Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 49 Politechniki rocławskiej Nr 49 Studia i Materiały Nr 1 000 Stanisław LEANDOSKI*, Zbigniew STACHOICZ* elektrotechnika, maszyny elektryczne, hydrogeneratory, diagnostyka, badania izolacji YNIKI ZASTOSOANIA NOOCZESNYCH METOD DIAGNOSTYCZNYCH DLA HYDROGENERATORÓ Uszkodzenie generatora podczas rutynowej próby napięciowej w 1994 r. stało się powodem do zmiany stosowanych metod diagnostycznych, a zwłaszcza wprowadzenia pomiarów wyładowań niezupełnych off-line i nowoczesnych systemów monitorowania stanu hydrogeneratorów on-line. Pierwsze wyniki pomiarów przy użyciu nowoczesnego analizatora wyładowań niezupełnych przeprowadzonych na największych hydrogeneratorach były alarmujące, co wraz z wynikami inspekcji wizualnej stało się podstawą decyzji o rozpoczęciu przezwajania generatorów. Podczas kilku lat stosowania nowoczesnych metod diagnostyki off-line i on-line zebrano doświadczenie, które pozwala opóźnić przezwojenie kolejnych generatorów przy zastosowaniu strategii predyktywnego utrzymania i odtworzenia generatorów. referacie zaprezentowano aktualne wyniki oraz porównanie kilku metod diagnostycznych. 1. PROADZENIE Elektrownie Szczytowo-Pompowe S.A. są spółką akcyjną założoną w 1994 r. Głównym akcjonariuszem są Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A. Całkowita moc zainstalowana w elektrowniach będących własnością ESP S.A. wynosi 1490 M, co stanowi ponad 70% mocy zainstalowanej w polskiej energetyce wodnej. ESP S.A. posiada dwie największe elektrownie wodne w Polsce, tj. ESP Żarnowiec o mocy 716 M oraz Porąbka-Żar o mocy 500 M. Najważniejsze dane generatorów tych elektrowni zamieszczono w tabeli 1. czerwcu 1994 roku podczas rutynowej próby wysokonapięciowej został uszkodzony generator nr 3 w elektrowni Porąbka-Żar. Analiza cewek wyjętych ze stojana wykazała zniszczoną powłokę półprzewodzącą (ochronę przeciwjarzeniową) spowodowaną działaniem szczelinowych wyładowań niezupełnych. Stwierdzono również, że z tego samego powodu znacznej degradacji uległa także izolacja główna. Generator został naprawiony poprzez przezwojenie stojana tymi samymi cewkami po uprzednim zregenerowaniu jej powłoki półprzewodzącej. Z oczywistych przyczyn naprawa ta musiała zostać wykonana jako doraźna i nie może być skuteczna na długi czas z powodu * Elektrownie Szczytowo-Pompowe S.A., Czymanowo, 84-50 Gniewino.
