MEE 59. VándorgyűlésNagyfeszültségű energiaátviteliNagyfeszültségű energiaátviteli

berendezések on-line diagnosztikájadiagnosztikája

Budapest, 2012.09.07.

Forgógépek on-line részleges kisülés felügyelete

Bódis Krisztián

Partnerünk az IRIS POWER, mit kell tudni róluk?róluk?

• Szakértői a nagyfeszültségű forgógépek diagnosztikájánakSzakértői a nagyfeszültségű forgógépek diagnosztikájának• Az Iris Power és az ADWEL fúziójából jött létre• Egyedüli cég amely az állórész mindhárom részére gy g y

(szigetelés, hornyok és vastest) illetve a forgórészre is gyárt vizsgáló és felügyeleti rendszereketTöbb mint 100 alkalmazott dolgozik Torontóban• Több mint 100 alkalmazott dolgozik Torontóban

• Irodák: Kína, Brazilia, India, USA, Svájc és Olaszország• Qualitrol Corporation (Danaher) felvásárolta 2010• Qualitrol Corporation (Danaher), felvásárolta 2010

áprilisában és kiterjesztette termékeit• Megrendelői az erőművek, kőolajipari cégek, acélművek, g , j p g , ,

illetve generátor- és motorgyártó üzemek

Elektromos hálózat – alapvető elemei

8. Industrial Users

Motors Generators

GSU Step up Transformers Transformers

Instrument Transformers

Generators

TransformersBreakers

Oil ImmersedGas Insulated

GeneratorsTurbinesAux MotorsT f

DisconnectorsSurge ArrestorsHV Cables – OverheadHV Cables – UndergroundReclosers

BreakersOil ImmersedAir insulated

Gas InsulatedPumps/Fans

TransformersCircuit BreakersBoilersPumps/Fans

ReclosersAir insulatedGas Insulated

Battery banksBreakers

Oil ImmersedAir insulatedGas Insulated

Battery banks

2

Sensing Technologies - Online

Mit tudunk vizsgálni?Sensing Technologies - Online

Partial Discharge Magnetic FluxHydrogen PurityOzone MonitoringOzone Monitoring VibrationEnd winding VibrationCooling Water Leaks - WindingGas Analysis - PyrolysisBearing TemperatureBearing TemperatureShaft GroundingWinding TemperaturesPlant MonitoringEvent RecordingAnnunciationDynamic Generator monitoring

Sensing Technologies - OfflinePartial Discharge Stator Core laminationsStator Core laminationsWedge TightnessVisual Inspection CameraDC Ramp TestCapacitive Water LeaksP l i ti I dPolarization IndexWinding ResistancePower Factor

Blue – IRISBlack – Traditional QualitrolRed – Non Qualitrol

Generator Cross Section Motor Cross Section

Hidrogenerátor felügyeletGenerators Motors

Hydro TurboGenerators Motors

> 4kv

• Applicability: > 5MW generators• Segments: : Utilities

Stator Winding Insulation Partial DischargeOzone Monitoring

Rotor InsulationFlux Monitoring

StatorAir gap monitoringAir gap monitoring

Stator CoolingWinding Temperature Cooler leaks

BearingsVibrationTemperature

RotorShaft Grounding

Blue – IRISBlack – Traditional QualitrolRed – Non Qualitrol

Turbógenerátor felügyelet

Hydro TurboGenerators Motors

> 4kv

• Applicability: > 20MW generators• Segments: :

Utilities

Stator Partial Discharge

Utilities Process Industries

End Winding vibrationHydrogen Gas

PurityGas Analysis

Stator Cooling Water leaks and Temp.

