Особенности эксплуатации погружных электродвигателей

Специальные электронасосные установки, погружаемые в скважины на глубину 20...250 м от поверхности земли, открыли широкие возможности использования подземных вод для бытовых нужд сельского населения и для производственных целей. Почти в каждом колхозе, совхозе имеется несколько скважин, оборудованных погружными электронасосами.

Наибольшее распространение получили электродвигатели типа ПЭДВ (погружной электрический водонаполненный двигатель мощностью 2...65 кВт). Их конструкция существенно отличается от конструкции асинхронного двигателя единой серии. Например, обмотка выполнена специальным проводом, который предназначен для работы в воде; ротор имеет подшипники скольжения, смазывающиеся водой; корпус полностью герметизирован и заполнен водой.

Цель производственной эксплуатации погружных электродвигателей состоит в обеспечении требуемого графика водоснабжения объекта и поддержании режима наибольшего КПД насосной установки. Она достигается за счет систематического выполнения следующих мероприятий:

- контроля дебита и динамического уровня подземных вод скважины и подбора режима работы насосной установки, при котором исключается «сухой ход» насоса;

- поддержания гидравлических параметров сети, при которых насос работает устойчиво и с наибольшим КПД;

- оснащение системы водоснабжения запасными ёмкостями и водонапорными башнями, обеспечивающими резервирование водоподачи при отказах насосной установки;

- поддержание требуемого качества напряжения на зажимах электродвигателя;

- своевременного и качественного выполнения работ по технической эксплуатации электродвигателя и станции управления.

Подготовка погружного электродвигателя к работе. Перед включением внутреннюю полость заливают чистой водой. Измеряют сопротивление изоляции обмотки статора относительно корпуса – оно должно быть не менее 5 МОм при температуре воды 20 °С. Соединяют выводные провода с питающим кабелем, места соединений погружают в металлическую емкость с водой и после выдержки в течение 1.5...2 ч измеряют сопротивление этих соединений – оно должно быть не менее 500 МОм. Опускают насосную установку в скважину и через 1,5 ч измеряют сопротивление изоляции обмотки статора и питающего кабеля – оно должно быть не менее 5 МОм. Подготавливают водопроводную сеть и включают электродвигатель. По амперметру определяют потребляемый из сети ток - он не должен превышать номинального значения.

Техническое обслуживание выполняют без подъёма электродвигателя из скважины ежемесячно в следующей последовательности. Измеряют ток и напряжение электродвигателя. Увеличение тока на 20...25% (при номинальном напряжении) свидетельствует об износе деталей установки и указывает на необходимость текущего ремонта. Выключают двигатель и после остывания в течение 45 мин измеряют сопротивление изоляции обмотки и питающего кабеля относительно заземленных частей насосной установки, снижение сопротивления в 2-3 раза по сравнению с предыдущим результатом или его уменьшение ниже 5 МОм свидетельствует о дефектах в изоляции.

Колебания напряжения на зажимах погруженного электродвигателя оказывают существенное влияние на режим работы электронасоса и приводят к повышению потребляемого электродвигателем тока, и, как следствие, – к повышенному тепловому износу изоляции обмоточных проводов статора.

С целью предотвращения коррозии металлических частей и старения изоляции обмоток рекомендуется заливать электродвигатель дистиллированной ингибированной водой. Состав ингибитора: уротропина – 2,4 г/л, нитрата натрия – 0,6 г/л. При таком ингибиторе скорость коррозии деталей и узлов электродвигателей значительно замедляется.

Ингибированная дистиллированная вода менее активно действует на изоляцию обмоток.

Диагностирование погружных электродвигателей. Для контроля технического состояния погружных электродвигателей без подъёма из скважин разработано (ВНИИВИД) диагностическое устройство КИ-6301. С помощью этого устройства осуществляют автоматический контроль за техническим состоянием погружных электродвигателей. Устройство устанавливают около станции управления и соединяют с ней пятижильным кабелем. Дополнительной прокладки проводов к электродвигателю не требуется, так как контроль перед каждым пуском осуществляется по проводам, подводящим питание к электродвигателю. При помощи устройства КИ-6301 контролируют техническое состояние изоляции обмоток статора, износ радиальных и упорных подшипников, изгиб вала, т.е. техническое состояние узлов и деталей, ограничивающих ресурс работы электродвигателей. Техническое состояние изоляции контролируют измерением токов утечки изоляции. В связи с тем, что при износе радиальных подшипников ротор задевает за активную сталь статора и вследствие этого электродвигатель выходит из строя, допустимое значение износа радиальных подшипников контролируют по асимметрии положения ротора в расточке статора. При износе упорного подшипника вал с ротором перемещается вниз относительно корпуса электродвигателя на величину износа. В связи с этим износ упорного подшипника контролируют по перемещению ротора электродвигателя.

