Studia i Materiały Nr

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 49 Politechniki Wrocławskiej Nr 49 Studia i Materiały Nr 21 2000 Arkadiusz BIERNACKI*, Aleksander ZIELONKA* diagnostyka, generator, modernizacja EWOLUCJA BADAŃ DIAGNOSTYCZNYCH GENERATORÓW 200 MW Firma ABB ALSTOM POWER Generators Sp. z o.o. znana była do niedawna jako ABB Dolmel Ltd., a wcześniej jako DZWME DOLMEL. Firma prowadzi działalność w zakresie produkcji i sprzedaży generatorów dla energetyki zawodowej i przemysłowej. Zakład Produkcji Generatorów należy obecnie do Segmentu Manufacturing Grupy ABB ALSTOM POWER. Segment ten zajmuje się produkcją kompletnych elektrowni i ich komponentów. Efektem 40-letniej pracy firmy jest wyprodukowanie generatorów o łącznej mocy ponad 50 000 MVA, które pracują w elektrowniach na całym świecie. Badaniami generatorów w firmie zajmują się specjaliści Stacji Prób. Bazą działania jest system diagnozy ABB oparty na bogatym doświadczeniu koncernu oraz aparaturze badawczej wykonanej według najnowocześniejszych technologii z uwzględnieniem komputerowych systemów do pomiarów i analizy uzyskanych wyników. 1. WPROWADZENIE Postęp techniczny powoduje, że podczas procesu produkcji generatorów kontrolą obejmowany jest coraz większy zestaw parametrów technicznych, a prowadzone pomiary muszą odznaczać się coraz większą wiarygodnością i dokładnością. Konsekwencją tego postępu jest ciągła modernizacja bazy instrumentalnej. Wielokanałowe zestawy pomiarowe wspomagane najnowocześniejszą techniką komputerową umożliwiają gromadzenie bogatego zestawu informacji specjalistycznych, ułatwiających ocenę stanu generatora. Kompleksowa kontrola maszyn elektrycznych obejmuje m.in.: analizę stanu dynamicznego, badania izolacji uzwojenia stojana i wirnika, wibroakustykę, zakłócenia radioelektryczne, systemy cieplno-wentylacyjne oraz analizę parametrów pracy generatora. W związku z rozwojem krajowego rynku energetycznego zaistniała potrzeba modernizacji eksploatowanych generatorów i kompleksowej modernizacji generatorów 200 MW. Znaczącym osiągnięciem stało się przedstawienie opartej na nowoczesnej myśli technicznej i wieloletnich doświadczeniach w produkcji i eksploatacji oferty modernizacyjnej generatora 200 MW umożliwiającej zwiększenie mocy generatora z 200 na 230 MW. Zmiany konstrukcyjne w stojanie obejmowały m.in. wprowadzenie układu izolacyjnego Micadur, zmianę sposobu klinowania prętów uzwojenia, zmieniony system mocowania czół uzwojenia i zastosowanie nowych układów pomocniczych. * ABB ALSTOM POWER Generators Sp. z o.o., ul. Fabryczna 10, 53-609 Wrocław.