15 zaawansowanej degradacji izolacji głównej. Powszechnym problemem dla generatorów zainstalowanych w ESP Żar jest słabe klinowanie uzwojeń, wymagające wykonywania częstych korekt. ystępują także duże trudności z wymianą uszkodzonych cewek; podczas wykonywania tej operacji często ulegała uszkodzeniu izolacja w wyniku dodatkowych naprężeń, jakie powstają przy demontażu i montażu cewek. ady te nie mogły być usunięte w ramach wykonanej naprawy. Tabela 1. ybrane dane techniczne hydrogeneratorów elektrowni Żarnowiec i Porąbka-Żar Elektrownia Szczytowo- Żarnowiec Porąbka-Żar Pompowa: Liczba generatorów 4 4 Rok oddania do eksploatacji 1983 1978 Moc generatora 09 MA, 179 M 150 MA, 15 M Napięcie znamionowe 15,75 k 13,8 k Obroty znamionowe 166,7 obr/min 600 obr/min Średnica wirnika 10700 mm 480 mm Rodzaj uzwojeń stojana Pręty Roebla Cewki **) Rodzaj izolacji uzwojeń stojana Resin-rich *) Resin -rich Liczba gałęzi uzwojeń na fazę 4 5 *) Generator nr 1w ESP Żarnowiec w 1997 r. został przezwojony w technologii Micadur. **) Generator nr 3, ESP Porąbka Żar został przezwojony w 1999 r. uzwojeniami prętowymi. Po tym zdarzeniu zadecydowano, aby przeprowadzić pomiary wyładowań niezupełnych off-line na wszystkich największych hydrogeneratorach. yniki pomiarów były bardzo alarmujące. Poziom wyładowań niezupełnych w uzwojeniach ośmiu największych generatorów okazał się bardzo wysoki. yniki pomiarów generatorów w Żarnowcu były nawet gorsze niż w elektrowni Porąbka-Żar. Pierwsze wnioski odnoszące się do generatorów obu elektrowni były następujące: próby wysokonapięciowe generatorów są bardzo ryzykowne i należy z nich zrezygnować, ryzyko awarii będzie wzrastać i w celu jego uniknięcia przezwojenie będzie w przyszłości niezbędne. Elektrownie szczytowo-pompowe Żarnowiec i Porąbka-Żar produkują prawie 90% energii sprzedawanej na rynku systemowym przez ESP S.A., a rezerwa mocy operatywnej z tych elektrowni stanowi ponad 90% rezerwy mocy stawianej do dyspozycji przez ESP S.A. Awaria generatora w tych elektrowniach byłaby równoznaczna z utratą istotnej dla firmy części przychodów, dlatego też konieczne było podjęcie pilnych decyzji i opracowanie nowej strategii utrzymania i odtworzenia generatorów. Ze względów ekonomicznych nie jest wskazane przezwojenie więcej niż jednego wielkiego generatora w roku. Oznacza to, że program odtworzenia może potrwać co najmniej osiem lat. takim długim okresie ryzyko awarii jest w świetle wyników badań diagnostycznych dość wysokie. Fakty te uwarunkowały następujące główne założenia przyjętej strategii, z której wynikają poniższe zalecenia:
celu utrzymania wysokiej dyspozycji rezerwy mocy należy w trybie pilnym dokonać przezwojenia generatorów o udokumentowanym najgorszym stanie izolacji (w ESP Żar hydrogenerator nr 3, w ESP Żarnowiec hydrogenerator nr 1). Operację przezwojenia hydrogeneratora w ESP Żar należy połączyć z modernizacją uzwojeń polegającą na zastąpieniu uzwojenia cewkowego uzwojeniem prętowym. Należy utrzymywać rezerwową ilość prętów pozwalającą przeprowadzić w trybie natychmiastowym pełne przezwojenie generatora po ewentualnej awarii. Należy zastosować rozwinięte metody diagnostyczne on-line i off-line umożliwiające pozyskiwanie informacji o szybkości postępowania procesu degradacji uzwojeń. Informacje te