Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu và xây dựng quy trình giám sát để bảo trì động cơ điện công suất lớn tại nhà máy đạm Cà Mau

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LƯ MINH THỪA

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT ĐỂ BẢO TRÌ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CÔNG SUẤT LỚN

TẠI NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU

STUDYING AND ESTABLISHING A CONDITION MONITORING SYSTEM OF THE MAINTENANCE OF

HIGH-POWER INDUCTION ELECTRIC MOTORS AT CA MAU FERTILIZER PLANT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 8520114

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 2

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Huy Hoàng

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Lê Mỹ Hà

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Nguyễn Thanh Phương

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 27 tháng 06 năm 2022

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch: PGS TS Nguyễn Tấn Tiến

2 Thư ký: TS Lê Thanh Hải

Trang 3

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Lư Minh Thừa MSHV: 1870241

Ngày, tháng, năm sinh: 05/11/1980 Nơi sinh: U Minh, Cà Mau

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số: 8520114

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu và xây dựng quy trình giám sát để bảo trì động cơ

điện công suất lớn tại nhà máy Đạm Cà Mau

Studying and establishing a condition monitoring system of the maintenance of high-power induction electric motors at ca mau fertilizer plant

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu và xây dựng quy trình giám sát để bảo

trì động cơ điện công suất lớn tại nhà máy Đạm Cà Mau Nhằm giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường trên động cơ Từ đó chủ động lên kế hoạch bảo trì, khắc phục lỗi tránh các sự cố nghiêm trọng Qua đó nâng cao độ tin cậy thiết bị, duy trì nhà máy vận hành ổn định

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/02/2021

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/06/2022 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Phạm Huy Hoàng

Tp HCM, ngày tháng năm 20

PGS.TS Phạm Huy Hoàng

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

Trang 4

cứu và xây dựng quy trình giám sát để bảo trì động cơ điện công suất lớn tại nhà máy Đạm Cà Mau” Tôi đã gặp nhiều khó khăn và thách thức Song nhờ sự giúp đỡ của quý thầy cô bộ môn, Ban giám hiệu nhà trường, Ban lãnh đạo nhà máy Đạm Cà mau và bạn bè đồng nghiệp, tôi đã hoàn thành được luận văn theo đúng kế hoạch

Lời đầu tiên, Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cán bộ hướng

dẫn Thầy PGS.TS Phạm Huy Hoàng đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và tư vấn

trong suốt quá trình thực hiện luận văn Thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, đóng góp ý kiến và đưa ra lời nhận xét quý báo, chỉnh sửa những chi tiết nhỏ nhặt nhất giúp luận văn của tôi được hoàn thiện hơn cả về mặt nội dung và hình thức Thầy cũng luôn động viên và nhắc nhở kịp thời để tôi có thể hoàn thành luận văn đúng tiến độ

Thứ hai, tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Khoa Cơ Khí của Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên, khích lệ tinh thần để tôi có đủ nghị lực hoàn thành luận văn thạc sĩ

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 5

dụng rộng rãi và quan trọng nhất trong các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam và trên thế giới Với ưu điểm độ tin cậy cao, yêu cầu bảo trì thấp và hiệu suất cao, thường các động cơ này được lắp đặt trong các dây chuyền sản xuất có mức độ tối quan trọng trong nhà máy

Tại nhà máy Đạm Cà Mau có khoảng 30 động cơ điện công suất lớn Với lượng điện năng tiêu thụ của các động cơ này chiếm khoảng 76,25% trên tổng số lượng điện năng tiêu thụ cho cả quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy, xấp xỉ 17MW Khi có bất kỳ sự cố trên thiết bị đều làm ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, gây dừng cụm hoặc toàn bộ nhà máy

Do đó, việc xây dựng quy trình giám sát bảo trì động cơ điện công suất lớn trong nhà máy Đạm Cà Mau trở nên không thể thiếu Nhằm giám sát tình trạng thiết bị thông qua các kỹ thuật như kiểm tra trực quan, giám sát nhiệt độ, rung động, tiếng ồn và tín hiệu dòng điện để giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường trên động cơ Từ đó, chủ động lên kế hoạch bảo trì, khắc phục lỗi tránh các sự cố nghiêm trọng, duy trì nhà máy vận hành ổn định tin cậy Bên cạnh đó, việc giám sát tín hiệu dòng điện cũng đã ứng dụng để đánh giá lỗi lệch tâm trên động cơ, thông qua mô hình thực nghiệm tại xưởng và động cơ cũng đã được mô phỏng trên phần mềm ANSYS – Maxwell để giúp hiểu rõ hơn về sự phân bố mật độ từ thông trong

khe hở không khí giữa rotor và stator

Trang 6

important machines in industrial plants in Vietnam and around the world With the benefits of high reliability, low maintenance requirement and high efficiency, these motors are often installed in the production lines that are neccessary in factories

At Ca Mau Fertilizer Plant, there are about 30 high power electric motors With the power consumption of these motors accounting for about 76.25% of the total amount of electricity consumed for the whole production process of the plant, approximately 17MW When there are any troubles on the equipment, they affect the production process, causing a unit or the whole factory to stop

Therefore, establishing a process to monitor and maintain high power electric motors in Ca Mau Fertilizer Plant becomes indispensable in order to monitor equipment conditions through techniques such as visual inspection, monitoring temperature, vibration, noise and current signals to help detect abnormal signs on motor as soon as possible After that, staff will proactively make a maintenace plan, fix errors to avoid serious problems, and maintain the stable and reliable operation of the plant In addition, the monitoring of the current signals has also been applied to evaluate the eccentricity error on the motor through the experimental model at the factory These signal are also simulated on ANSYS - Maxwell software to help understand better the flux density distribution in the air gap between rotor and stator

Trang 7

kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu của riêng tôi

Nội dung của luận văn có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí, website được liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường đại học Bách Khoa TP.HCM không liên quan đến những vi phạm (nếu có) về tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2022

Lƣ Minh Thừa

Trang 8

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

LỜI CAM ĐOAN v

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Giới thiệu về đề tài 1

1.2 Tổng quan các chương trình nghiên cứu liên quan 1

1.3 Lý do xây dựng quy trình giám sát để bảo trì động cơ điện công suất lớn 4

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH GIÁM SÁT BẢO TRÌ 15

3.1 Phương pháp bảo trì theo tình trạng 15

3.1.1 Giới thiệu 15

3.1.2 Lợi ích của phương pháp 15

3.1.3 Phạm vi áp dụng 16

3.1.4 Lưu đồ trình tự các bước giám sát bảo trì 16

3.1.5 Các bước triển khai trong công tác phối hợp giám sát tình trạng 19

Trang 9

4.1 Lệch tâm 54

4.1.1 Độ dài khe hở không khí 55

4.1.2 Độ từ thẩm của khe hở không khí 59

4.1.3 Mật độ thông lượng khe hở không khí 61

4.1.4 Dòng stator 63

4.1.5 Mô men 67

4.2 Mô Hình thực nghiệm 71

4.3 Quan sát và đánh giá kết quả thực nghiệm 87

4.4 Ứng dụng phần mềm thiết kế động cơ ANSYS – maxwell để mô phỏng từ trường trong khe hở không khí 88