Doceniając niewątpliwy sukces w zakresie modernizacji generatorów, koncern ABB przyznał spółce w 1993 roku tytuł Centrum Wiodące Modernizacji Generatorów 200 MW w koncernie ABB, a w 1995 roku ABB Power Generation z Baden w Szwajcarii został pierwszym nabywcą licencji na modernizację i retrofity generatorów 200 MW z myślą o rynkach hinduskim i chińskim, gdzie pracują setki tego typu jednostek. 73 2. BADANIA IZOLACJI UZWOJENIA STOJANA 2.1. POMIAR WYŁADOWAŃ NIEZUPEŁNYCH 100% POPULACJI PRĘTÓW Wyładowania niezupełne (PD) są zjawiskiem występującym w izolacji badanego obiektu, szczególnie w miejscach występowania znacznych gradientów pola elektrycznego. Pomiary PD wykonuje się w celu wykrycia defektów w izolacji, powstałych w procesie produkcyjnym prętów uzwojenia stojana. Pręty oprócz pomiarów PD poddawane są próbie napięciowej oraz pomiarom współczynnika strat dielektrycznych tgδ. Ocena pomiaru wynika z analizy obrazu PD oraz wartości parametrów wyładowań niezupełnych. Rys. 1. Zależności między wynikami PD prętów Fig. 1. Relationship between PD activity in stator bars 1.00 55 36 58 52 01 0.80 28 33 04 39 11 12 20 42 56 06 26 Q FACTOR 0.60 16 34 21 30 27 40 18 54 46 31 59 35 37 07 02 14 10 09 48 57 60 29 41 19 24 45 4351 22 17 03 25 0.40 32 05 47 23 15 49 44 50 38 13 53 08 0.20 2.20 2.24 2.28 2.32 FRACTAL DIMENSION Rys. 2. Wynik analizy obrazów PD 100% populacji prętów Fig. 2. Result of fractal analysis of PD acitvity on 100% stator bars

74 Specjalne oprogramowanie umożliwia dokładną weryfikację danych pomiarowych. Na podstawie analizy statystycznej ocenia się poziom wyładowań niezupełnych badanych prętów. System umożliwia klasyfikację obrazu wyładowań niezupełnych, opartą na analizie fingerprint (rys. 1) i banku laboratoryjnie zamodelowanych defektów izolacji oraz analizie obrazów PD. 2.2. BADANIA ELEKTRYCZNE STOJANA UZWOJONEGO Pomiary elektryczne izolacji uzwojenia stojana pozwalają określić właściwości elektryczne nowo wytworzonego układu izolacyjnego. W ramach prób międzyoperacyjnych i końcowych prowadzone są pomiary rezystancji izolacji, prądów upływu, współczynnika strat dielektrycznych i poziomu wyładowań niezupełnych. Wytrzymałość dielektryczna kontrolowana jest przez stopniowane próby napięciowe napięciem przemiennym. Wyładowania mogą występować bezpośrednio przy jednej z elektrod lub wewnątrz dielektryku i są przyczyną starzenia się izolacji uzwojeń maszyn wysokonapięciowych. Pomiary PD wykonuje się w celu wykrycia jej uszkodzeń, powstałych w procesie produkcji. Detekcję impulsów prądowych odpowiadających wyładowaniom w izolacji umożliwia wysokonapięciowy kondensator sprzęgający, z którego sygnały PD zbierane są przez wysokoczęstotliwościowy przekładnik prądowy i przekazywane do jednostki centralnej. W trakcie pomiaru rejestruje się parametry PD, takie jak maksymalny ładunek pozorny Q max, intensywność wyładowań q s, pracę jaką wykonują wyładowania na uzwojeniu p, maksymalną energię pojedynczego wyładowania E max, parametr D, który określa dominację wyładowań o wysokim ładunku pozornym oraz napięcie zapłonu U inc. Na podstawie doświadczeń zgromadzonych podczas pomiarów na różnych typach maszyn elektrycznych oraz wymagań przyjętych przez różnych producentów generatorów można określić aktywność wyładowań w uzwojeniu. Rys. 3. Porównanie wyników pomiarów wyładowań niezupełnych poszczególnych faz do banku defektów Fig. 3. Comparison of PD measurement results on each phase to insulation defect data bank Wykorzystując dodatkowe oprogramowanie, utworzono bank danych referencyjnych opierając się na wynikach przeprowadzonych pomiarów na rzeczywistych obiektach z wykrytymi defektami izolacji. Bank danych jest narzędziem umożliwiającym porównanie