Rotor InsulationFlux Monitoring

~15f

t

Rotor ShaftGrounding

BearingsVibration and temperature

Blue – IRISBlack – Traditional QualitrolRed – Non Qualitrol

Motor felügyelet

Hydro TurboGenerators Motors

> 4kv

• Applicability: > 4kv AC motors • Segments: Aux motors in Turbo & Nuclear plants

Oil and GasProcess IndustriesLarge AC Motor

Rotor Poles

Flux (Salient Pole Rotor)

Rotor CageRotor Cage

Current Signature Analysis

Stator Winding Insulationg

Partial Discharge

Ozone

Bearings

Vibration

Temperature

Stator Cooling

Winding TemperatureBlue – IRISBlack – Traditional QualitrolRed – Non Qualitrol

Off-line vs On-Line

Off-line• Gép használaton kívül

On-line• Gép működés közbenp

• Költséges• Nincs terhelés

p• Olcsó, időt lehet

megtakarítani

• A tekercs hideg• Nincs rezgés

• Működési terhelés alatt• Működési hőmérsékletg

• Vizsgáló feszültség• Helyi gondok

• Rezgések• Nominális feszültségHelyi gondok• Általános gondok

On-Line felügyelet

• Megelőzi a váratlan és költséges meghibásodásokat• Olcsóbb lesz a karbantartás• Nincs megszakítás, csak működés közbeni igénybevétel,

roncsolásmentes• Teljes diagnózis, javítási információk• Kevesebb kieséssel járó ellenőrzés (+ működési

él tt t )élettartam)• Jó hatásfokú karbantartási tervezhetőség

Ell ő i h tő k b t tá h tá f k• Ellenőrizhető a karbantartás hatásfoka

ON-LINE Termékek

PD• PD• FLUX• Új termékek: End Wiring Vibration MonitoringÚj termékek: End Wiring Vibration Monitoring

Shaft Monitoring

ON-LINE

Machine is running CONTINUOUS

SENSORS

Machine is running MONITOR

or

PORTABLEUNIT

Az Electric Power Research Institute (EPRI) tanulmánya szerint ~40% a léghűtéses forgógépek meghibásodásainakszerint ~40% a léghűtéses forgógépek meghibásodásainak

az állórész tekercselés szigetelésének hibái okozzák

Áttekintés

• Definíció, karakterisztikák és előnyök a részleges kisülés vizsgálattalkisülés vizsgálattal

• Meghibásodási mechanizmusok• Zajelválasztás• Zajelválasztás• Iris applikáció a forgógépekre• Részleges kisülés (PD) vizsgálati eredmények• Részleges kisülés (PD) vizsgálati eredmények

Az állórész szigetelés meghibásodási folyamata

• Különböző folyamatok zajlanak le a szigetelőkbenA l több k kö ül é k át é ti d k át• A legtöbb ezek közül éveken át vagy évtizedeken át vezet meghibásodáshoz

• Az alapvető okok között említjük a kialakításból• Az alapvető okok között említjük a kialakításból, gyártásból és működésből adódó hibákat

• Első célkitűzésünk hogy segítsük a felhasználókat• Első célkitűzésünk, hogy segítsük a felhasználókat az állórészek tekercsének szigetelési állapotának felmérésében

• Alkalmankénti vizsgálatokat végezve a szigetelés romlása korán detektálható és lehetőség nyílik a javításra

Az állórész tekercselések meghibásodásának fajtái

• A tekercsek elégtelen impregnálása - (hézagok)

• A tekercsek túlmelegedése - (réteg elvállás)g ( g )

• A tekercsek veszteségei - (kisülés a hornyok légréseiben)

• Ciklikus terhelés - (hézagok a rézvezető mentén)

• A félvezető vagy a szigetelőborítás roncsolódása -A félvezető vagy a szigetelőborítás roncsolódása (kisülés a hornyokban vagy a tekercsfejeken)

• Szennyezett tekercselés (kúszókisülés)• Szennyezett tekercselés - (kúszókisülés)

Mi a részleges kisülés (PD)?

• PD a meghibásodás egyik tünete, a szigetelés romlásának jele.

• PD kis elektromos kisülések, melyek a szigetelések légréseiben jelentkeznek és gyors áram impulzusokat generálnak melyek az állórész tekercseibengenerálnak, melyek az állórész tekercseiben haladnak.