powinny z wymaganą precyzją umożliwić podjęcie decyzji o przezwojeniu wskazanej jednostki i w miarę możliwości określić graniczny czas jej wyłączenia. Odpowiednie systemy diagnostyczne powinny zostać zainstalowane zarówno na generatorach niezmodernizowanych, jak i zmodernizowanych. toku realizacji powyższej strategii najwięcej interesujących doświadczeń zebrano w elektrowni Żarnowiec. Jest to związane z tym, że na generatorach tej elektrowni była możliwość zainstalowania systemu monitorowania Hydroscan, natomiast dla hydrogeneratorów szybkoobrotowych, takich jak w ESP Porąbka-Żar do tej pory nie zaoferowano takiego systemu. Tematem kolejnych rozdziałów są zatem głównie doświadczenia z elektrowni Żarnowiec. 153. DIAGNOSTYKA OFF-LINE YŁADOAŃ NIEZUPEŁNYCH ESP ŻARNOIEC Pomiary wyładowań niezupełnych off-line są prowadzone przez Instytut Energetyki w Poznaniu przy użyciu urządzenia Haefely TEAS570. Metoda ta tworzy cyfrowy zapis wyników, tzw. odcisk palca i może klasyfikować defekty układu izolacyjnego na podstawie komputerowej analizy podobieństwa. Jak wspomniano wyżej, wyniki pierwszych pomiarów generatorów elektrowni Żarnowiec były alarmujące. Poziom wyładowań niezupełnych (wnz) na wszystkich maszynach był wysoki: na generatorze nr 1 najwyższy, a na generatorze nr 3 najniższy. Z obserwacji tej wywnioskowano, że pomierzony wysoki poziom wnz nie jest skutkiem normalnego starzenia się izolacji uzwojeń. Dla rozpoznania charakteru degradacji izolacji uzwojeń wyjęto trzy pręty stojana z jednego z generatorów w celu dokonania szczegółowych pomiarów oraz inspekcji wizualnej. Dla porównania przebadano dziesięć prętów rezerwowych, dotychczas nie instalowanych w generatorach. Badania wykazały, że część prętów ma defekty produkcyjne wewnętrznej ochrony przeciwjarzeniowej, czyli warstwy półprzewodzącej pomiędzy miedzią a izolacją główną. Po latach pracy warstwa półprzewodząca w wadliwych prętach uległa całkowitemu zniszczeniu. Jest to główna przyczyna wysokiego poziomu wyładowań. Z diagnozy takiej wynika wniosek, że przy tym rodzaju defektu nie ma wprawdzie bardzo dużego ryzyka awarii w krótkim czasie, ale jedynie przezwojenie stojana może wyeliminować problem. Dalsze badania i pomiary potwierdziły, że generator nr 1 jest w
154 gorszym stanie od pozostałych. Na tej podstawie podjęto decyzję o przezwojeniu stojana w 1997 roku. Prócz obniżenia ryzyka decyzja ta miała także dodatkowe cele: szczegółowe badania wymontowanych prętów pozwolą na wykonanie dokładniejszej analizy stanu układu izolacyjnego i mechanizmów degradacji, przed podjęciem decyzji o przezwojeniu kolejnego generatora należy się upewnić, że technologia nowego układu izolacyjnego jest właściwa. Generator nr 1 Tabela. Zestawienie wyników pomiarów izolacji metodami off-line Data pomiarów 06.1996 r. przed przezwoj. 