Расчет надежности синхронных генераторов Методические указания для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Надежность электроэнергетических систем» (стр. 3 )

Пример 2. Определить вероятность безотказной работы бандажного кольца турбогенератора по следующим данным. Напряжение на внутренней поверхности бандажа от центробежных сил и посадок при номинальной скорости равно 420 Н/мм2; при испытательной скорости – 510 Н/мм2 со среднеквадратическим отклонением σ1 =30 Н/мм2; допустимое напряжение для бандажа в исходном состоянии S2 = 835 Н/мм2 при σs = 50 Н/мм2. Средний коэффициент запаса по (6.13) и (6.14)

k=,

Значение величины 0,5 + Ф1 (5,56) отличается от единицы только в девятом знаке. Поэтому можно считать, что в исходном состоянии бандаж обладает абсолютной надежностью.

Предположим теперь, что в процессе эксплуатации вследствие нагрева бандажа циркуляционными токами, коррозионного растрескивания и других причин его прочность снизилась до S2 = 650 Н/мм2, а среднеквадратическое отклонение этой величины увеличилось до σS = 80/мм2. При этих условиях средний коэффициент запаса прочности все еще остается больше единицы:

k =

однако разрушение бандажа при испытательной скорости уже становится возможным:

что, согласно уравнению (6.17) и Приложению 2, при Ф1 (1,64) соответствует вероятности безотказной работы

Р = 0,5+0,45 = 0,95.

При нормальной скорости вращения надежность бандажа остается еще довольно высокой:

Р = 0,5 + Ф1 (2,69) = 0,9964,

однако при дальнейшем снижении прочности отказ его становится все более вероятным.

6.3. Надежность синхронных генераторов мощности до 100 кВт

Синхронные генераторы общепромышленного назначения мощностью до 100 кВт с частотой вращения от 1000 до 3000 об/мин являются массовой продукцией электромашиностроения и предназначены для выработки электрической энергии переменного тока. Они применяются в различных отраслях промышленности, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Следует отметить высокую степень ответственности надежной работы таких генераторов, так как в автономном или резервном режиме они являются единственным источником электроэнергии при аварийном или принудительном отключении объекта от энергосистемы. Эта ответственность возрастает многократно, если объект обеспечения электроэнергией – государственный объект связи, оборонный объект, медицинское учреждение, аэропорт и т. п.

Сбор информации об отказах синхронных генераторов мощностью до 100 кВт, а также анализ повреждаемости основных узлов генератора потребовал кропотливой работы над статическими данными об отказах генераторов и их узлов в течение 20 лет.

Обработка материалов эксплуатации показала, что генераторы имеют разную наработку на отказ. Статистический материал по наработке на отказ с учетом точечных значений наработки и доверительных интервалов на отказ с доверительной вероятностью α = 0,8 представлен в таблице 6.2 [2].

Распределение отказов по узлам генераторов серий ЕС, ЕСС, ЕСС5 и ОС показано в таблице 6.3.

Таблица 6.2

Статистические данные

Серия генератора	Количество исследованных генераторов, шт.	Наработка на отказ, ч	Среднее время восстановления, ч	Время профилактики, ч
точечное значение	доверительные интервалы
ЕС	1 482	4 150	4 087-4 609	11	0,5
ЕСС	1 166	5 650	5 625-3 875	10	1,0
ЕСС5	1 024	7 250	6 630-7 650	5	0,5
ОС	4 018	8 300	7 840-8 380	5	0,5

Таблица 6.3

Распределение отказов

Серия генераторов	Время наблюде- ния, ч	Отказы, %
блока регу-лирования	контактно-щеточного узла	подшипни-кового узла	обмотки статора	обмотки ротора	прочие
ЕС	8 000	51,9	31,2	8,2	4,8	3,9	-
ЕСС	60,0	20,0	2,5	10,0	-	7,5
ЕСС5	41,0	2,1	10,7	22,0	14,2	10,0
ОС	40 000	44,0	5,1	6,3	7,2	15,8	11,6
ЕС, ЕСС, ЕСС5, ОС	50,0	6,7	11,2	9,4	13,6	9,1

Из таблицы 6.3 следует, что наименее надежными узлами являются блок регулирования напряжения (около 50% отказов), контактно-щеточный узел (7% отказов), обмотка ротора (14% отказов), обмотка статора (9% отказов). Причины отказов основных узлов и их относительная повторяемость, установленные по данным эксплуатации, приведены в таблицу 6.4.