Trang 10

Bảng 3.2 Khả năng chịu nhiệt của vật liệu cách điện 24

Bảng 3.3 Xây dựng dữ liệu cài đặt giới hạn độ rung 36

Bảng 3.4 Phương pháp phân tích chuẩn đoán 38

Bảng 3.5 Phương pháp nhận biết lỗi và giải pháp xử lý 39

Bảng 4.1 Thông số của động cơ 3 pha 73

Trang 11

Hình 1.2 Cấu Hình 3-D của động cơ được mô Hình hóa 2

Hình 1.3 Thuật toán tính toán từ trường khe hở không khí 3

Hình 1.4 Mô hình mạch từ 3

Hình 2.1 Động cơ điện trung thế 7

Hình 2.2 Phần trăm thành phần lỗi trong động cơ cảm ứng xoay chiều 7

Hình 2.3 Phân loại các lỗi trên động cơ cảm ứng 8

Hình 2.4 Các dạng lỗi cuộn dây stator nối sao 9

Hình 2.5 Lỗi về điện 10

Hình 2.6 Lỗi gãy thanh kết nối của động cơ rotor lồng sóc 11

Hình 2.7 Sơ đồ xương cá lỗi về điện 11

Hình 2.8 Khuyết tật trên ổ trục 12

Hình 2.9 Chất bôi trơn bị biến chất quạt MB07601 13

Hình 2.10: Rotor bị cọ xát (quạt MB07605: 450kW, 6.6kV, 988v/p) 14

Hình 2.11 Sơ đồ xương cá lỗi về cơ 14

Hình 3.1 Lưu đồ giám sát tình trạng động cơ công suất lớn 17

Hình 3.2 Giao diện hệ thống giám sát máy động system #1 17

Hình 3.3 Giao diện hệ thống điều khiển mạng điện ECS 18

Hình 3.4 Thành phần chính của hệ thống DCS Đạm Cà Mau 20

Hình 3.5 Các giá trị dữ liệu hiển thị trên hệ thống chuẩn đoán SYSTEM #1 20

Hình 3.6 Đầu dò nhiệt độ lắp đặt trên ổ trục MP04301, 3,3MW, 6,6kV 22

Hình 3.7 Lá thép lõi stator 23

Hình 3.8 Bin dây stator động cơ điện áp 6.6kV 24

Hình 3.9 Các đầu dò nhiệt độ 25

Hình 3.10 Các kiểu nối dây RTD 25

Hình 3.11 Vị trí lắp đặt đầu dò nhiệt trong cuộn dây stator 26

Hình 3.12 Vị trí lắp đặt đầu dò nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt 27

Hình 3.13 Vị trí lắp đặt đầu dò nhiệt độ trên ổ bạc trượt [3] 27

Hình 3.14 Vị trí của đầu dò nhiệt được đưa về hệ thống sustem #1 MB04201 28

Trang 12

Hình 3.18 Thiết bị đo di động SKF 35

Hình 3.19 Thiết bị đo tại hiện trường 35

Hình 3.20 Theo dõi độ rung trên hệ thống system #1 37

Hình 3.21 Phổ rung động gia tốc ổ bi phía NDE có dấu hiệu hư hỏng ca ngoài MP29202B 37