08.1997 r. po przezwojeniu Faza U U U U 10.1999 r. U U nr 08.1995 r. U U 1.1996 r. U U 11.1999 r. U U nr 3 06.1995 r. U U 05.1997 r. U U 11.1999 r. U U nr 4 08.1995 r. U U Rezystancja izolacji R60/R15 MΩ 1400/470 1300/460 100/440 480/00 113,/68,9 109,4/67,3 109,3/67,5 6,4/6, 75/56 75/56 75/55 45/36 480/50 480/40 500/40 1300/480 100/500 1400/470 470/00 400/180 460/00 500/0 00/180 750/150 700/150 750/150 00/1 70/300 750/300 850/300 350/10 350/150 350/10 350/150 150/65 70/300 70/300 700/300 spółczynnik strat max tgδ % U k 0,9 3,18 0,94 1,08 1,17 1,0 1,33 0,94 1,57 1,53 1,46 1,04 0,89 0,9 1,15 1,01 1,03 1,09 1,0 1,01 1,09 1,1 1,04 1,11 1,30 1,333 1,397 1,45 1,98 1,50 1,33 1,3 1,30 1,35 1,36 1,39 1,9 1,16 1,5 wnz przy 0,5U n * Ładunek Energia Q max [nc] D [µc /s] 1195 1195 1195 1134 1* 30* 18* 8* * 18* 1155 1155 1155 1155 1155 1100 11 79 1198 47 375 900 1155 97 891 1076 105 644 108 1041 500 500 300 4600 0,1* 0,33* 0,09* 0,18* 0,1* 0,10* 300 1700 1500 5000 3100 1700 1750 6800 100 3800 3000 5000 616 816 8 1100 1000 990 380 570 300 300 600 1750 3000 800 4800 Napięcie zapłonu wnz U i [k] 1,8 1,8 1,8,0 10,5 10,5 14,0 10 13 13 13 10 < 3 4 3 3,5 4,3,4
155 05.1997 r. U U 11.1999 r. U U 1100/400 1100/380 1000/350 380/130 50/130 310/140 310/140 130/55 1,07 1,6 1,30 1,17 1,1 1,3 1,8 1,51 1086 1095 1095 1095 1076 1500 300 800 300 100 300 600 800,3 1,5 * Dla HG1 po przezwojeniu przy 1,0U n. Generator został przezwojony nowymi prętami izolowanymi w technologii próżniowosyconej (Micadur). Pomiary wnz wykonane po przezwojeniu wykazały praktycznie całkowity brak wyładowań niezupełnych. iększość z wymontowanych prętów została pomierzona metodą TEAS i podzielono je na pręty dobre i złe. Na podstawie analizy podobieństwa złe pręty zostały sklasyfikowane według typów odcisków palca. Izolacja około 0 prętów z wadami została rozebrana i poddana szczegółowej inspekcji wizualnej. Stwierdzono, że występuje kilka typowych defektów, tj. degradacja wewnętrznej ochrony przeciwjarzeniowej (najwięcej wadliwych prętów), a także uszkodzenia ochrony przeciwjarzeniowej żłobkowej i czołowej. Analiza pozwoliła przyporządkować obrazy odcisków palca do odpowiednich rodzajów defektów. yniki tych badań są pomocne do prowadzenia dalszej oceny stanu oraz utrzymania pozostałych trzech generatorów. Rutynowe pomiary izolacji generatorów metodami off-line wykonywane są obecnie raz na dwa lata. Podsumowanie wyników tych pomiarów zestawiono w tabeli. Podsumowując, najważniejszą zaletą wspomnianej metody pomiarów wnz off-line okazała się możliwość względnie precyzyjnego określenia aktualnego stanu izolacji oraz rodzajów defektów (jeśli dysponuje się dostatecznym materiałem porównawczym). Metoda ta ma jednak także wady. ymaga wycofania generatora z dyspozycji (co wiąże się z utratą przychodów) oraz transportu ciężkich przyrządów do elektrowni, co powoduje, że koszt pomiarów jest wysoki. Dlatego pomiary tą metodą nie mogą być wykonywane często (każdy generator nie częściej niż raz na rok, a praktycznie raz na dwa lata). Ponadto trudno jest uzyskać te same warunki pomiarów (temperatura i wilgotność), od których znacząco zależy poziom wyładowań niezupełnych. ynika z tego, że metoda ta nie umożliwia oceny szybkości procesów pogarszania się izolacji oraz prognozowania pozostałego czasu eksploatacji maszyny. Dlatego zadecydowano o zainstalowaniu systemu monitorowania online. 3. MONITORING ON-LINE PRZY UŻYCIU SKANERA 1996 roku w elektrowni Żarnowiec zainstalowano system monitorowania generatorów Hydroscan (firmy MCM Enterprise Ltd.). Koncepcja systemu jest oparta na zasadzie skanera zestawu czujników montowanych na wirniku, które w sposób ciągły obserwują stojan podczas pracy i mierzą różne parametry fizyczne odpowiednich części generatora.