wyników pomiarów do typowych obrazów PD. Na rysunku 3 przedstawiono graficzny obraz zależności wyników pomiarów w oparciu o analizę fingerprint. Na podstawie rysunku można stwierdzić, że uzwojenie badanego generatora wykazuje cechy charakterystyczne dla poprawnego stanu izolacji. 75 3. ANALIZA DRGAŃ ELEMENTÓW GENERATORA 3.1. RDZEŃ STOJANA Występowanie nadmiernych drgań rdzeni stojanów 30-żłobkowych generatorów o mocy 200 MW stanowiło częstą przyczynę ich uszkodzeń. W związku z tym jedną z ważniejszych przesłanek przy opracowaniu zmian modernizacyjnych było zwiększenie zwartości rdzenia stojana i ograniczenie poziomu jego drgań. Celowi temu służy wibracyjne prasowanie rdzenia, elastyczne zawieszenie rdzenia w kadłubie (rys. 4) oraz zwiększenie sztywności pierścieni i palców dociskowych rdzenia stojana. Rys. 4. Elastyczne zawieszenie rdzenia w kadłubie Fig. 4. Elastic core suspension Dzięki wprowadzeniu rozwiązań modernizacyjnych otrzymujemy silnie i jednorodnie sprasowany pakiet, elastycznie zawieszony w kadłubie stojana, dzięki czemu drgania w mniejszym stopniu przenoszą się między innymi na kadłub i chłodnice wodoru. Na pytanie, jaka jest rzeczywista skuteczność powyżej przedstawionych rozwiązań daje odpowiedź diagnostyka. Na rysunku 5 przedstawiono poziom drgań kadłuba generatora w zależności od prądu wzbudzenia. Przed pracami modernizacyjnymi drgania kadłuba przekraczały poziom dopuszczalny, powszechnie przyjęty dla tego typu generatorów. Po pracach modernizacyjnych stwierdzono znaczny, ponad dwukrotny spadek wibracji kadłuba. W całym zakresie obciążeń poziom drgań nie przekraczał granicy stanu dobrego. Również analiza widmowa kadłuba generatora potwierdza zasadność przeprowadzonych prac. Dominują w widmie drgań składowe 100 i 200 Hz odpowiadające częstotliwości wymuszeń, brak jest natomiast wyższych składowych, które mogłyby świadczyć o luzach w zawieszeniu rdzenia. Podczas zmian obciążenia czynnego i biernego generatora zmieniały się także siły naciągu magnetycznego, siły od momentu czynnego, temperatury uzwojenia, żelaza i czyn-

76 10.00 DRGANIA BECZKI STOJANA [mm/s RMS] 8.00 6.00 4.00 2.00 POZIOM DRGAN BECZKI STOJANA PRZYJETY JAKO NIEDOPUSZCZALNY POZIOM DRGAN BECZKI STOJANA PRZYJETY JAKO DOPUSZCZALNY I I 0.00 1400.00 1600.00 1800.00 2000.00 2200.00 2400. PRAD WZBUDZENIA [ A ] Rys. 5. Poziom drgań kadłuba stojana generatora w zależności od prądu wzbudzenia Fig. 5. Stator casing vibration level depends on excitation current Rys. 6. Widmo drgań kadłuba stojana przy zmianach obciążenia generatora Fig. 6. Spectrum analysis of stator casing vibrations during load changes ników chłodzących. Jak widać na rys. 6, nie miało to wpływu na postać widma drgań kadłuba. Można więc twierdzić, że zawieszenie rdzenia stojana jest trwałe i podczas zmieniających się warunków eksploatacyjnych nie powstają szczeliny ani dodatkowe naprężenia w węzłach zawieszenia rdzenia. 3.2. POŁĄCZENIA CZOŁOWE UZWOJENIA STOJANA Opracowanie planów modernizacyjnych generatora 200 MW wiązało się nie tylko z wdrożeniem nowoczesnych rozwiązań i technologii koncernu ABB, lecz również z przeprowadzonymi wieloma badaniami i próbami. Ważną sprawą, szczególnie po przeprowadzonych pracach w obszarze czół prętów uzwojenia stojana dużych turbogeneratorów, jest sprawdzenie, czy rezonans drgań własnych czół nie występuje w niebezpiecznej strefie 100 Hz, co mogłoby być powodem przyspieszonej degradacji izolacji prętów. Analiza charakterystyk widmowych drgań czół przeprowadzana jest w ramach prób typu. Rys. 7. Schemat rozwiązania mocowania połączeń czołowych generatora przed i po modernizacji Fig. 7. End-winding suspension design before and after modernization