Hình 3.22 Nguồn ồn trong máy điện 43

Hình 3.23 Thiết bị đo ồn 46

Hình 3.24 Ổ bi tốt 47

Hình 3.25 Ổ bi được phát hiện hư hỏng 47

Hình 3.26 Cấu tạo của cuộn dây động cơ trung thế 6.6kV 48

Hình 3.27 Lỗi ngắn mạch pha-pha động cơ MP04301B, 6,6kV 49

Hình 3.28 Rotor bị hỏng thanh bar 50

Hình 3.29 Dãy biên tần số trượt hai lần (2sfs) do thanh rotor bị gãy 51

Hình 3.30 Lệch tâm 52

Hình 4.1 Lệch tâm 55

Hình 4.2 Sự dịch chuyển rotor so với tâm stator 56

Hình 4.3 Tiêu chí dung sai cho các bộ phận của rotor lồng sóc 59

Hình 4.4 Độ lớn sóng hài từ thẩm liên quan đến độ lệch tâm 60

Hình 4.5 Sơ đồ kết nối máy đo MCEmax 71

Hình 4.6 Mô Hình thực nghiệm đánh giá lỗi lệch tâm 72

Hình 4.7 Gối đở cho việc ứng dụng đánh giá độ lệch tâm động 72

Hình 4.8 Phổ tần số dòng điện không lệch tâm ở điều kiện không tải 74

Hình 4.9 Phổ tần số dòng điện lệch tâm 15% ở điều kiện không tải 75

Hình 4.12 Phổ tần số dòng điện lệch tâm 15% ở điều kiện tải 25% 76

Trang 13

Hình 4.24 Phổ tần số dòng điện lệch tâm động ở điều kiện không tải 82

Hình 4.25 Phổ tần số dòng điện lệch tâm động ở điều kiện tải 25% 83

Hình 4.29 Phổ tần số dòng điện lệch tâm động ở điều kiện không tải 85

Hình 4.30 Phổ tần số dòng điện lệch tâm động ở điều kiện 25% tải 85

Hình 4.34 Giao diện màn Hình chính của máy trong RMxprt 89

Hình 4.35 Giao diện lựa chọn máy trong RMxprt 90

Hình 4.36 Cửa sổ quản lý thiết kế động cơ 91

Hình 4.37 Cửa sổ thuộc tính dữ liệu stator 91

Hình 4.38 Cửa sổ kích thước rãnh và mô hình rãnh 92

Hình 4.39 Cửa sổ thuộc tính cuộn dây 92

Hình 4.40 Cửa sổ thuộc tính dữ liệu rotor 93

Hình 4.41 Cửa sổ lựa chọn kích thước rãnh 93

Hình 4.42 Cửa sổ lựa chọn vật liệu 94

Hình 4.43 Cửa sổ lựa chọn thông số động cơ 94

Hình 4.44 Biểu đồ mật độ từ thông trong động cơ 94

Hình 4.45 Dòng điện 3 pha trên cuộn dây động cơ 95

Hình 4.46 Mô men chuyển động trên động cơ 95

Trang 14

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Động cơ điện là một trong những loại máy được sử dụng rộng rãi nhất Trong các cơ sở công nghiệp, gia dụng, thương mại và hầu hết các động cơ điện này thuộc loại động cơ cảm ứng với ưu điểm độ tin cậy cao, yêu cầu bảo trì thấp và có hiệu suất tương đối cao có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt Hơn nữa, phạm vi công suất đa dạng của động cơ điện cảm ứng từ hàng trăm watt đến megawatt, đáp ứng nhu cầu sản xuất của hầu hết các quy trình công nghiệp Trong nhiều trường hợp, động cơ điện là một bộ phận của dây chuyền sản xuất và sự cố đột ngột của động cơ có thể khiến toàn bộ hệ thống ngừng hoạt động Đối với các dây chuyền đơn lẻ không có động cơ dự phòng song song (đảm bảo chi phí đầu tư thấp hơn) yêu cầu về tính sẵn sàng sản xuất cao, đòi hỏi tính khả dụng cao của động cơ

Ở Nhà máy Đạm Cà Mau có gần 800 động cơ điện các loại, trong đó 30 động cơ trung thế với công suất lớn có mức độ ưu tiên tối quan trọng, khi bị sự cố nếu không được xử lý kịp thời trong một khoảng thời gian nào đó sẽ gây dừng phân

xưởng và có khả năng gây dừng nhà máy Do đó việc nghiên cứu xây dựng quy

trình giám sát bảo trì động cơ điện công suất lớn tại Nhà máy Đạm Cà Mau là

cần thiết nhằm giúp cho công tác giám sát, chuẩn đoán và đánh giá sớm các nguyên nhân lỗi trên thiết bị từ đó có đủ thời gian để đưa ra kế hoạch bảo trì phù hợp mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất nhà máy

Trong nghiên cứu [1] đã đưa ra phương pháp phân tích lỗi lệch tâm thông

qua mô Hình hóa động cơ cảm ứng bằng phương pháp phần tử hữu hạn bước thời gian (TSFEM)

Trong phương pháp này, sự phân bố theo không gian của các cuộn dây stator, sự không đồng đều của khe hở không khí do các rãnh của stator và rotor, đặc tính phi tuyến của vật liệu lõi stator và rotor, hiệu ứng bề mặt, độ lệch của các thanh rotor, hiệu ứng đầu cuối của cuộn dây stator và dòng Foucault được tính đến Do đó

Trang 15

các loại lỗi về cơ và điện như lệch tâm, hỏng thanh rotor trong động cơ cảm ứng Có thể được mô Hình hóa để phát hiện và tính toán thông qua việc phân tích sự biến dạng của biên dạng dòng stator và sự biến thiên theo thời gian của biên dạng mô-men xoắn trong động cơ

Hình 1.1 Ảnh mặt cắt 2-D stator, rotor và motor

Hình 1.2 Cấu Hình 3-D của động cơ được mô Hình hóa

Trong nghiên cứu [2] cung cấp giải pháp phát hiện lỗi lệch tâm thông qua

việc phân tích phổ dòng điện

Đối với động cơ cảm ứng phổ dòng điện stator thường chứa nhiều sóng hài có cường độ và tần số khác nhau, và được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau Cụ thể là lực từ động (m.m.f) và sóng hài từ thẩm Sự phân bố mật độ thông lượng được tính là tích số của độ từ thẩm của khe hở không khí và lực từ động khe hở không khí Mỗi sóng hài lực từ động sẽ tương tác với sóng hài từ thẩm để tạo ra một chuỗi các sóng hài với mật độ thông lượng quay có tốc độ, số cực và hướng khác nhau Việc tính toán độ lớn của sóng hài dòng điện cảm ứng thông qua việc phân tích phổ Fourier giúp phát hiện độ lệch tâm không khí giữa rotor và stator

Trang 16

Hình 1.3 Thuật toán tính toán từ trường khe hở không khí

Trong nghiên cứu [3] đã cung cấp mô Hình tính toán lực từ kéo không cân

bằng (UMP) được sinh ra do độ lệch tâm trong động cơ dựa trên phân tích trường ghép điện-từ và mô Hình tính toán được tạo trong phần ANSYS.

Hình 1.4 Mô hình mạch từ

a) Mô hình mạch từ của máy b) Mô hình mạch điện của stator

Ứng dụng phần mềm Ansys cho phép tính toán các lực điện từ tác dụng lên rotor của máy bằng phương pháp ứng suất lực căng Maxwell với chuyển vị ảo bằng 1 tại tất cả các nút của rotor và các chuyển vị ảo bằng 0 tại tất cả các nút của khe hở

Trang 17

không khí Vì lực từ kéo không cân bằng (UMP) là kết quả của lực điện từ tác dụng lên rotor

Với vai trò là một trong những nhà máy cung cấp nguồn phân bón chính cho đồng bằng sông Cửu Long Vùng sản xuất nông nghiệp trọng điểm của khu vực, nên việc duy trì nhà máy Đạm Cà Mau vận hành ổn định, đảm bảo ở tải cao là một trong những nhiệm vụ quan trọng và thách thức đối với đội ngũ kỹ thuật nhà máy Trong đó không thể không nói đến việc xây dựng quy trình giám sát, bảo trì động cơ công suất lớn với lý do hầu hết các động cơ công suất lớn được lắp đặt trong các dây truyền công nghệ Đặc biệt quan trọng và phức tạp là một phần, một bộ phận không thể tách rời với quá trình công nghệ từ việc tổng hợp các thành phần nguyên liệu đầu vào cho đến các quá trình tạo sản phẩm Amonia và Urea hạt đục

Hầu hết lượng điện năng tiêu thụ của các động cơ công suất lớn chiếm khoảng 76.25% trên tổng số lượng điện tiêu thụ cho các hoạt động sản xuất, vì thế khi một trong các động cơ này có vấn đề nó sẽ làm ảnh hưởng đến toàn hệ thống công nghệ, tiêu hao nguyên vật liệu, phế phẩm cho quá trình sản xuất mà ở đây hầu hết là không thu hồi lại được

Một yếu tố đặc biệt quan trọng mà không thể không đề cập đến nếu tình trạng các động cơ điện công suất lớn có vấn đề là yếu tố môi trường, nó sẽ làm tăng lượng khí thải, nước thải ra môi trường từ việc các thiết bị tổng hợp ngừng hoạt động