156 Rys. 1. Schemat instalacji systemu Hydroscan Fig. 1. Schematic of the Hydroscan system installation System jest wyposażony w następujące czujniki: temperatury na podczerwień, magnetyczne, szczeliny powietrznej, wibracji oraz anteny pojemnościowe, zwane lokalizatorami wyładowań niezupełnych (PDL). System zapisuje pomierzone dane na dysku. Specjalne oprogramowanie jest przeznaczone do prezentacji wyników pomiarów. Dane są wyświetlane w postaci mapy temperatury stojana i wielu innych wykresów. Na rysunku pokazano przykładowy wykres z pomiarów wyładowań niezupełnych, z którego można odczytać poziom impulsów wyskalowany w pc oraz ich lokalizację z rozdzielczością teoretycznie do jednego żłobka. Jest to bardzo ważne szczególnie w stanach przedawaryjnych. Znajomość miejsca zainstalowania prętów o bardzo złej izolacji pozwala na podjęcie decyzji o wycięciu z obwodu elektrycznego całej gałęzi i kontynuowanie normalnej pracy generatora przez okres przygotowywania przezwojenia. Próbę taką z pomyślnym wynikiem przeprowadzono na generatorze nr 1, tuż przed wyłączeniem jego do remontu modernizacyjnego. ielość i różnorodność czujników umożliwia konfrontowanie i interpretowanie mierzonych danych. System dostarcza ogromną ilość informacji o stanie termicznym, mechanicznym, magnetycznym i elektrycznym generatora. Praktycznie na dzień dzisiejszy nie ma innego narzędzia możliwego do zainstalowania na eksploatowanych jednostkach dużej mocy, które dawałoby porównywalne informacje. Z dotychczasowego monitoringu tą metodą wynika ogólny wniosek, że stan mechaniczny, termiczny i magnetyczny generatorów elektrowni Żarnowiec jest dobry. System rejestruje natomiast wysoką aktywność wyładowań niezupełnych. Poziom wyładowań mierzony przez czujniki potwierdza w ogólności wyniki pomiarów off-line. tabeli 3 zestawiono sumaryczne wyniki pomiarów wyładowań niezupełnych uzyskane za pomocą systemu Hydroscan.
157 000 EZ Zarnowiec HydroScan, Generator #1 Temperature: Ave=49, Max=73, at Tooth 48, Sensor 17. 08:00 PM Sun Apr 0, 97: (171 M, -4 MAR) PDL Cap-/lin PDL Cap+/lin 1 PDL Cap+/lin PDL Cap-/lin 1 1750 1500 150 1000 750 500 50 0 0 50 100 150 00 50 300 350 400 450 500 Rys.. Typowy wykres wskazań czujników wyładowań niezupełnych na generatorze nr 1 przed przezwojeniem Fig.. Typical plot of the indications of partial discharge gauges for the generator no. 1 Z tabeli 3 wynika, że najwyższy poziom wnz obserwowany był na generatorze nr 1 przed przezwojeniem oraz na generatorze nr, a najniższy na generatorze nr 3. Po przezwojeniu generatora nr 1 aktywność wyładowań zmniejszyła się do nieznacznego poziomu. Potwierdza to, że wybrana technologia izolowania była właściwa. Tabela 3. Sumaryczne wyniki pomiarów wnz z czujników PDL systemu Hydroscan Okres Generator nr 1 Generator nr Generator nr 3 Generator nr 4 rejestracji XI I '97 136* 1 89 53 II I '97 431* 1 968 897 II '97 183* 33 337 1 936 III X '97 przezwojenie 1 584 465 54 XII'97 II'98 1 69 1 516 1 099 III '98 1 841 536 1 314 I III'98 1 660 37 71 X XII ''98 1 036 615 711 I III 99 513 54 47 I I 99 16 1 4 351 487 II IX 99 108 1 93 368 53 Mierzone zakłócenia radiowe wykalibrowane są w pc. Liczby oznaczają sumy maksymalnych impulsów pomierzonych przez poszczególne czujniki, uśrednione w podanych okresach rejestracji. * artości dotyczą generatora nr 1 przed przezwojeniem. System Hydroscan pozwolił zaobserwować wyraźną ujemną zależność wyładowań niezupełnych od temperatury. normalnych warunkach pracy generatorów mierzona temperatura rdzenia wynosi pomiędzy 40 a 60 C i mocno zależy od temperatury zewnętrznej, rodzaju pracy (generacja, pompowanie albo kompensacja) oraz od rzeczywistego obciążenia. Aktywność wnz bardzo wysoka w niższych temperaturach, po przekroczeniu 50 C jest znacznie niższa (na generatorach nr 3 i 4 często nawet całkiem