Jako przykład niech posłuży zmiana konstrukcji wsporczej części czołowej uzwojenia stojana. Celem takiej zmiany było uzyskanie węzła konstrukcyjnego, który pozwalałby na swobodny przesuw uzwojenia pod wpływem wydłużeń termicznych. Części czołowe uzwojenia wraz z mocującymi je pierścieniami nie są przytwierdzone do wsporników. Tak zmieniona konstrukcja nie powoduje podczas pracy maszyny odciągania pierścieni dociskowych od rdzenia, a więc nie zmniejsza jego zwartości. Na rysunku 7 przedstawiono stare i zmodernizowane rozwiązanie mocowania połączeń czołowych uzwojenia stojana. W starym rozwiązaniu wydłużenia termiczne uzwojenia poprzez wspornik odciągają pierścień dociskowy, zmniejszając nacisk na pakiet. Dzięki nowemu rozwiązaniu otrzymano konstrukcję nie tylko nie powodującą obniżania zwartości rdzenia stojana, ale także odstrojoną od strefy rezonansowej, co potwierdziły pomiary. Na połączenia prętów uzwojenia stojana podczas pracy generatora działają zmienne siły elektromagnetyczne o częstotliwości 100 Hz. W celu zapewnienia długotrwałej i poprawnej pracy generatora jego elementy nie mogą pracować w strefie rezonansowej. Na rysunku 8 przedstawiono porównanie wyników pomiarów drgań własnych połączeń czołowych uzwojenia stojana generatora TWW-200-2 przed i po pracach modernizacyjnych. Jak widać, stare rozwiązanie mocowania połączeń czołowych pracowało bardzo blisko rezonansu. Wiąże się to z mniejszą sztywnością tej konstrukcji w porównaniu do nowych rozwiązań oraz z luzowaniem się mocowań prętów podczas wieloletniej eksploatacji. Zmodernizowane połączenia czołowe charakteryzują się dobrym odstrojeniem od obszaru rezonansowego. 77 Rys. 8. Wyniki pomiarów częstotliwości drgań własnych mocowania połączeń czołowych generatora TWW-200-2 przed i po pracach modernizacyjnych Fig. 8. Measurement results of end-winding proper frequencies of TWW-200-2 generator before and after modernization

78 4. BADANIA WEWNĘTRZNEJ POWIERZCHNI RDZENIA STOJANA Zakres działalności diagnostycznej producenta generatorów został podzielony na dziewięć pakietów, z których każdy dotyczy innego aspektu konstrukcji czy eksploatacji generatora. Pakiet GD04 Badanie wewnętrznej powierzchni rdzenia stojana obejmuje pomiary prowadzone w celu określenia jakości zaklinowania prętów uzwojenia stojana, stanu izolacji blach pakietu oraz stopnia zwartości rdzenia. 4.1. BADANIE RDZENIA PRZY NISKIEJ INDUKCJI W energetyce stosowana jest powszechnie wysokoprądowa metoda badania rdzenia generatora strumieniem magnetycznym o indukcji ok. 1 T, pozwalająca wykryć zwarcia między blachami pakietu przez pomiar temperatury na powierzchni rdzenia. Przyjęcie temperatury jako jedynego kryterium nie jest idealnym rozwiązaniem w przypadku zwarć blach pakietu. Ocena stanu blach pakietu bazująca tylko na temperaturze nie pozwala na wykrycie zwarć o bardzo niskiej rezystancji przejścia, które mogą stać się niebezpieczne po pewnym czasie eksploatacji maszyny. Jest to