Ngoài ra khi tình trạng thiết bị có vấn đề mà ở đây là động cơ công suất lớn nó còn làm giảm tuổi thọ của hệ thống thiết bị công nghệ như lò phản ứng, các thiết bị trao đổi nhiệt, các tháp tổng hợp mà đặc biệt là các máy nén do điều kiện và môi trường làm việc thiết bị có sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ, lưu lượng và áp suất

Khi động cơ công suất lớn có vấn đề nó gây ra quá trình gián đoạn sản xuất và đặc biệt nghiêm trọng hơn trong trường hợp hệ thống chỉ có duy nhất một thiết bị Trong tất cả các trường hợp này, tính liên tục của dịch vụ cũng cực kỳ quan

Trang 18

trọng vì sự cố không chỉ gây thiệt hại về tổn thất sản xuất và sửa chữa, mà còn nguy hiểm về mặt ngừng hoạt động của các dịch vụ quan trọng

Do đó việc xây dựng quy trình giám sát bảo trì động cơ điện công suất lớn trong nhà máy Đạm Cà Mau trở nên không thể thiếu Nhằm giám sát tình trạng thiết bị, nâng cao độ tin cậy của máy điện công suất lớn trở nên quan trọng hàng đầu Nâng cao hiệu quả về chi phí sản xuất, giảm phế phẩm, tiêu hao nguyên vật liệu, kéo dài tuổi thọ hoạt động của thiết bị và đó cũng là lý do của việc xây dựng quy trình giám sát bảo trì

 Thiết lập chế độ tồn kho dự phòng an toàn tối ưu

 Đội ngũ vận hành, bảo dưỡng nắm rõ cách thức phối hợp, cách thức thực hiện trong việc ghi nhận, đánh giá chuẩn đoán tình trạng hoạt động của thiết bị

 Duy trì nhà máy vận hành ổn định, tin cậy, đảm bảo tải đầu ra

Trang 19

CHƯƠNG 2 PHÂN VÙNG LỖI TRÊN ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG

Động cơ điện cảm ứng 3-pha rotor lồng sóc là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện năng thành cơ năng Sau đó được cung cấp cho các loại tải khác nhau như bơm, quạt, máy nén v.v Với rất nhiều ưu điểm nên ngày nay thiết bị được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

Cấu tạo:

Gồm có hai bộ phận riêng biệt: Phần cố định (stator) với bộ dây quấn 3 pha lắp đặt vào các rãnh lỗi thép (mỗi pha phân bố trong không gian cách nhau 120 độ) và phần di động (rotor) Giữa stator và rotor được ngăn cách nhau bởi một khoảng không khí (air-gap)

Độ tin cậy của động cơ điện cảm ứng lồng sóc đã được nghiên cứu trong một số cuộc khảo sát như viện nghiên cứu điện năng EPRI (1983), viện kỹ sư điện-điện tử IEEE (1985,1995) Kết quả của các cuộc khảo sát này là hư hỏng ổ trục gây ra gần 50% và hư hỏng cuộn dây stator khoảng 15 đến 35% tất cả các hư hỏng, tùy thuộc vào ứng dụng Tỷ lệ kết hợp của sự cố rotor và trục là khá nhỏ, dưới 10% Tỷ

Trang 20

lệ thiết bị bên ngoài như chất lượng điện năng, mạch công suất là chiếm khoảng 10÷20% [4-5] Phần trăm thành phần lỗi được thể hiện trong Hình 2.2

Hình 2.1 Động cơ điện trung thế

Hình 2.2 Phần trăm thành phần lỗi trong động cơ cảm ứng xoay chiều

Trang 21

Thiết kế động cơ điện thường nhằm mục đích có sự đối xứng về điện và cơ trong stator và rotor để ghép nối tốt hơn và hiệu suất cao hơn Tình trạng lỗi trong động cơ được cho là làm hỏng đặc tính đối xứng và gây ra triệu chứng bất thường trong quá trình vận hành động cơ, các lỗi chính được mô tả như trong Hình 3

Lỗi trên động cơ cảm ứng

Hình 2.3 Phân loại các lỗi trên động cơ cảm ứng

2.2.1 Lỗi về điện

Hở hoặc ngắn mạch trong cuộn dây động cơ

Lỗi hở hoặc ngắn mạch trong cuộn dây động cơ phần lớn do lỗi cách điện cuộn dây bị hỏng Điện trở cách điện thấp dẫn đến rò rỉ hoặc đoản mạch trong các cuộn dây và cuối cùng nó sẽ bị phá vỡ và không tạo ra sự cách ly cần thiết giữa các dây dẫn hoặc cuộn dây động cơ Điện trở ban đầu của cách điện các cuộn dây thường rất cao (≥1000MΩ) Tuy nhiên, sau một thời gian lớp cách điện bắt đầu xuống cấp do nhiễm dầu, hơi ẩm, khí axit, phóng điện cục bộ trong cách điện cuộn dây, rò rỉ trong hệ thống làm mát Ngoài ra điện trở cách điện thấp, lão hóa còn liên quan đến tình trạng quá tải hoặc quá dòng (áp thấp, mất pha) dẫn đến động cơ quá nóng do có dòng điện quá mức chạy bên trong các cuộn dây Dòng điện này thường lớn hơn dòng điện thiết kế mà cuộn dây động cơ có thể chịu đựng một cách hiệu quả và an toàn [6]

Trang 22

Hình 2.4 Các dạng lỗi cuộn dây stator nối sao

Kết nối sai các cuộn dây

Việc đấu dây cho động cơ điện 3 pha đóng vai trò rất quan trọng Nếu như không cẩn thận trong quá trình đấu nối hoặc lựa chọn điện áp đặt vào các cuộn dây động cơ không phù hợp theo nhãn nameplate trên thiết bị của nhà sản xuất thì khi đưa vào sử dụng sẽ gây ra nhiều mối nguy hiểm cho động cơ như cháy cuộn dây, giảm hiệu suất, hỏng tải đầu ra

Điện trở cao tiếp xúc với dây dẫn

Điện trở tỉ lệ với dòng điện chạy trong mạch, vì thế các kết nối điện trở cao trong mạch điện động cơ cảm ứng dẫn đến quá nhiệt cục bộ và gây mất cân bằng điện áp cung cấp, dẫn đến giảm hiệu suất và độ tin cậy thiết bị Khi những vấn đề này trở nên nghiêm trọng hơn, nhiệt độ động cơ tăng và bắt đầu hư hỏng cách điện, làm tăng nguy cơ hỏa hoạn trong hệ thống phân phối điện và động cơ Nếu chúng không được xác định và sửa chữa kịp thời thì sẽ gây ra những ảnh hưởng có hại và dẫn đến hỏng hóc thiết bị Hình 2.5 thể hiện mối nối tiếp xúc trên động cơ

