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