także metoda kłopotliwa, wymagająca zastosowania transformatora znacznej mocy i kamery termowizyjnej. Badanie rdzenia przy niskiej indukcji opiera się na pomiarze magnetycznego pola rozproszenia wytworzonego przez prąd płynący przez zwarte blachy. Do kontroli potrzebne jest wytworzenie w rdzeniu niewielkiego pola magnetycznego, co w dużym stopniu ogranicza koszty i czas kontroli w porównaniu z metodą tradycyjną. Przy zastosowaniu tej metody wykrywane są wszystkie zwarcia, również te, które nie mogą zostać wykryte podczas próby grzania. Co więcej, dzięki zaawansowanej konstrukcji systemu pomiarowego i analizie sygnału system zapewnia dużą pewność wyników, co pozwala uniknąć kosztów niepotrzebnych napraw. Metoda umożliwia również rozróżnienie między zwarciami powierzchniowymi, które mogą być naprawione bez wybudowania prętów uzwojenia stojana ze żłobków oraz zwarciami leżącymi pod powierzchnią klinów, dla usunięcia których konieczne jest wybudowanie odpowiednich prętów. Rys. 9. Usterka na wewnętrznej powierzchni rdzenia stojana powodująca zamknięcie się obwodu Fig. 9. Defect on inner surface of stator core causes current flow in shorted loop Rys. 10. Zniszczenia spowodowane pożarem żelaza Fig. 10. Damages caused by iron fire

Kontrola rdzenia może być przeprowadzona na generatorach podczas remontów i przeglądów przy wybudowanym wirniku ze stojana w ciągu jednego dnia. Możliwy jest także w przypadku dużych generatorów pomiar z wirnikiem zabudowanym w stojanie. W tym przypadku konieczne jest dodatkowe, kosztowne oprzyrządowanie, specyficzne dla każdego typu generatora. Podczas kontroli w rdzeniu stojana wzbudzana jest indukcja 0,1 T. W przypadku gdy wirnik wybudowany jest ze stojana, realizuje się to przy użyciu wielozwojowego uzwojenia przechodzącego przez otwór rdzenia. Przy kontroli z wirnikiem zabudowanym obwód magnetyzujący zamyka się przez wał wirnika, przy czym konieczne jest, aby wał był elektrycznie izolowany od ziemi przynajmniej na jednym końcu, co jest zapewnione przez konstrukcję łożysk generatora. Prąd płynący przez wał nie przekracza 150 A. Czujniki pomiarowe są zamontowane na samojezdnym wózku umożliwiającym ich wzdłużny i obwodowy przesuw. Ruch czujników kontrolowany jest przez jednostkę centralną, która także zapewnia wstępną obróbkę sygnału pomiarowego przed zapisaniem go w pamięci komputera. Wstępne wyniki są wyświetlane bezpośrednio na ekranie komputera. Użytkownik generatora otrzymuje kompletną dokumentację z przeprowadzonych pomiarów, co umożliwia mu porównanie uzyskanych wyników oraz analizę Dodatkowe trendu. korzyści płyną z wysokiej powtarzalności pomiarów, praktycznie niezależnych od strumienia magnetycznego w stojanie. Wyniki pomiarów są więc cechą charakterystyczną i jednostkową badanego rdzenia i stanowią odcisk palca (fingerprint). 79 Rys. 11. Samojezdny wózek z cewką pomiarową Fig. 11. Self-driven unit with Rogowski coil Wysoka powtarzalność wyników pomiarów umożliwia ocenę stanu technicznego rdzenia przez porównanie odległych w czasie wyników i analizę trendu. W przypadku wykrycia zwarć pakietu, które nie mogą być łatwo usunięte, a nie zagrażają bezpośrednio pracy maszyny, najlepszym rozwiązaniem jest okresowa kontrola tych miejsc. Można w ten sposób dogodnie przesunąć termin naprawy, np. na okres remontu głównego. Jeśli zwarcie nie pogłębia się, a jego usunięcie wymagałoby np. wybudowania prętów uzwojenia stojana, możliwe jest odstąpienie od naprawy usterki.