Nối đất sai hoặc không ổn định

Hệ thống điện nối đất sai hoặc không ổn định là một mối quan tâm nghiêm trọng trong hệ thống Ý nghĩa lớn nhất của việc nối đất cho hệ thống và thiết bị là

Trang 23

làm sao phải đảm bảo cho người và thiết bị không bị ảnh hưởng khi có sự cố xảy ra Đối với động cơ nếu hệ thống nối đất không được giải quyết đúng cách nó còn có thể dẫn đến cách điện động cơ sớm bị hư hỏng do ứng suất điện áp cao hơn có trên hệ thống cách điện và với điều kiện điện áp cao sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ trong quá trình vận hành

Hình 2.5 Lỗi về điện a) Ngắn mạch cuộn dây b) Tiếp xúc không tốt

Thanh rotor và vòng cuối bị hỏng

Gãy thanh rotor hay vòng cuối là một trong những lỗi thường gặp trong động cơ cảm ứng và thường liên quan đến ứng suất nhiệt do quá tải và mất cân bằng nhiệt, ứng suất từ do lực điện từ, lực kéo từ không cân bằng, nhiễu điện từ và rung động, ứng suất dư trong quá trình chế tạo và ứng suất môi trường gây ra bởi nhiễm bẩn và mài mòn vật liệu rotor do hóa chất hoặc độ ẩm Nếu một hoặc nhiều thanh rotor hay vòng cuối bị gãy, các thanh khỏe mạnh buộc phải mang thêm dòng điện dẫn đến hư hỏng lõi rotor do nhiệt độ cao liên tục ở vùng lân cận của các thanh bị hỏng Các thanh bị gãy gây ra dao động mô-men xoắn và tốc độ trong rotor, gây ra mòn sớm các ổ trục và các bộ phận dẫn động khác Nếu có đủ các thanh rotor\ bị hỏng, động cơ có thể không khởi động được từ đó khiến động cơ bị hư hỏng nặng nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời [7]

Trang 24

Hình 2.6 Lỗi gãy thanh kết nối của động cơ rotor lồng sóc

Hình 2.7 Sơ đồ xương cá lỗi về điện

2.2.2 Lỗi về cơ

Lỗi ổ trục

Ổ trục là một trong những thành phần máy móc đóng một vai trò rất quan trọng vì nó chi phối hiệu suất của máy Nếu một trong các ổ trục bị hỏng, không chỉ có máy mà cả dây chuyền sản xuất cũng phải dừng lại và chi phí phát sinh có thể rất cao Hầu hết các ổ trục trong các cơ sở công nghiệp đều chạy trong điều kiện không lý tưởng và chịu mỏi, rung động cơ học xung quanh, quá tải, lệch trục, nhiễm bẩn, ăn mòn và bôi trơn sai Các điều kiện không lý tưởng này bắt đầu như các khuyết tật

Trang 25

biên lan rộng và lan truyền trên rãnh trong, rãnh ngoài và các phần tử con lăn Sau một thời gian, khuyết tật trở nên đáng kể và tạo ra rung động cơ học gây ra tiếng ồn âm thanh Về cơ bản, lỗi ổ trục có thể được phân loại là rãnh ngoài, rãnh trong, lỗi bi và lỗi lồng là những nguyên nhân chính gây ra rung động máy [12]

(a) Khuyết tật rãnh ngoài (b) Khuyết tật rãnh trong

Hình 2.8 Khuyết tật trên ổ trục

Cong trục

Sự uốn cong trong trục có thể được phát triển theo một số cách, chẳng hạn như do nhão, biến dạng nhiệt hoặc một lực mất cân bằng lớn Trục cong tạo ra hư hỏng không được dự đoán của máy quay như rung động quá mức và có thể dẫn đến thiệt hại kinh tế đáng kể

Lỗi do bôi trơn

Bôi trơn là một trong những yếu tố quan trọng nhất Quyết định hiệu suất của ổ trục và được sử dụng giữa các bề mặt tiếp xúc, để giữ cho các bộ phận chuyển động liên tục với mục đích giảm ma sát, chống mài mòn vật liệu, tản nhiệt, loại bỏ các hạt mài mòn rắn và chất gây ô nhiễm, chống ăn mòn, tăng hiệu quả làm kín của các vòng đệm Quá trình hoạt động và tuổi thọ của ổ trục sẽ phụ thuộc rất nhiều vào việc sử dụng hệ thống dầu bôi trơn và phương pháp bôi trơn

Các yếu tố gây hỏng hóc phổ biến nhất đối với ổ do dầu mỡ bôi trơn: Chất bôi trơn không phù hợp, thiếu chất bôi trơn, chất bôi trơn dư thừa, điều kiện hoạt động quá nóng, nhiễm chất gây ô nhiễm rắn, nhiễm ẩm, trộn lẫn các chất bôi trơn

Trang 26

khác nhau, các chất gây ô nhiễm khác Vì vậy để đảm bảo cho ổ trục hoạt động hiệu quả, kéo dài tuổi thọ cần có sự lựa chọn chất bôi trơn cũng như phương pháp bôi trơn phù hợp

Trang 27

Hình 2.10: Rotor bị cọ xát (quạt MB07605: 450kW, 6.6kV, 988v/p) tại nhà máy Đạm Cà Mau

Hình 2.11 Sơ đồ xương cá lỗi về cơ

Trang 28

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH GIÁM SÁT BẢO TRÌ

3.1.1 Giới thiệu

Bảo trì dựa trên tình trạng (PdM) có thể được xem là một hệ thống theo dõi sản xuất trực tuyến Trong đó mối quan tâm chính là an toàn trong quá trình vận hành PdM sẽ làm giảm sự cố các máy móc thông qua dự đoán, xác định vị trí các bộ phận lỗi của máy và ước tính tình trạng của máy Dữ liệu được thu thập chính xác từ các thông số được theo dõi bao gồm thông số của các quá trình, độ rung, nhiệt độ, điện áp và dòng điện PdM cho phép nhân viên bảo trì đạt được các biện pháp khắc phục cần thiết vào thời điểm thích hợp trước khi xảy ra sự cố Bên cạnh đó việc theo dõi trực tuyến các máy móc cũng được thực hiện khi máy đang hoạt động Điều này không chỉ làm giảm thời gian bị dừng của thiết bị mà còn tận dụng thời gian của nhân viên một cách hiệu quả thông qua việc bố trí phụ tùng thay thế kịp thời, do đó cho phép tiến hành bảo trì vào thời điểm thích hợp Tất cả các yếu tố nói trên tạo thành các yếu tố thiết yếu trong việc giảm chi phí sản xuất