При применении устройства КИ-6301 сигнал в станции управления на включение электронасоса поступает не на катушку магнитного пускателя, как обычно, а в блок контроля устройства. При удовлетворительном состоянии электродвигателя устройство подает команду на включение электродвигателя в сеть. В случае угрозы аварии устройство не позволяет включить электронасос, при этом загорается сигнальная лампочка. Если электродвигатель не приспособлен к диагностированию, то устройство контролирует только техническое состояние изоляции его обмоток. Для контроля износа радиальных и упорного подшипников в электродвигателе устанавливают датчик, состоящий из двух отрезков провода ПЭВВП или ПВДП-1 диаметром 1,6 мм (2 мм с учетом толщины изоляции), диода Д223Б и резистора МЛТ-1 сопротивлением от 2 до 3 кОм.

Особенности эксплуатации резервных и передвижных электростанций

Резервные электростанции обеспечивают бесперебойное эле­ктроснабжение сельскохозяйственных потребителей. Их уста­навливают, как правило, непосредственно у потребителей I и II категорий. Промышленность выпускает резервные электростан­ции и агрегаты с карбюраторными и дизельными двигателями. При мощностях свыше 16 кВт экономически оправдано приме­нение дизельных электростанций.

Основной элемент стационарных и передвижных резервных электростанций - дизель-генератор. Первичный дизельный дви­гатель и синхронный генератор соединены между собой жесткой муфтой. Электростанции комплектуют аппаратурой и кон­трольно-измерительными приборами для управления и наблю­дения за их работой.

Стационарные дизель-электрические агрегаты мощностью до 200 кВт поставляют комплектными. Они предназначены для ра­боты в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха от +8 до +40°С.

Передвижная электростанция представляет собой комплект­ную электроустановку, смонтированную на транспортных сред­ствах и защищенную от атмосферных воздействий. Она пред­назначена для работы на открытом воздухе при температуре от -50 до +40°С. Конструкция электростанции позволяет перемещать ее па любое расстояние без нарушения готовности к работе.

В зависимости от назначения дизельного агрегата и конкрет­ных условий его эксплуатации государственным стандартом предусмотрены три степени автоматизации.

Первая степень (наименьшая) поддерживает требуемую час­тоту вращения, температуру охлаждающей жидкости и смазочного масла; обеспечивает аварийно-предупредительную сигна­лизацию и защиту; по требованию заказчика осуществляет под­зарядку аккумуляторных батарей и при необходимости попол­нение топливом расходных баков.

Вторая степень обеспечивает управление дизель-электричес­кими агрегатами при пуске, работе и остановке в течение не ме­нее 16ч для агрегатов мощностью до 100 кВт и не менее 24 ч для агрегатов мощностью свыше 100 кВт.

Кроме того, должны автоматически выполняться: пуск по команде от автоматического устройства или дистанционно; под­готовка к приему нагрузки, прием нагрузки или выдача сигнала о готовности к приему нагрузки (при параллельной работе); прием нагрузки с синхронизацией, дистанционное управление частотой вращения агрегата при ручном вводе в синхронизм; остановка по команде от автоматического устройства или с дис­танции; поддержание неработающего двигателя в прогретом состоянии.

Третья степень обеспечивает управление дизель-электричес­ким агрегатом в течение 150 ч для агрегатов мощностью до 100 кВт и не менее 240 ч для агрегатов мощностью свыше 100 кВт. Дополнительно выполняются следующие операции: наполнение топливных, масляных и жидкостных баков, воздушных балло­нов; подзарядка аккумуляторных батарей, распределение задан­ных активных и реактивных нагрузок при параллельной работе; управление вспомогательными агрегатами, обеспечивающими автоматическую работу в течение 240 ч.

Дизель-электрические агрегаты, автоматизированные по второй и третьей степеням, должны иметь аварийную сигнали­зацию и защиту при достижении предельных значений: темпера­туры охлаждающей жидкости, температуры смазочного масла, давления смазочного масла, давления, расхода или уровня жид­кости в замкнутом контуре охлаждения, частоты вращения, об­ратного тока или обратной мощности.