80 4.2. KOMPUTEROWA ANALIZA STANU ZAKLINOWANIA Podobna komputerowa aparatura aczkolwiek działająca na innej zasadzie wykorzystywana jest do oceny zaklinowania prętów uzwojenia stojana. Samojezdny wózek poruszający się wzdłuż żłobków transportuje elektromagnetyczny młotek uderzający w kliny z częstotliwością 50 Hz oraz czujnik drgań. Pomiar wymuszonych drgań poszczególnych klinów żłobkowych i rejestracja wyników odbywa się automatycznie. Oprogramowanie pozwala na szybką obróbkę sygnału i wygenerowanie protokołu pomiarowego w dogodnej formie (rys. 12). Rys. 12. Przebieg pomiarowy podczas kontroli zaklinowania Fig. 12. Measurement results of wedging quality check Dzięki precyzyjnemu zapisowi wyników pomiarów na dyskietce można również śledzić tendencje rozwoju jakości zaklinowania w następnych pomiarach. Właściwe zaklinowanie części żłobkowej prętów uzwojenia stojana ma znaczny wpływ na stan izolacji, gdyż zabezpiecza pręty przed promieniowym i osiowym przemieszczaniem, eliminuje naprężenia izolacji czół, a także uniemożliwia ścieranie zewnętrznej ochrony przeciwjarzeniowej prętów, co mogłoby być powodem wzrostu poziomu wyładowań niezupełnych i przyspieszonej degradacji warstwy izolacyjnej. Z tego względu okresowo powtarzane pomiary pozwalają wykryć poluzowane kliny i w czasie najbliższego remontu poprawić jakość zaklinowania. 4.3. KONTROLA ZWARTOŚCI RDZENIA Ocena zwartości rdzenia stojana odbywa się poprzez pomiar prędkości fali dźwiękowej rozchodzącej się wzdłuż rdzenia. Prędkość dźwięku w danym ośrodku zależy od jego gęstości i modułu Younga. Moduł sprężystości spakietowanego rdzenia zależy od średniej wartości ciśnienia w rdzeniu. Możliwe jest więc określenie stopnia spakietowania rdzenia i ocena zwartości rdzenia eksploatowanego na podstawie pomiaru prędkości rozchodzenia się fali. Duży wpływ na prędkość rozchodzenia się fali ma liczba, rozmiar i kształt kanałów wentylacyjnych w rdzeniu stojana poprzecznych do osi generatora. Wpływ tych wielkości na wynik pomiaru należy ocenić doświadczalnie. Parametr sztywności rdzenia ψ określa proporcje między sztywnością rdzenia a sztywnością idealnie sprasowanego pakietu. Przy założeniu, że poprawnie spakietowany nowy rdzeń jest wibracyjnie prasowany pod ciśnieniem ok. 1,5 MPa oraz że naprężenia

rozciągające podczas eksploatacji maszyny osiągają od 15% do 80% tej wartości, można przyjąć odpowiednie wartości graniczne stanów dobry/dopuszczalny/niedopuszczalny. Przebadano stojany generatorów nowych i eksploatowanych. Były to jednostki o chłodzeniu powietrznym, wodorowym i wodorowo-wodnym o różnej konstrukcji rdzenia i pierścieni dociskowych. Wyniki pomiarów przedstawiono na rys. 13. Na podstawie wykresu można stwierdzić, że już po kilkunastoletniej eksploatacji maszyny mogą się pojawić problemy związane z nadmiernymi drganiami rdzenia. 