158 zanika). Na podstawie tych obserwacji zadecydowano, żeby wprowadzić pewne zmiany w układzie chłodzenia w celu stabilizowania temperatury w zakresie 55 60 C. Zmiany te zostały wprowadzone w drugiej połowie 1998 roku i od tego czasu zaobserwowano zmniejszenie ogólnego poziomu wyładowań podczas pracy maszyny. prowadzone zmiany powinny spowolnić proces degradacji izolacji uzwojeń powodowany przez wyładowania niezupełne. skazania czujników PDL mogą dostarczyć także pewnych informacji o charakterze źródeł wnz (szczególnie obserwując korelację z parametrami mierzonymi przez inne czujniki). Jednak w przypadku Żarnowca nie jest to dostatecznie wyraźne z powodu występowania kilku różnych źródeł wyładowań. Z tego powodu system ten nie może wyeliminować diagnostyki wnz off-line. Trudność interpretacji charakteru wnz oraz porównania z wynikami pomiarów off-line jest główną wadą tej metody. Natomiast bardzo ważnymi kompleksowa zaletami są: informacja o stanie generatora, możliwość lokalizacji defektów, ciągłe monitorowanie, co powinno ostrzec użytkownika o przyśpieszonym procesie pogarszania się stanu technicznego generatora. 4. POMIARY SYSTEMEM PDA celu częściowego zastąpienia kosztownych w warunkach ESP Żarnowiec i Porąbka-Żar pomiarów wnz metodą off-line uzupełniono system diagnostyki generatorów o układ pomiarów i analizy wyładowań on-line typu PDA-I kanadyjskiej firmy IRIS. Zasada działania systemu jest oparta na szeroko stosowanej wysokoczęstotliwościowej metodzie pomiarów wyładowań. System ten jest powszechnie stosowany na tysiącach hydrogeneratorów na całym świecie, z powodu względnie niskiego kosztu i łatwości w użyciu. latach 1998 1999 czujniki pojemnościowe tego systemu zostały sukcesywnie zainstalowane na generatorach w ESP Żarnowiec i Porąbka Żar. Pomiary są przeprowadzane za pomocą przenośnego urządzenia PDAI podłączonego do komputera notebook wyposażonego w software PD-Lite, za pośrednictwem czujników pojemnościowych 80 pf, które są przyłączone bezpośrednio do wyprowadzeń. generatorach ESP Żarnowiec zainstalowano 1 kondensatorów na końcach każdej gałęzi uzwojenia; schemat rozmieszczenia pokazano na rys. 3.
159 Rys. 3. Rozmieszczenie kondensatorów do pomiarów wyładowań niezupełnych on-line w generatorze w ESP Żarnowiec Fig. 3. Arrangement of condensers allowing measurements of partial on-line discharges in a generator from the Power Plant Żarnowiec Pomiary są wykonywane co ok. 3 miesiące. System PDA-I ma możliwość wyświetlania wnz na tle cyklu 50 Hz. celu analizy wyników pomiarów obliczane są charakterystyczne dla systemu PDA parametry: NQN+/ informuje o ogólnym (średnim) poziomie wyładowań niezupełnych w uzwojeniu, czyli charakteryzuje ogólny stan uzwojeń generatora (znak +/ informuje o występowaniu wyładowań w czasie ujemnej lub dodatniej połówki sinusoidy napięcia fazowego), Qm+/ informuje o maksymalnych wartościach amplitudy wyładowań niezupełnych, czyli odzwierciedla obraz gorących miejsc w uzwojeniu generatora. Pomiary systemem PDA są pomiarami względnymi, co oznacza, że nie można wyciągać obiektywnych wniosków na podstawie samego poziomu i liczby mierzonych impulsów, lecz jedynie na podstawie porównywania pomiędzy sobą wyników pomiarów z tego samego generatora (trend) lub generatorów o jednakowej konstrukcji uzwojeń. Z uwagi na stosunkowo krótki okres użytkowania nasza dotychczasowa baza danych jest dość skromna. tabeli 4 przedstawiono sumaryczne wyniki dotychczasowych pomiarów w elektrowni Żarnowiec.