Резервные станции вырабатывают электрическую энергию переменного трехфазного тока напряжением 230 и 400 В про­мышленной частоты 50 Гц. В этом случае все потребители элек­троэнергии подключают непосредственно к шинам генератора напряжения. Это гарантирует высокую стабильность качества напряжения, отклонения которого от номинального для генера­торов дизельных станций с машинными возбудителями и уголь­ными регуляторами типа РУН не превышают ±3-5% при изме­нении нагрузки в пределах от 0 до 100%, для самовозбуждаю­щихся синхронных генераторов при отсутствии коррекции напряжения на генераторе ±3-5%, а при наличии коррекции на­пряжения ±1-2%. Отклонение напряжения синхронных генера­торов, питающих силовую, осветительную и бытовую нагрузки, должно быть в пределах от +5 до -5% номинального.

Дизельные агрегаты станций должны допускать 100%-ную перегрузку в течение 1 ч. Наибольшее отклонение частоты вра­щения при включении и отключении номинальной нагрузки со­ставляет 6 %.

На передвижных электростанциях имеется ряд устройств для их транспортировки: тормоз аварийного наката и стоянки, за­щелка буксирного крюка, задний фонарь, стоп-сигнал, привод управления передвижных колес и др. Перед транспортировкой передвижных ДЭС должны быть проверены надежная работа этих устройств, а также прочность крепления агрегатов и вспо­могательного оборудования.

При подготовке к работе передвижной электростанции необ­ходимо предварительно выбрать место ее установки, которое должно быть ровным и горизонтальным, не иметь поблизости (4...6 м) зданий и сооружений, находиться в центре расположе­ния потребителей электроэнергии. Для создания хороших усло­вий охлаждения генератор ДЭС устанавливают против направ­ления ветра, при этом дверцы капота агрегата со стороны гене­ратора должны быть открыты. После установки передвижную электростанцию закрепляют ручным тормозом, а при работе более 2...3 суток ее рессоры и колеса разгружают домкратами. При подготовке передвижной ДЭС к работе необходимо также установить защитное заземление и присоединить к нему корпус генератора, разместить и подсоединить осветительные средства, развернуть кабельную сеть, осмотреть все узлы.

Сдачу-приемку смонтированных ДЭС проводят в соответст­вии с требованиями СНиП. При этом необходимо наличие сле­дующей сдаточной документации: акта о необходимости осмот­ра (ревизии) агрегата с разборкой; протокола осмотра (ревизии) дизель-генератора (если она проводилась); формуляра монтажа генератора или всего агрегата; акта готовности фундамента для установки дизель-генератора; протокола проверки возможности включения генератора без сушки.

После предъявления необходимой документации заказчик при участии представителей монтажной и наладочной органи­заций проводит комплексное испытание на холостом ходу, оформляет акт сдачи электростанции в эксплуатацию.

Пуск электроагрегата. Перед пуском он должен быть тща­тельно проверен и подготовлен к работе. При этом необходимо осмотреть двигатель, генератор, вспомогательные агрегаты, па­нели и щиты, обнаруженные неисправности устранить. Сопро­тивление изоляции схемы агрегата при включенных автоматах должно быть не менее 0,5 МОм. При меньших значениях сопро­тивления изоляции все изоляционные детали очищают от пыли и грязи, а при необходимости сушат генератор. Перед пуском необходимо также проверить степень разреженности аккумуля­торных батарей, исправность системы зажигания. Пуск двигате­ля стартером не разрешается, если аккумуляторные батареи раз­ряжены более чем на 50%.

Расходный топливный бак должен быть наполнен, его кран установлен в положение «Открыто». Уровень топлива в расход­ном баке контролируют по указателю уровня топлива. Необхо­димо убедиться в отсутствии воздуха в топливной системе, за­править расходные и дополнительные масляные баки, а также залить во внутренний контур системы охлаждения воду, прове­рить циркуляцию воздуха во внешнем контуре системы охлаж­дения. Перед пуском следует проверить плотность всех соедине­ний воздухоочистителя и механизма воздушной заслонки.

Положение выключателей и переключателей на панелях, щи­тах управления генератора и дизельной автоматики должно со­ответствовать инструкции по эксплуатации ДЭС. Автоматичес­кий выключатель генератора в силовой сети перед пуском стан­ции необходимо отключить, а переключатель цепей управления поставить в положение «Ручное управление» или «Автоматичес­кий пуск».