0.90 81 0.80 0.70 0.60 DOBRY 0.50 0.40 0.30 DOPUSZCZALNY 0.20 0.10 NIEDOPUSZCZALNY 0.00 0 5 10 15 20 25 LATA Rys. 13. Wyniki pomiarów zwartości rdzenia Fig. 13. Core tightness measurement results W przypadku niektórych projektów istniała możliwość przeprowadzenia pomiarów zwartości rdzenia i drgań kadłuba stojana podczas eksploatacji. Stwierdzono dużą zgodność między wynikami obu pomiarów (badane maszyny były klasyfikowane w tej samej grupie). Do tej pory brak jest obiektywnej metody oceny zwartości rdzenia. Kontrolę zwartości za pomocą noża trudno uznać za obiektywną, a poza tym jest to ocena określonych miejsc na pakiecie, a nie rdzenia jako całości. Ocena zwartości rdzenia przez pomiar prędkości rozchodzenia się fal umożliwia: ocenę nowo wytwarzanych rdzeni, określenie efektów modernizacji w zakresie sprasowania rdzenia, szybką ocenę jakości eksploatowanego rdzenia, określenie czasu, po którym konieczne będzie poprawienie zwartości rdzenia lub przepakietowanie, w przypadku prac wykonywanych na miejscu u klienta jest to jedyna możliwość określenia efektów remontu. 5. OCENA IZOLACJI MIĘDZYZWOJOWEJ UZWOJENIA WIRNIKA Kontrola izolacji uzwojeń wirników generatorów metodą impulsową umożliwia szybką i pewną ocenę diagnostyczną. Możliwa jest dzięki tej metodzie szczegółowa ocena izolacji przy różnych prędkościach wirowania wirnika oraz na postoju bez potrzeby

82 wybudowania wirnika ze stojana. Prace przygotowawcze do pomiaru ograniczają się tylko do rozłączenia układu wzbudzenia od uzwojenia wirnika (zazwyczaj przez podniesienie szczotek urządzenia szczotkowego), a sam pomiar zajmuje dla danej prędkości obrotowej kilka minut. Sprawdzenie izolacji wirnika przy prędkości znamionowej odwzorowuje warunki pracy maszyny. Dzięki temu możliwe jest wykrycie zwarć powstających przez względne przemieszczenia elementów układu izolacyjnego wirnika spowodowane siłami odśrodkowymi. W efekcie wprowadzenia impulsu do uzwojenia otrzymujemy obraz fali odbitej od końca uzwojenia. Obecność usterki w uzwojeniu powoduje, że na normalny obraz nakłada się dodatkowy, spowodowany odbiciem wiązki fal o częstotliwościach podkrytycznych o miejsce usterki. To dodatkowe odbicie wynika ze zmienionej charakterystyki elektrycznej układu i można je zaobserwować przed powrotem fali odbitej od końca uzwojenia. Metoda oparta jest na rejestracji na oscyloskopie przebiegów impulsów napięciowych dostarczanych do pierścieni ślizgowych wirnika o symetrycznym uzwojeniu. Podczas pomiaru generator jest odwzbudzony, a układ wzbudzenia elektrycznie odłączony (podniesione szczotki). Uzwojenie wirnika jest całkowicie elektrycznie izolowane. Rys. 14. Schemat układu pomiarowego Fig. 14. Diagram of the measuring system Do rejestracji obrazu odbicia fali wymagany jest generator impulsów DIRIS. Przyrząd ten ma starannie dobraną impedancję wejściową i wyjściową oraz pozwala na wstrzyknięcie impulsu napięciowego o danej amplitudzie i bardzo dużej stromości narastania napięcia. W przypadku wadliwej izolacji zarejestrowane przebiegi sygnałów różnią się od siebie. Możliwa jest również przybliżona lokalizacja miejsca zwarcia. Prawidłowy pomiar jest możliwy przy odpowiednim połączeniu układu pomiarowego (precyzyjne uziemienie wirującego wirnika) i odpowiednim dobraniu poziomu rezystancji wstępnej R v na generatorze impulsów oraz nastaw amplitudy, czasu i parametrów wyzwalania na oscyloskopie. W obecności usterki w uzwojeniu przebiegi sygnałów z pierścieni SR1 i SR2 wykazują odchylenia. Na rysunku 15 przedstawiono przykładowe przebiegi sygnałów z wirnika ze zwarciem w uzwojeniu, natomiast na rys. 16 ze zwarciem doziemnym.