160 Tabela 4. Sumaryczne wyniki pomiarów wnz przy użyciu systemu PDA-I na generatorach elektrowni Żarnowiec Pomiar nr: 1 3 4 5 data pomiarów: 5.05.99 09.1999 5.10.99 11.01.00 11.01.00 moc [M] 160 160 175 177 10 Generator temp. uzwoj. [ C] 71 68 65 55 55 nr 1 NQN+ (średnie) 446 511 588 414 379 NQN (średnie) 46 517 560 434 414 Qm+ (max) 444 450 156 670 644 Qm (max) 484 630 1198 1087 93 data pomiarów: 31.08.99 31.08.99 16.1.99 16.1.99 5.01.00 moc [M] 180 150 10 140 180 Generator temp. uzwoj. [ C] 65 6 60 60 65 nr NQN+ (średnie) 396 415 469 749 309 NQN (średnie) 345 543 641 705 40 Qm+ (max) 839 3650 3759 3759 3759 Qm (max) 618 3645 3759 3759 3759 data pomiarów: 8.10.98 3.0.99 5.05.99 5.10.99 3.01.00 moc [M] 145 165 150 170 175 Generator temp. uzwoj. [ C] 60 64 65 65 65 nr 3 NQN+ (średnie) 374 406 445 417 5 NQN (średnie) 41 44 513 53 545 Qm+ (max) 105 567 55 1013 Qm (max) 1079 1138 756 730 96 data pomiarów: 5.0.99 6.05.99 16.1.99 16.1.99 6.01.00 moc [M] 165 140 175 10 150 Generator temp. uzwoj. [ C] 67 60 65 6 6 nr 4 NQN+ (średnie) 535 556 633 75 551 NQN (średnie) 469 530 64 618 55 Qm+ (max) 1600 1181 595 3346 319 Qm (max) 1600 1097 066 368 1813 Z zestawienia tego wynika, że poziomy wyładowań niezupełnych, a zwłaszcza parametry Qm odzwierciedlające wielkości maksymalnego ładunku, są wyraźnie największe na generatorze nr, a najniższe na przezwojonym generatorze nr 1 oraz na generatorze nr 3. Należy przy tym wziąć pod uwagę, że wyników z generatora nr 1 nie można wprost porównywać z pozostałymi ze względu na inną konstrukcję uzwojeń (cieńszą izolację), która powoduje, że poziom impulsów mierzonych tą metodą jest względnie wyższy. Zbliżony poziom wyładowań dodatnich i ujemnych w większości przypadków wskazuje, że występują one w izolacji głównej, lub jest też możliwe, że istnieje kilka źródeł wyładowań o różnym charakterze. Z analizy obrazu wyładowań na tle cyklu 50 Hz wynika, że na większości z badanych uzwojeń obserwuje się wyładowania niezupełne, tzw. klasyczne, które mają źródła w części żłobkowej, oraz wyładowania w części czołowej uzwojeń. Często obserwuje się także obraz z wyładowaniami w nietypowych fazach cyklu prądu przemiennego. Tego typu zjawiska mogą świadczyć o zwarciach pomiędzy przewodami elementarnymi (Roebla), których istnienie w niektórych prętach zostało stwierdzone podczas badań prętów zdemontowanych z generatora nr 1. Najistotniejszym symptomem pojawienia
się poważnego problemu z uzwojeniem stojana jest wyraźny wzrost mierzonego poziomu wnz w krótkim czasie. zrost taki daje się zaobserwować na generatorze, nieco mniej wyraźnie na generatorze 4. 