Ручной пуск и остановку выполняют в соответствии с завод­ской инструкцией. После пуска и прогрева двигателя в течение 10 мин на холостом ходу его частоту вращения постепенно до­водят до номинальной, затем возбуждают генератор. При по­мощи шунтового реостата устанавливают номинальное напря­жение генератора (по вольтметру), включают генератор, кото­рый постепенно принимает нагрузку до 75% от номинальной. После пуска проверяют работу систем охлаждения воды и масла, при отсутствии замечаний по истечении 15 мин нагрузку повы­шают до номинальной.

Для остановки генератора его разгружают, отключив нагруз­ку. Затем, постепенно увеличивая сопротивление в цепи возбуж­дения, вращением рукоятки шунтового реостата против часовой стрелки понижают напряжение генератора до наименьшего зна­чения и останавливают его.

Дистанционный автоматический пуск и остановку выполня­ют - с пульта управления или шкафа управления при помощи кнопок. Все операции по пуску и остановке электроагрегата осуществляют в заданной технологической последовательности, предусмотренной схемой автоматики.

В случае успешного пуска загорается сигнальная лампочка «Нормальная работа»; если возникает аварийный режим, то сра­батывает защита, загорается сигнальное табло «Аварийная рабо­та» и происходит автоматическая остановка агрегата.

Сигналом для автоматического пуска являются изменения контрольных параметров резервируемого электроагрегата: не­допустимое снижение напряжения, перегрузка и др. Сигналом для автоматической остановки одного из параллельно работа­ющих агрегатов служит снижение общей нагрузки на шинах ге­нераторного напряжения до 80% от номинальной мощности или при восстановлении напряжения в контролируемой сети. При этом резервный агрегат отключается. Автоматическая аварий­ная остановка электроагрегата происходит при возникновении аварийных режимов и срабатывании датчиков аварийной сиг­нализации и защиты.

Работа дизельного двигателя. Во время работы необходимо следить за показаниями приборов контроля (температурой мас­ла и воды, давлением масла и т. д.), наличием охлаждающей жидкости в системе, подачей масла к вращающимся частям ди­зеля и работой различных датчиков. Необходимо не реже 2-х раз в смену проверять количество масла в масленках, а также в под­шипниках с кольцевой смазкой. При необходимости:

- доливать масло;

- вовремя пополнять топливные баки горючим; не реже 1 раза в смену спускать отстоявшиеся воду и грязь из рас­ходных топливных баков;

- обращать внимание на наличие посторонних шумов или стуков в двигателе;

- не реже 1 раза в квартал очищать топливные фильтры, масляные фильтры низкого давления следует очищать в соответствии с инструкцией завода-изготовителя;

- следить за частотой вращения двигателя и при необходимости регулировать ее (при отсутствии автоматики - сис­тематически).

При эксплуатации генератора необходимо:

- следить за показаниями амперметров, вольтметров, ватт­метров (несимметрию нагрузки допускают не более 25% номинального тока статора, а перегрузку по току не более 10% в течение 1 ч);

- контролировать температуру активной стали и обмоток генератора, которая не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 65°С; контролировать температуру подшипников (превышение ее над температурой окружающей среды допустимо не бо­лее чем на 45 °С);

- периодически наблюдать за работой щеточного аппарата возбудителя и контактных колец ротора;

- равномерно распределять нагрузку (при отсутствии авто­матики) между параллельно работающими генераторами;

- наблюдать за показаниями приборов контроля изоляции, аварийными и предупредительными сигналами; при необхо­димости принимать меры по устранению ненормальных ре­жимов;

- проверять степень вибрации генератора.Во время работы ДЭС необходимо осматривать щиты и па­нели генератора собственных нужд, аппаратуру возбуждения и силовое электрооборудование.

Периодическая проверка готовности резервного агрегата к пуску. Ее проводят один раз в 2-3 месяца. Одновременно прове­ряют состояние и работу средств автоматизации. Профилакти­ческий плановый осмотр генератора и возбудителя проводят через 500 ч работы, но не реже 1 раза в шесть месяцев. Во время планового осмотра генератора проверяют состояние рабочей поверхности коллектора, правильность прилегания щеток к коллектору и их расстановку, степень пригодности масла к дальнейшей эксплуатации, состояние и надежность контактов с сетью.

Через 100-150 ч работы, но не реже 1 раза в шесть месяцев, после длительных остановок (более 20 дней) проверяют сопро­тивление изоляции обмоток статора, ротора и возбудителя. О состоянии подшипников возбудителя и генератора судят по шу­му при работе и по температуре нагрева. Она не должна превы­шать 80°С. Для продления срока службы подшипников через каждые 500 ч, но не реже 1 раза в шесть месяцев проверяют со­стояние смазки в них.

