Transcript R A1-02
“UTICAJ CIKLIČ. PROMENA OPTEREĆENJA NA STANJE IZOLACIONIH SISTEMA VELIKIH HIDROGENERATORA” [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] Kvarovi generatora – statistika: Statorski namotaj Cigre CG 2013 A1 2 Faktori starenja namotaja: Konvencionalni faktori (TEAM-faktori): Termička degradacija Električna degradacija (2,5 do 3 kV/mm) Ambijent (uticaj okoline: O3+N+H2O → HNO ) Mehanički uticaj (vibracije) Nekonvencionalni: Ciklična pokretanja 3 Cigre CG 2013 A1 3 Životni vek generatora u funkciji termičkog i mehaničkog naprezanja (vibracije i event. el. din. sile usled kr. spojeva) radna temperatura Cigre CG 2013 A1 4 Promena modula elastičnosti epoksida (Jung-ovog modula) pri promeni temperature tzv.”omekšavanje materijala” Cigre CG 2013 A1 5 Presek ostarelog štapa izvađenog iz hidroagregata (a – delaminacija između izolac.slojeva, b – odvajanje izolacije od bakra) Cigre CG 2013 A1 6 Broj godišnjih startova po godini kumulativni 5000 450 4500 n(startova/god) 400 350 300 G-1 250 G-2 200 150 100 4000 3500 3000 G-1 2500 G-2 2000 1500 1000 500 50 0 1985 n - broj startova mašine 500 1990 1995 2000 god Cigre CG 2013 A1 2005 2010 2015 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 god 7 Režim trajnog konst. optrećenja Režim interm. kratkotr. opterećenja bez dostizanja termičke ravoteže Cigre CG 2013 A1 8 Režim intermit. opterećenja bez potpunog hlađenja Cigre CG 2013 A1 Režim sa neperiodičnom dinamikom opterećenja 9 Konstrukcija statorskog namotaja Cigre CG 2013 A1 A - Elementarni provodnik B - Izolacija element. provodnika C - Unutrašnja izolacija D - Liskunska traka E - Zašita od PD na krajevima štapa F - Zaštita od PD unutar žlebova G - Zaštita glava namotaja H - Osnovna izolacija I - Klin K - Paket lim 10 Struktura liskunskih slojeva (Muskovit) SiO4 - Tetraedar K+ - Sloj AlO6 - Oktaedar Cigre CG 2013 A1 11 Karakteristične veličine lisk. materijala Veličina/Liskun Formula 3 Gustina (g/cm ) Čvrstoća po Mohs-ovoj skali Toplotna provodnost (W/K*m) Faktor diel.gubitaka (23°C) Permitivnost (1MHz) Termička stabilnost do (°C) Cigre CG 2013 A1 Muskovit KAl2[(OH,F)2|(AlSi3O10)] 2,6..3,1 2,8..3,2 0,3..0,8 -4 10 5..8 500 Phlogopit KMg3[(OH,F)2|(AlSi3O10)] 2,6..3,2 2,5..2,8 0,4 -3 10 5..6 1000 12 Toplotna provodnost (W/Km) Mica(Liskun): Voda: Asfalt: Staklo: Stiropor: Vazduh: Bakar: Čelik: Cigre CG 2013 A1 0,7 0,6 0,75 0,8 0,038 0,024 400 50 Cu/Mica= 400/0,7= 600x Mica/Vazduh= 0,7/0,024= 30x Cu/Vazduh= 400/0,024=17000x 13 Izgled preseka izolacije namotaja postavljene preko bakrenog provodnika Liskun Vezivo Nosač Cigre CG 2013 A1 14 Izgled Roebel-ovog (transponovanog) štapa Cigre CG 2013 A1 15 Mehaničke sile (naprezanja) unutar izolacije Cigre CG 2013 A1 16 Parametri štapa Oznaka αins, αCu ΔT h ECu, Eins GEpoxid U ACu, Ains Cigre CG 2013 A1 Jedinica -1 K K m Pa Pa m 2 m Objašnjenje Koeficijent toplotnog istezanja Razlika temperatura pri rasterećenom stanju Debljina graničnog sloja Modul elastičnosti Modul krutosti graničnog sloja Obim graničnog sloja Poprečni presek 17 Maksimalno naprezanje na smicanje ( Tmax ) je na marginama štapa i iznosi: ( Ins Cu )T max tanh(aL) ka Cigre CG 2013 A1 18 Napon smicanja u graničnom sloju za štap dužine L = 2m, pri temperaturi od 30 °C Cigre CG 2013 A1 19 Parcijalna pražnjenja na višeslojnoj izolaciji na bazi liskuna Cigre CG 2013 A1 Pojava parcijalnih pražnjenja na višeslojnoj izolaciji na bazi liskuna pri ekstremnim vrednostima električnog polja. Mnogim eksperimentima je potvrđeno da su staze proboja uvek kroz vezivo, zaobilazeći pločice liskuna koji je praktično idealan izolator. 