161 5. PODSUMOANIE Zebrane doświadczenia pokazują, że ogólne wnioski z różnych metod diagnostycznych off-line i on-line potwierdzają się wzajemnie. Możliwości porównywania rezultatów pomiarów różnymi metodami są jednak ograniczone. Zastosowane metody diagnostyczne off-line i on-line różnią się zasadą i warunkami pomiarów. Każda z nich ma swoje zalety i wady, jednak się wzajemnie uzupełniają. Zastosowanie więcej niż jednej metody pomiarowej pozwala zweryfikować wnioski i zwiększyć zaufanie do stosowanych metod. szczególności wszystkie zastosowane metody potwierdziły, że najgorszy stan układu izolacyjnego w elektrowni Żarnowiec wykazuje aktualnie generator nr. Na tej podstawie wyznaczono tę maszynę do przezwojenia w pierwszej kolejności jeszcze w roku 000. Strategia utrzymania i odtworzenia oparta na nowoczesnych metodach diagnostycznych pozwala zaplanować termin przezwojenia kolejnych generatorów z jednoczesnym zmniejszeniem ryzyka awarii. LITERATURA [1] TUŁODZIECKA E., ANDRZEJESKI K., Raporty z badań układów izolacyjnych generatorów z lat 1996 1999, Instytut Energetyki Zakład Izolacji, Poznań. [] TUŁODZIECKA E., ANDRZEJESKI K., Detection of Generator Stator Insulation Defects by Measurements and Analysis of Partial Discharge Off-line Diagnosis of 150MA, 13.8k and 09MA, 15.75k Hydrogenerators, CIGRE-EPRI Colloquium, Florencja, kwiecień 1997. [3] TUŁODZIECKA E., ANDRZEJESKI K., Pomiar i analiza ładunku pozornego wyładowań niezupełnych w prętach wymontowanych z hydrogeneratora typu CBO-1170/190/36 w E Żarnowiec bl.1, Instytut Energetyki Zakład Izolacji Poznań. [4] BRON C.D., BURROS K.., CHURCHILL T.L., EDMONDS J.S., ROSS J.M., SHIOYAMA G.S., Rotor-mounted Scanning of Stators in Hydrogenerators, ater Power & Dam Construction, maj 199. [5] EDMONDS J.S., RASMUSSEN J.R., CAMPBELL T., STONE G., Failure Mode Testing of a Hydro Generator Equipped with a Rotor-mounted Scanner, ater Power & Dam Construction, styczeń 1993. [6] Analiza danych z systemu monitorowania hydrogeneratorów E Żarnowiec, Hydroenergo-Service Sp. z o.o. Raporty z lat 1997 1999. [7] CULBERT, DHIRANI H., STONE G., Handbook to Asses the Insulation Condition of Large Rotating Machines, ol.16. Palo Alto, CA, EPRI, Inc., 1991. [8] Failure Mechanism & PD Interpretation. PD Seminar, IRIS Power Engineering, Inc., 1998. APPLYING MODERN DIAGNOSTIC METHODS FOR HYDROGENERATORS The hydrogenerator damage during a routine high potential test in 1994 was a reason to change diagnostic methods applied. The first results of measurements using a modern off-line partial discharge analyser taken on eight big hydrogenerators were very alarming. This and the results of visual inspections were the basis for the decision to start rewinding the generators. During a few years of using modern off-line
16 tests, the experience was gained, that allows to delay the rewinding of next generators using the predictive maintenance and refurbishment strategy. To implement this strategy the applying of modern on-line methods was necessary. The current results, experience and comparison of several diagnostic methods are presented in the paper.