Не реже 1 раза в шесть месяцев осматривают коммутацион­ные соединения и аппаратуру внутри распределительного щита электростанции. При очередном осмотре вытирают пыль, про­веряют плотность прилегания контактов и других мест соедине­ний шин и проводов. При этом по мере необходимости заменя­ют плавкие вставки и сигнальные лампы. Все ослабленные контакты подтягивают, а места контактных соединений со следами подгорания и окисления зачищают, залуживают и т. п.

Цепи управления и сигнализации силовых автоматических выключателей, схемы АВР и синхронизации обязательно прове­ряют после чистки и ревизии аппаратуры. Работу элементов за­щиты (тепловых и электромагнитных расцепителей, релейной токовой зашиты) проверяют 1 раз в год на надежность срабаты­вания и на соответствие уставок проектным значениям. Автома­тические выключатели проверяют поэлементно первичным то­ком. Электроизмерительную аппаратуру проверяют не реже 1 раза в два года и, как правило, приурочивают к текущему или капитальному ремонту.

Периодичность, объем и нормы профилактических межре­монтных испытаний устанавливают с учетом комплексной оценки состояния каждого генератора, особенностей их конст­рукции при соблюдении следующих требований:

- межремонтные испытания проводят не позднее чем через три года после капитального ремонта или предыдущих профилактических испытаний. Отказ от этих испытаний допускается в том случае, если периодичность капиталь­ных ремонтов не превышает четырех лет;

- в объем межремонтных испытаний входит обязательное испытание изоляции обмотки статора повышенным на­пряжением с частотой 50 Гц или выпрямленным напряже­нием;

- снижение испытательного напряжения по сравнению с примененным при последнем капитальном ремонте допус­кается не более чем на 0,2 U_n напряжения с частотой 50 Гц и не более чем на 0,5 U_H выпрямленного напряжения;

- профилактические межремонтные испытания изоляции обмоток проводят в дополнение к испытаниям и измере­ниям, осуществляемым при текущем ремонте генератора.

Прежде чем приступить к испытаниям обмоток статора и ро­тора генератора повышенным напряжением, необходимо изме­рить сопротивление изоляции. Сопротивление изоляции обмо­ток статора не нормируют, его необходимо сравнивать и сопос­тавлять с показаниями предыдущих измерений. Сопротивление изоляции обмотки ротора должно быть не ниже 0,5 МОм, цепей возбуждения - 1 МОм, обмоток якоря и его бандажей - 0,5 МОм.

Обмотку статора генератора мощностью до 1000 кВт и на­пряжением до 1000 В испытывают повышенным напряжением переменного тока промышленной частоты, равным 1,6U_H+800 В, но не менее 1200 В, в течение 1 мин сразу после остановки генератора. Обмотку ротора при эксплуатации повышенным напря­жением не испытывают.

Во время профилактических испытаний измеряют сопротив­ление на постоянном токе обмоток статора, ротора и возбудите­ля. Эти измерения позволяют выявить различные повреждения обмоток при капитальных и текущих ремонтах. Если сопротив­ление обмотки какой-либо фазы статора отличается от сопро­тивления обмоток других фаз (или ранее измеренного) при оди­наковых (или приведенных) температурных условиях более чем на 2%, то это будет следствием замыканий или некачественных паек в лобовых частях обмотки. Значение сопротивления на по­стоянном токе обмоток ротора и возбуждения не должно отли­чаться от ранее измеренного более чем на 2%.

Кроме описанных, проводят следующие проверки и профилак­тические испытания генераторов: испытание обмоток и активной стали на нагрев; определение реактивных сопротивлений; испыта­ние электрической прочности контактных колец, автомата гашения поля; измерение остаточного напряжения генератора после его от­ключения; обнаружение витковых замыканий в обмотке ротора; выявление допустимых несимметричных режимов.

Текущие и капитальные планово-предупредительные ремон­ты резервных электростанций выполняют со следующей перио­дичностью: текущие ремонты для передвижных электростанций, работающих на открытом воздухе, каждые шесть месяцев, для стационарных - ежегодно, капитальный ремонт для передвиж­ных ДЭС - не реже 1 раза в четыре года, стационарных ДЭС -по мере необходимости, но не реже 1 раза в пять лет.