20 Kriterijum prihvatljivosti izolacije po internom kriterijuma Ontario Hydro (Kanada) Kriterijum prihvatljivosti izolacije: Vremena do proboja pri određenoj vrednosti električnog polja iznad plave linije su prihvatljiva. Cigre CG 2013 A1 21 Raspodela temperature unutar štapa u funkciji promene opterećenja generatora ϴ(ºC) Δϴ(ºC) S(MVA) Cigre CG 2013 A1 22 Simulacija gradijenta razlike temperature za vrednosti 1,2 K/min i 5,4 K/min. Simulacija vršena do maksimalne temperature centralnog bakra od 380K (107ºC) Cigre CG 2013 A1 23 ISPITIVANJE IZOLACIJE UBRZANIM STARENJEM Radi se na potpuno novim IS u cilju u sagledavanja ponašanja njegovih k-ka tokom očekivanih 30-ak godina eksploatacije. Starenje se ubrzava tako što se veličine uticajnih faktora (npr. temperatura ili napon) uvećavaju iznad veličina primerenih normalnoj eksploataciji. Razlikujemo: 1. Termičko starenje 2. Električno starenje 3. Mehaničko starenje 4. Ciklično termo-mehaničko Cigre CG 2013 A1 24 1. Termičko starenje Podiže se temperatura uzoraka štapova na 170 do 200°C, obično u 4 tačke Meri se vreme do kada njihova DČ padne na 50% početne vrednosti Nacrta se grafik (temp.- linearno, vreme - logaritamsko) i poredi se prema ranije određenoj referentnoj liniji tzv.liniji života procene životnog veka Cigre CG 2013 A1 25 2. Električno starenje Radi se na više uzoraka štapova podvrgnutim različitim vrednostima el.polja do konačnog el.proboja Nacrta se grafik (el.polje linearno, vreme -logaritamsko) i poredi se prema ranije određenoj referentnoj liniji tzv.liniji života procene životnog veka Cigre CG 2013 A1 26 3. Mehaničko starenje Uglavnom nije pokriveno odg. Standardom Glave namotaja moraju da budu kvalitetno učvrčšćene, kako bi zadržale integritet namotaja prilikom tranzijentnog udara iniciranim eventualnim bliskim kratkim spojevima Zbog eventualne rezonancije glava namotaja, vrše se ispitivanja sopstvenih rezonansi koje moraju biti dovoljno daleko od dvostruke učestanosti generatora Cigre CG 2013 A1 27 4. Ciklično termo – starenje Normirano kroz dokument IEEE 1310 Tipično 5 do 6 uzoraka štapova se putem struje po osnovu stvorenih Džulovih gubitaka zagrevaju tako da se za 45 min dostigne maks. temperatura term. klase (za F klasu 155°C), a zatim ubrzano pomoću rashladnih ventilatora hlade do 40 °C. Standardni broj ciklusa je 500 Vrše se merenja kapacitivnosti (C), faktora diel.gubitaka (tgδ) i parcijalnih pražnjenja (PD) nakon 0, 50, 100, 250 i 500 ciklusa. Rezultati merenih veličina pre i na kraju procesa starenja ne treba da se značajno razlikuju. Na samim štapovima ne sme biti tragova bilo kakve degradacije. Na ispitivanim štapovima se zatim radi VN test koji oni moraju izdržati. Konačno disekcija IS i mikroskopski pregled u cilju sagledavanja eventualnih oštećenja Cigre CG 2013 A1 28 Disekcija štapa posle ciklično - termičkog starenja Osnovna izolacija Bakreni provodnik Cigre CG 2013 A1 29 Mikroskopski pregled disecirane izolacije Cigre CG 2013 A1 30 ZAKLJUČAK Kod postojećih hidrogeneratora koji rade u cikličnim režimima potrebno je preispitati imaju li postojeći pogonski temperaturni gradijenti značajno negativni uticaj na ubrzano starenje izolacionih sistema statorskog namotaja. Ukoliko imaju potrebno je sprovesti procedure koje će ove gradijente svesti na meru da njihov uticaj postane praktično zanemarljiv. Za slučaj nabavke novih hidrogeneratora koji se predviđaju da rade u cikličnim režimima i još ako se od njih zahteva izuzetno brzo podizanje snage (vremenski temperaturni gradijent) onda je neophodno sa proizvođačem ugovoriti pored klasičnih termičkih i električnih ispitivanja ubrzanog starenja i ispitivanje cikličnog termo-mehaničkog starenja. Cigre CG 2013 A1 31 H V A L A N A P A Ž Nj I PITANjA ? Cigre CG 2013 A1 32