності та контроль часткових розрядів.

Статор перевіряють на пробій на корпус, міжфазне й міжвиткове замикання, обрив провідника, ослаблення з’єднання та часткові розряди — застосовують мегомметр, високовольтне й імпульсне випробування, вимірювання часткових розрядів і тангенса кута діелектричних втрат. Ізоляція може мати високий загальний опір, але містити локальні повітряні порожнини, у яких при робочій напрузі виникають розряди, що поступово руйнують матеріал.

Сердечник перевіряють на ослаблення пакета, зміщення листів, корозію та міжлистові замикання — пошкоджена міжлистова ізоляція спричиняє локальний нагрів, який може перегріти обмотку і спричинити повторний пробій навіть після якісного перемотування.

Ротор перевіряють на замикання обмотки на вал, міжвиткове замикання, асиметрію полюсів, пошкодження міжполюсних з’єднань і демпферної обмотки. Для явнополюсного ротора бажано виміряти опір кожної полюсної котушки та порівняти падіння напруги на кожному полюсі при контрольованому струмі — знижений опір вказує на міжвиткове замикання, а підвищений на слабке з’єднання чи тріщину провідника.

Полюси повинні чергуватися північний-південний — помилка полярності одного полюса спотворює магнітне поле, спричиняє асиметричну напругу, вібрацію й перегрів. Для циліндричного ротора турбогенератора особливо контролюють пазову частину, бандажні кільця й теплову стабільність, оскільки деякі дефекти проявляються лише при нагріванні чи на робочій швидкості.

Для щіткової системи контролюють контактні кільця, щітки, притискання й траверсу — іскріння може бути спричинене биттям кілець, неправильними щітками чи підвищеним струмом збудження. Для безщіткової системи кожен обертовий діод перевіряють на пряме падіння напруги, зворотний опір і теплове пошкодження — діод може бути справним при малому струмі, але відмовляти під навантаженням чи при нагріванні, тому після пробою одного діода потрібно оцінювати весь комплект.

Автоматичний регулятор напруги (AVR) перевіряють на живлення, стабільність, реакцію на зміну навантаження та функцію форсування — не можна робити висновок про несправність обмотки лише через відсутність напруги, не перевіривши AVR і систему збудження. Після тривалого простою, короткого замикання чи демонтажу залишковий магнітний потік може бути недостатнім для самозбудження — ознака: повна відсутність напруги при справних основних обмотках.

Перевіряють вал, підшипникові шийки, муфту, полюсні кріплення й балансувальні вантажі — вимірюють биття підшипникових шийок, посадки муфти й контактних кілець. Генератор може мати підшипники кочення, ковзання, сегментні чи напрямні підшипники та підп’ятник у гідрогенераторі — окремо перевіряють бабіт, масляний клин, зазори та ізоляцію підшипників, електрично ізольованих для запобігання струмам через вал.

Повітряний зазор вимірюють у декількох точках по колу та вздовж осі — нерівномірний зазор спричиняє незбалансоване магнітне притягання, вібрацію, локальний нагрів і навіть механічне торкання ротора й статора. Причини нерівномірності — вигин вала, знос підшипників, зміщення статора чи ротора, неправильне центрування або деформація корпусу.

Локальний ремонт статора можливий, якщо пошкодження обмежене, основна ізоляція має достатній ресурс, сердечник не пошкоджений і решта котушок проходить випробування — це може бути заміна однієї котушки, ремонт виводу чи міжфазного з’єднання. Повне перемотування доцільне при загальному старінні, численних дефектах, значному перегріві чи масових часткових розрядах.

До демонтажу обов’язково фіксують кількість пазів, полюсів, тип обмотки, крок, кількість витків і схему з’єднання — стара котушка могла бути деформована, перегріта чи змінена при попередньому ремонті, тому дані потрібно перевіряти за кресленнями й декількома котушками, а не копіювати одну секцію.

Просочення статора — зануренням, вакуумним чи вакуум-тисковим методом (VPI) — забезпечує електричну міцність, скріплення обмотки та покращення тепловідведення. Нова ізоляція не компенсує недостатнє охолодження: порушення повітряного чи водяного потоку спричиняє перегрів окремих котушок, прискорене старіння та повторний пробій, тому ремонт часто включає очищення вентиляційних каналів, ремонт повітроохолоджувачів і перевірку герметичності водяного охолодження обмотки, якщо воно передбачене конструкцією.

Після ремонту розподіл маси ротора змінюється через нові котушки, ізоляцію, смолу, бандажі й діоди обертового випрямляча — навіть однакові за масою котушки можуть мати різне положення центра маси, тому динамічне балансування є обов’язковим. Для циліндричного ротора турбогенератора може знадобитися високошвидкісне балансування з проходженням критичних швидкостей.

Генератор повинен бути правильно відцентрований із приводом з урахуванням теплового розширення під час роботи. Випробування починають без подачі збудження — це дозволяє відокремити механічні проблеми від електромагнітних, — потім збудження подають поступово, контролюючи струм, напругу і роботу AVR.

Знімають характеристику холостого ходу — залежність напруги від струму збудження — і порівнюють із заводською; відхилення можуть вказувати на неправильну кількість витків чи короткозамкнені витки ротора. Перед синхронізацією з мережею повинні збігатися чергування фаз, напруга, частота й фазовий кут — помилка синхронізації може спричинити ударний струм і момент, здатний пошкодити муфту чи деформувати вал.

На холостому ходу можуть не проявитися дефекти паралельних гілок, перегрів контактів чи нестабільність регулятора під навантаженням — тому випробування під навантаженням із контролем активної й реактивної потужності, температури та вібрації є обов’язковим завершальним етапом.

• перемотувати статор чи ротор, не встановивши першопричину пошкодження;
• вважати генератор справним лише за високим опором ізоляції без міжвиткового та часткового контролю;
• ігнорувати перевірку AVR і системи збудження при відсутності напруги;
• копіювати одну стару котушку без перевірки за кресленнями та іншими секціями;
• нехтувати перевіркою сердечника після пробою обмотки;
• запускати генератор під навантаженням без попереднього випробування без збудження та на холостому ході;
• пропускати динамічне балансування після ремонту ротора;
• синхронізувати з мережею без перевірки чергування фаз, напруги, частоти й фазового кута.

• Як перемотують синхронні ротори?
• Турбогенератор: будова, охолодження, діагностика та ремонт
• Гідрогенератор: будова, принцип роботи, діагностика та ремонт
• Як виконати балансування ротора?
• Які випробування проходить електродвигун?
• Високовольтне випробування електродвигуна

ТОВ ВКФ «Електропромремонт» виконує комплексну діагностику, ремонт і випробування синхронних генераторів — турбогенераторів, гідрогенераторів, дизель- і газопоршневих генераторів.

До переліку робіт входять:

• діагностику й перемотування обмотки статора та ротора;
• ремонт системи збудження, контактних кілець і обертового випрямляча;
• ремонт демпферної обмотки та полюсних котушок;
• відновлення вала, підшипників і підп’ятника;
• VPI-просочення та ремонт системи охолодження;
• динамічне балансування ротора;
• повний цикл випробувань — без збудження, на холостому ходу та під навантаженням.