3.1.2 Lợi ích của phương pháp

Những ưu điểm đạt được khi áp dụng chiến lược bảo trì giám sát tình trạng

PdM (Predictive Maintrenance or Condition – Based maintenance) bao gồm:  Đảm bảo thời gian hoạt động dài hơn

 Giảm số lượng sự cố ngoài kế hoạch  Giảm tổng chi phí bảo trì

 Tăng cường an toàn cho người vận hành và thiết bị  Nâng cao hiệu quả sản xuất

 Giảm tồn kho phụ tùng thay thế

 Cải thiện độ tin cậy và tính sẵn sàng của máy  Cải thiện hiệu suất và năng suất của máy móc

Trang 29

Chiến lược giám sát tình trạng PdM có khả năng cung cấp thông tin chính xác liên quan đến trạng thái của máy móc, dự đoán nhu cầu bảo trì trước khi hư hỏng hoặc hỏng hóc nghiêm trọng trên động cơ Điều này phải có sự kết hợp phát hiện rõ ràng về vị trí lỗi và chuẩn đoán cộng với ước tính tuổi thọ của máy

3.1.3 Phạm vi áp dụng

Ngày nay phương pháp bảo trì theo tình trạng được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp lớn ở Việt Nam Đặc biệt ở các nhà máy khâu sau của ngành Dầu khí như Đạm Cà Mau, Đạm Phú Mỹ, Nhà máy Lọc hóa dầu Bình Sơn và các Nhà máy điện lực dầu khí…

3.1.4 Lưu đồ trình tự các bước giám sát bảo trì

Giám sát, đánh giá chẩn đoán tình trạng động cơ công suất lớn tại nhà máy Đạm Cà Mau là một phần trong chương trình bảo trì, bảo dưỡng tại nhà máy Quá trình mà các thông số của thiết bị được giám sát liên tục tương ứng với từng phân vùng lỗi cụ thể trên động cơ Nếu có bất kỳ thay đổi nào so với các hoạt động thông thường xảy ra, chúng có thể chỉ ra những hỏng hóc hiện tại hoặc trong tương lai Điều này sẽ cung cấp cho người giám sát có cái nhìn sâu sắc về trạng thái của thiết bị, từ đó có kế hoạch cụ thể cho việc kiểm soát nhằm ngăn ngừa được những hư hỏng không mong muốn có thể xảy ra Hình 3.1 đưa ra lưu đồ giám sát tình trạng

Hệ thống các động cơ điện công suất lớn tại nhà máy điều được giám sát liên tục 24/24 thông qua hệ thống giám sát máy động system #1 và hệ thống điều khiển mạng điện (ECS) Với hệ thống system #1 đây là hệ thống điều khiển phân tán (DCS) với các trạm vận hành (OS) được đặt tại phòng điều khiển trung tâm và tại đây các thông số như về độ rung, nhiệt độ trên động cơ đều được đưa về hệ thống để phục vụ cho quá trình giám sát, chẩn đoán Với hệ thống điều khiển mạng điện (ECS) dùng để giám sát và điều khiển hệ thống cung cấp điện của nhà máy Các thông số như điện áp, dòng điện, tần số, hệ số công suất được hiển thị Khi có bất kỳ sự thay đổi nào về mặt thông số vận hành cũng như tình trạng làm việc của thiết bị đều được người giám sát vận hành kiểm tra, đánh giá so sánh với giá trị tham chiếu (set point) để từ đó đưa ra những yêu cầu cho nhóm đánh giá chẩn đoán tìm nguyên nhân gốc

Trang 30

Giá trị tham chiếu

Giá trị thực tếGiám sát

xu hướng

Phát hiện thay đổi?

Chẩn đoán

Chẩn đoán nguyên nhân?

Yêu cầu

hành động? Cảnh báo?

Kết thúckhông

Cảnh báo

Hành động

Hình 3.1 Lưu đồ giám sát tình trạng động cơ công suất lớn

P07602 Circle Pump for Dust ScubberB07603 Induced Fan

for Dust Scrubber

B07605 Forced Fan for Product CoolerB07602 Forced Fan for

Fluiding AirB07601 Forced Fan for

a) Dao diện MB07601 b) Dao diện MB07603 c) Dao diện quạt B07602d) Dao diện MB07605 e) Dao diện MP07602

Trang 31

Hình 3.3 Giao diện hệ thống điều khiển mạng điện ECS

Nhiệm vụ đầy thách thức tiếp theo là xác định nguyên nhân của sự thay đổi Nhóm đánh giá chuẩn đoán phối hợp với đơn vị bảo dưỡng tiến hành thực hiện việc đo đạt thu thập số liệu, ghi nhận các biểu đồ về xu hướng thay đổi trước đó, đánh giá chuyên sâu tương ứng với phân vùng và các điều kiện vận hành công nghệ Kết quả đánh giá cũng được so sánh với các tiêu chuẩn tham chiếu IEC, IEEE, ISO, các dữ liệu bảo trì thiết bị và các hỏng hóc trước đó (nếu có) Để từ đó xác định xem liệu những thay đổi, nó có tạo thành mối đe dọa đối với hoạt động liên tục, tin cậy của máy hay không

Nhiệm vụ thứ hai của nhóm là thách thức nhất trong lĩnh vực giám sát tình trạng, dự đoán trạng thái của máy sẽ như thế nào trong tương lai gần (tiên lượng) Để từ đó có thể đưa ra những cảnh báo cho người vận hành hoặc các hành động khắc phục (nếu có) để lên kết hoạch vật tư, nhân lực, công cụ, dụng cụ cho công tác xử lý

Việc thực hiện cũng được cụ thể hóa thành từng bước tương ứng với từng hoạt động như bảo dưỡng định kỳ, bảo dưỡng sửa chữa đột xuất, bảo dưỡng sửa chữa khẩn cấp Qua đó sẽ giúp cho việc đánh giá cũng như việc phối hợp được chặt chẽ hơn giữa các đơn vị trong nhà máy

Trang 32

3.1.5 Các bước triển khai trong công tác phối hợp giám sát tình trạng

Bước 1: Hàng ca, nhân sự các xưởng vận hành sẽ theo dõi thông tin tình trạng,

thông số vận hành của thiết bị trên hệ thống điều khiển phân tán, đo đạc, ghi nhận các âm thanh bất thường, thông số độ rung vận tốc/gia tốc cơ bản bằng máy đo cầm tay đối với các thiết bị không có đầu dò giám sát trực tuyến vào nhật ký Vận hành sẽ báo cáo tình trạng bất thường của thiết bị thông qua ca trực hoặc liên hệ trực tiếp nhóm phụ trách PdM trong trường hợp khẩn cấp