83 Rys. 15. Przebieg pomiarowy dla zwarcia międzyzwojowego Fig. 15. Example of interturn short circuit Rys. 16. Przebieg pomiarowy dla zwarcia doziemnego Fig. 16. Example of ground short circuit Wdrożona kontrola izolacji uzwojeń wirników metodą impulsową umożliwia pewną ocenę zarówno w fazie produkcji, jak i eksploatacji generatora. Możliwe jest wykrycie zwarć na postoju oraz zwarć spowodowanych siłami odśrodkowymi. Kontrolę izolacji uzwojenia wirnika zaleca się podczas: procesu zwojenia wirników nowych i remontowanych, okresowego remontu w ramach kompleksowej diagnostyki generatora, eksploatacji maszyny, gdy pojawiają się problemy drganiowe, a podejrzenia są skierowane na wirnik generatora. 6. BADANIA CIEPLNE Generatory TWW-200 były produkowane w Dolmelu na bazie dokumentacji zakładu Elektrosiła z Leningradu. Opracowany program modernizacji tych generatorów uwzględnia postęp techniczny w dziedzinie konstrukcji, materiałów izolacyjnych, a także wiedzę fachowców zgromadzoną w ciągu ostatnich lat. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów stwierdzono, że zmodernizowane wirniki nie tylko spełniają wymagania stawiane dla klasy izolacji F, lecz również nie przekraczają zgodnie z deklaracją producenta dopuszczalnej temperatury dla klasy izolacji B. Kryteria oceny bazują na normie PN-IEC 34-1. Generator 200 MW ma bezpośrednie chłodzenie uzwojenia wirnika i stojana, przy czym czynnikiem chłodzącym uzwojenie wirnika jest wodór, natomiast stojana destylat. Dla chłodzenia bezpośredniego norma ogranicza nie przyrost temperatury, lecz wprost temperaturę. Dopuszczalna temperatura dla chłodzenia bezpośredniego, z jakim mamy do czynienia w wirniku, uzależniona jest od liczby stref chłodzących. Zmodernizowany wirnik generatora ma 6 stref wylotowych. Dla tej liczby stref i klasy izolacji B dopuszczalna temperatura wynosi 110 C. Z wykresu na rys. 17 widać, że przyrost temperatury dla znamionowego prądu wzbudzenia wynosi 62 K (dla mocy 200 MW) oraz 66 K (dla mocy 230 MW), a więc nie przekracza wartości dopuszczalnej wynoszącej 70 K.

84 Wyniki pomiarów cieplnych przed modernizacją wirnika wykazały znaczne przekroczenie wartości dopuszczalnych. 100 90 80 78K Przyrost temperatury [K] 70 60 50 40 30 DOPUSZCZALNY PRZYROST TEMPERATURY UZWOJENIA WIRNIKA DLA KLASY IZOLACJI B I TEMP. WODORU 40 C stan poprzedni wirnik stary 65K 20 10 0 stan obecny wirnik zmodernizowany 200 MW 230 MW 0 200 400 600 800 1000 1200 Moc tracona [kw] Rys. 17. Przyrost temperatury uzwojenia wirnika w funkcji strat mocy Fig. 17. Temperature increment of rotor winding in power loss function Celem wykonania pomiarów cieplnych jest wyznaczanie charakterystyk nagrzewania się uzwojenia stojana i wirnika generatora przed i po modernizacji. Pomiary wykonuje się przy różnych obciążeniach mocą czynną i bierną, co pozwala na sporządzenie wykresów i ekstrapolowanie ich do warunków znamionowych. LITERATURA [1] BIERNACKI A., ZIELONKA A., Metody diagnozowania stanu izolacji silników elektrycznych wysokiego napięcia, 3SPE 1996. [2] GULSKI E., ZIELONKA A., ANDRZEJEWSKI K., KEHL L., Partial discharge analysis of generator stator insulation using the teas-d technique, CIGRE 1995. [3] WOLF G., Kompleksowa diagnostyka generatorów, nowe wyroby i modernizacje, SME 1996. [4] BIERNACKI A., JARZĄBEK J., Metody diagnozowania modernizowanych generatorów 200 MW, KDT 1996. EVOLUTION OF 200 MW GENERATORS DIAGNOSTIC MEASUREMENTS ABB ALSTOM POWER Generators Sp. z o.o. until recently was known as ABB Dolmel Ltd. and still befora as DZWME DOLMEL. Now is a part of the world-wide ABB ALSTOM POWER Group operating in the Manufacturing Segment. The company has 45 years of experience in turbogenerator and hydrogenerator production for industrial power plants and power utilities, in production of generators for water power plants and slow speed Diesel driven generators. The company provides a full range of comprehensive services for generators and related equipment, such as modernizations and diagnostics.

In modern diagnostic measurement Running Test Station specialists are engaged. A base of this activity is ABB Diagnostic System which covers all aspects concerning generator. The modest, computer aided equipment helps to collect, store and analyse high quality measurement results. 85