Таблица 6.4

Причины отказов

Основной узел	Причины отказов	Коэффициент отказа, %
ЕС	ЕСС	ЕСС5	ОС
Блок регулирования напряжения	Ослабление крепежа, контактов и отказ реостата уставки	18,0	24,0	4,3	12,0
Межвитковые замыкания и пробой на корпус обмоточных изделий и полупроводниковых приборов	30,3	33,0	24,0	19,4
Отказы прочих элементов	3,6	3,0	12,7	12,6
Контактно-щеточный узел	Пробой изоляции между дорожками контактных колец держателя траверсы и корпусом, отказ щеток из-за поломок и зависания	25,0	12,0	-	1,7
Ослабление крепежа, обрывы и замыкание на корпус присоединительных проводов, ослабление траверсы	3,7	6,0	1,4	3,4
Подшипниковый узел	Износ отверстия подшипника	4,2	2,5	-	2,3
Заклинивание подшипника	-	-	7,1	1,8
Резкое повышение вибрации	1,5	-	3,6	2,2
Обмотка статор	Пробой межвитковой изоляции	3,8	10,0	22,0	3,4
Пробой корпусной изоляции	1,0	-	-	3,8
Обмотка ротора	Пробой межвитковой изоляции	2,4	-	2,1	4,2
Пробой корпусной изоляции	1,0	-	10,0	8,4
Пробой изоляции выводных проводов	0,5	-	2,1	1,2

Изучение данных эксплуатации генераторов позволило классифицировать отказы по характеру их возникновения на внезапные и износовые. Эта классификация приведена в таблице 6.5.

На основе анализа данных кривая распределения интенсивности отказов генераторов без разделения их на типы и серии (рис. 6.2). По внешнему виду кривой можно предположить, что распределение времени безотказной работы генераторов описывается экспоненциальным законом. Проверка соответствия проведена по критерию Колмогорова и Пирсона, а также по графику вероятностной бумаги. Определены средние значения интенсивностей отказов генераторов: для генераторов серии ЕС л = 0,23 · 10-3 1/ч; для серии ЕСС л = 0,16 · 10-3 1/ч; ЕСС5 л = 0,14 · 10-3 1/ч; для серии ОС л = 0,12 · 10-3 1/ч (за время t =8 000 ч), а для генераторов без разделения на серии и типы л = 0,13 · 10-3 1/ч (за время t = 40 000 ч).

Таблица 6.5

Классификация отказов

Серия генераторов	Отказы, %
конструк-тивные	производст-венные	эксплуататци-онные	внезапные	износовые
ЕС	60	23,0	17,0	76	24
ЕСС	40	34,0	26,0	83	17
ЕСС5	30	40,0	30,0	81	19
ОС	28	36,0	36,0	87	13
ОС, ЕСС, ЕСС5, ЕС	35	30,4	34,6	84	16

Рис. 6.2. Кривая распределения интенсивности отказов генераторов серий ЕС, ЕСС, ЕСС5, ОС по данным эксплуатации (без разделения их на отдельные типы и серии)

Таблица 6.6

Показатели надежности

Серия генераторов	Наработка на отказ, ч	Среднее время восстановления, ч	Средний ресурс до капитального ремонта, ч	Средний срок сохраняемости, лет
ЕС	5000	12	30000	10
ЕСС	6000	11	30000	10
ЕСС5	7000	6	35000	10
ОС	8000	4	40000	12
2С	8500	4	45000	8

Изучение эксплуатационной надежности генераторов серий ЕС, ЕСС, ЕСС5 и ОС, а также технического задания на разработку генераторов серий 2С позволило обоснованно установить показатели надежности синхронных генераторов (табл. 6.6).