Bước 2: Kỹ thuật viên PdM thực hiện đo đạc định kỳ theo chiến lược bảo dưỡng

sửa chữa, theo dõi thường xuyên các thiết bị đang có vấn đề hư hỏng ở mức cảnh báo và thực hiện các đánh giá sơ bộ tình trạng thiết bị đề xuất giải pháp xử lý Hàng

tuần, phụ trách PdM sẽ thực hiện báo cáo tình trạng các thiết bị được giám Phụ

trách PdM sử dụng các máy công cụ đo như Microlog-Analyzer-AX-CMXA-80 cho việc giám sát rung động, Emax cho việc giám sát tín hiệu dòng điện trên động cơ để thu thập dữ liệu theo phiếu yêu cầu thực hiện công việc (WO), đổ dữ liệu vào phần

mềm quản lý dữ liệu PdM, thực hiện cập nhật tình trạng thiết bị

Bước 3: Đánh giá toàn diện các thông số của thiết bị khi có hư hỏng quan trọng, áp

dụng các công nghệ chuẩn đoán sớm các hư hỏng, mức độ hư hỏng, ước lượng vòng đời các phần tử bị lỗi Tìm ra nguyên nhân hư hỏng đề xuất giải pháp xử lý, thời điểm dừng thiết bị, chuẩn bị vật tư, nhân sự để thực hiện sửa chữa

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong những năm gần đây Lĩnh vực giám sát tình trạng động cơ đang trở thành một thực tiễn cần thiết, để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của các nhà máy công nghiệp hiện đại với mức độ tự động hóa rất cao Nhiều công nghệ đã được thực hiện để bảo vệ thiết bị và phát hiện nguyên nhân gây ra sự cố kể từ khi thiết lập hệ thống Nhiều loại thiết bị bảo vệ khác nhau đã được sử dụng để theo dõi tình trạng sức khỏe của máy, nhưng chung quy lại các kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất được mô tả bên dưới

Trang 33

Hình 3.4 Thành phần chính của hệ thống DCS Đạm Cà Mau

Đây là hệ thống điều khiển phân tán có chức năng vận hành, điều khiển, giám sát, theo dõi trend, alarm của thiết bị 24/24 Tại đây các thông số của động cơ như nhiệt độ, độ rung, cường độ điện đều được người vận hành theo dõi ghi nhận Nếu có bất kỳ sự dao động nào và cần có sự đánh giá chuyên sâu về phổ, nhóm kỹ sư chuyên môn sẽ quan sát trên hệ thống System #1

Hình 3.5 Các giá trị dữ liệu hiển thị trên hệ thống chuẩn đoán SYSTEM #1

Trang 34

3.2.1 Kiểm tra trực quan

Kiểm tra bằng mắt là một thực hành cơ bản và là kỹ thuật PdM được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp Nó được tiến hành bởi những vận hành viên hoặc cá nhân có kinh nghiệm Những người này sẽ kiểm tra trực quan động cơ để đánh giá thực tế tình trạng của nó và để phát hiện bất kỳ sự xuống cấp, hư hỏng hoặc thay đổi tiềm ẩn nào về Hình thức bên ngoài Các công cụ và thiết bị cầm tay có thể được sử dụng để kiểm tra bằng mắt, nhằm thu được kết quả chính xác và đáng tin cậy hơn Cũng như giúp người kiểm tra các bộ phận không rõ ràng hoặc không nhìn thấy trực tiếp

Kiểm tra trực quan cung cấp thông tin tức thì về tình trạng máy móc Những bất lợi chính của việc kiểm tra bằng mắt bao gồm:

 Kiểm tra trên cơ sở riêng lẻ, các vận hành viên kiểm tra khác nhau có thể cung cấp các báo cáo khác nhau trên cùng một động cơ vì mọi người có các kỹ năng, nền tảng và kiến thức khác nhau

Tuy nhiên, nhấn mạnh rằng việc kiểm tra trực quan máy móc và hệ thống là rất quan trọng và phải được thực hiện thường xuyên trong nhà máy Vì nó có thể phát hiện các vấn đề tiềm ẩn như vết nứt, ăn mòn và rò rỉ mà các kỹ thuật PdM khác có thể bỏ sót Việc kiểm tra bằng mắt thường xuyên đối với tất cả các máy móc quan trọng sẽ tăng cường toàn bộ hệ thống giám sát tình trạng và phát hiện các lỗi tiềm ẩn trước khi có thể xảy ra hư hỏng nghiêm trọng

Trang 35

3.2.2 Giám sát nhiệt độ

Phương pháp đo nhiệt độ hoặc theo dõi nhiệt độ được thực hiện bằng cách sử dụng các cảm biến để theo dõi ở các khu vực cụ thể như cuộn dây dẫn stator, ổ trục và chất lỏng làm mát của các máy điện lớn Các phép đo cho biết các thay đổi tổng thể đang diễn ra trong máy nhưng chúng cực kỳ hiệu quả nếu được gắn và giám sát ở các vị trí được lựa chọn cẩn thận Khi phép đo nhiệt độ được kết hợp với thông tin về tải và điều kiện môi trường xung quanh của máy, nó cung cấp thông tin giám sát có giá trị Đối với ổ trục thường nhiệt độ được theo dõi cùng với cảm biến rung động, phép đo nhiệt độ cung cấp cách tiếp cận tiêu chuẩn để đánh giá và ước tính tình trạng của máy

Hình 3.6 Đầu dò nhiệt độ lắp đặt trên ổ trục MP04301, 3,3MW, 6,6kV

3.2.2.1 Đặc tính vật liệu và nhiệt độ chịu đựng trong máy điện

Các mạch từ và mạch điện cần thiết cho các máy điện yêu cầu vật liệu có độ từ thẩm cao và điện trở suất thấp và chúng thường được làm bằng kim loại Các kim loại có tính chất từ và điện tốt khi sử dụng cho động cơ thì không nhất thiết phải có độ bền cơ học cao Tuy nhiên các mạch từ và điện của máy phải chịu các tải cơ học tác động lên chúng bằng cách truyền năng lượng qua khe hở không khí (airgap) Hơn nữa các mạch từ và mạch điện phải được ngăn cách bằng các vật liệu cách điện, chẳng hạn như film, sợi và nhựa thông Những vật liệu này thậm chí còn có tính chất cơ học yếu hơn Do đó ngay từ đầu người thiết kế cố gắng lựa chọn các vật liệu thép điện, vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện để đáp ứng môi trường làm

Trang 36

việc cũng như chế độ vận hành của thiết bị nhằm đảm bảo nằm trong giới hạn của nhiệt độ cho phép

Bảng 3.1 Tính chất cơ học của vật liệu dùng trong máy điện

Hình 3.7 Lá thép lõi stator

Bên cạnh đó, việc truyền năng lượng chắc chắn bao gồm sự tiêu tán nhiệt bởi tổn hao đồng trong mạch điện, bởi dòng điện xoáy và tổn hao từ trễ trong mạch từ Hiệu suất của các vật liệu cách điện ngăn cách các mạch này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và bị suy giảm nhanh chóng ở nhiệt độ cao hơn Giới hạn đánh giá của máy điện được thiết lập bởi nhiệt độ tối đa cho phép đối với vật liệu cách nhiệt

Trang 37

Bảng 3.2 Khả năng chịu nhiệt của vật liệu cách điện

Y 90 Vật liệu sợi tự nhiên, bông, lụa, giấy, gỗ mà không cần ngâm tẩm

A 105

Vật liệu sợi tự nhiên, bông, lụa, giấy và gỗ được ngâm tẩm, tráng hoặc ngâm trong chất lỏng điện môi như dầu

E 120

Dây được ngâm tẩm hoặc tráng men bằng nhựa tổng hợp không chứa các vật liệu dạng sợi như bông, lụa hoặc giấy nhưng bao gồm các phenol, alkyd và leatheroid

B 130

Sự kết hợp giữa mica, thủy tinh và giấy với liên kết hữu cơ tự nhiên, các chất ngâm tẩm hoặc phủ bao gồm nhựa shellac, bitum và polyester

F 155

Sự kết hợp của mica, thủy tinh, phim và giấy với các chất liên kết vô cơ tổng hợp, ngâm tẩm hoặc phủ bao gồm nhựa epoxy và polyester

H 180

Kết hợp mica, giấy, thủy tinh hoặc amiăng với các chất liên kết tổng hợp, ngâm tẩm hoặc phủ bao gồm nhựa epoxy, polymide và silicone

C 220

Sự kết hợp của amiăng, mica, thủy tinh, sứ, thạch anh hoặc các silicat khác có hoặc không có liên kết tổng hợp nhiệt độ cao, chất ngâm tẩm hoặc phủ bao gồm silicone

Hình 3.8 Bin dây stator động cơ điện áp 6.6kV

3.2.2.2 Phương pháp đo nhiệt độ

Giới hạn đánh giá của động cơ điện được thiết lập bởi nhiệt độ tối đa cho phép đối với vật liệu Do đó việc đo nhiệt độ rất quan trọng trong việc giám sát các động cơ điện và tại nhà máy Đạm Cà Mau có các phương pháp tiếp cận sau:

Trang 38

 Đo nhiệt độ sử dụng đầu dò nhiệt điện trở (RTD)

 Cặp nhiệt điện (Thermocouple T/C)

 Nhiệt kế không tiếp xúc hay nhiệt kế hồng ngoại

Hình 3.9 Các đầu dò nhiệt độ

Các thiết bị RTD thường được chế tạo với điện trở cơ bản là 100 Ohm ở 0◦C và có ưu điểm là tuyến tính trên một phạm vi hoạt động rộng, có độ chính xác rất tốt và là lựa chọn thông thường của các nhà sản xuất máy điện để chèn giữa các dây dẫn, cuộn dây trong các khe máy Chúng thường được sử dụng trong cấu Hình ba dây và bốn dây của cầu Wheatstone

Các cách nối từ nhiệt điện trở đến converter tại nhà máy Đạm Cà Mau:

 Cách nối 3: Dây có thể sử dụng khi kéo ra đến converter cách xa 600m Cách kết nối này dùng dây bù đã loại bỏ được điện trở dây trong mạch cầu, kết quả đo là chính xác

 Cách nối 4: Dây cho kết quả chính xác và được sử dụng trong các phòng thí nghiệm

Hình 3.10 Các kiểu nối dây RTD a) Mạch kết nối 3 dây b) Mạch kết nối 4 dây

Trang 39

3.2.2.3 Đo nhiệt độ cục bộ

Để giám sát quá trình hoạt động của các máy điện công suất lớn Các đầu dò nhiệt độ như RTD, thermocouple thường được lắp đặt vào trong cuộn dây stator, lõi stator và trên các gối đở của vòng bi Để theo dõi tình trạng cũng như việc bảo vệ các phần tử của thiết bị trong quá trình vận hành Hầu hết các sự cố về cách điện gây ra bởi sự suy giảm dần của lớp cách nhiệt do hoạt động lâu dài ở nhiệt độ cao Sự suy giảm nhiệt là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra hỏng hóc cho các máy làm mát bằng không khí Tỷ lệ hư hỏng phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động của vật liệu cách nhiệt và thời gian ở nhiệt độ đó Nhiệt độ càng cao hoặc hoạt động ở nhiệt độ đó càng lâu thì lớp cách nhiệt càng bị suy giảm Vì vậy hầu như tất cả các cuộn dây stator trên vài trăm kilowatt đều được trang bị cảm biến nhiệt độ Trong hầu hết các cảm biến này được kết nối với các thiết bị bảo vệ để cảnh báo tình trạng thiết bị khi có nhiệt độ rất cao Nhân viên bảo trì cũng có thể chuẩn đoán một số quá trình hỏng hóc nhất định đang xảy ra thông qua thông tin về nhiệt độ Phần này đánh giá cách sử dụng tốt hơn các bộ phận theo dõi nhiệt độ hiện có trong động cơ để trích xuất thông tin chẩn đoán [9]

Hình 3.11 Vị trí lắp đặt đầu dò nhiệt trong cuộn dây stator

Được gắn giữa phần khe của các dây dẫn (T1) Được gắn trong lõi ghép của các lá thép stator (T2)

Được gắn trên các bộ phận có khả năng nóng như tấm áp suất (T3) Đặt vào dây dẫn ở phần cuối cuộn dây (T4)

Trang 40

Hình 3.12 Vị trí lắp đặt đầu dò nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt

Nước hoặc không khí vào bộ trao đổi nhiệt (T1) Nước hoặc không khí đi ra từ bộ trao đổi nhiệt (T2) Khí vào tuần hoàn trong máy qua bộ trao đổi nhiệt (T3) Khí thoát ra từ máy đến bộ trao đổi nhiệt (T4)

Nhiệt độ vòng bi (T5)

Hình 3.13 Vị trí lắp đặt đầu dò nhiệt độ trên ổ bạc trượt

Nhiệt độ vòng bi (T)