• A részleges kisülések vizsgálata megfigyelése és• A részleges kisülések vizsgálata, megfigyelése és elemzése – a megfelelő módszer a legtöbb állórész tekercs meghibásodásának megismeréséretekercs meghibásodásának megismerésére

A részleges kisülési pulzusok keletkezése

PD PD PULZUSPULZUS

SZIKRASZIKRA

HÉZAGHÉZAG

FESZÜLTSÉGFESZÜLTSÉG

SZIGETELÉSHV

Feszültség Villamos átütés

P ití PDPozitív PDpolaritás

45º

225º

360ºIdő

225º

Negatív PDpolaritás

Feszültség a

50/60 Hz fázis-föld feszültség

glégrésen keresztül

g

PD pulzus jellemzői

• Nagyon gyors áramfelfutási idő = nagyon rövid pulzus szélesség (a pulzus háromszög alakú)alakú)

• A felfutási idő a kisülési pontnál ~ 1 -:- 5 nsA felfutási idő a kisülési pontnál 1 : 5 ns

• Ennek frekvenciája f=1/T (~50 -:- 250 MHz)

• Ezért a PD mérése a magasfrekvenciásspektrumban történikspektrumban történik

Villamos zaj

A PD nem az egyetlen nagyfrekvenciás jel Az egyébA PD nem az egyetlen nagyfrekvenciás jel. Az egyéb nagyfrekvenciás jelet ZAJnak nevezzük és ez mindig jelen van méréskor.van méréskor.

Gépen belüli források:A csúszógyűrű és földelési tengely keféinek szikrázásaA csúszógyűrű és földelési tengely keféinek szikrázása

Gépen kívüli források:Elégtelen elektromos érintkezések a kimeneti gyűjtősínenElégtelen elektromos érintkezések a kimeneti gyűjtősínenEgyéb villamos szerszámgépek az üzemben

Miért kell szétválasztani a ZAJt a részleges kisüléstől?

Hogy megelőzzük a téves diagnosztikát• Hogy megelőzzük a téves diagnosztikát• Lehetővé teszi a végfelhasználó számára

hogy helyesen értékelje a vizsgálat eredményeit

O f th t ff ti tOne of the most effective ways to separate Noise is based on frequency

Test FrequenciesNoise

5 20 40 100 350

Partial Discharge Noise

5 20 40 100 350

Frequency (MHz)

Maximum Signal-to-Noise ratio (SNR)

TGA-Double Ended - Directional Time of Arrival

Directional Time of ArrivalTime of Arrival- (PD detection)

IEC 60034-27-2

TGA-Single Ended

A részleges kisülés és a zaj elválasztásának fontossága

PD vizsgálati erdemények egy 12kV motor esetén(újratekercselés előtt)

PD vizsgálati eredmények egy 12kV motor esetén(tekercselés után)

PD értékek értelmezése

• Azonosítani kell a legnagyobb PD magnitúdójú csatolót (nem érdekes a +/ Qm)csatolót (nem érdekes a +/- Qm)

• Össze kell hasonlítani az Iris 235,000-esd tbá i á l é fi l i t djétadatbázisával és megfigyelni a trendjét

• A PD a hornyokban van vagy a tekercsvégeken:• Lokalizálni a hibát

Typical PD Trend Plot: Effect of Maintenace on Partial Discharge Levels

900

1000

+ PD

700

800+ PD

- PD

500

600Qmax(mV)

400

500 (mV)

200

300

0

100

8 9 0 0 2 2 3 4 4 & 5 6

Nov-88

Jul-8

9Apr-

90Dec

-90May

-91Oct-

91Apr-

92Oct-

92Ja

n-93

Apr-94

Nov-94

Clean &

Rewed

geMay

-95Nov

-95Mar-

96

A PD rendszer elemei:

• Csatolók G űjtő d b H d h tó• CsatolókEMC ill. SSC

• Gyűjtő doboz • Hordozható vagy telepített műszerűs e

60 000 t l ít tt60,000 telepített szenzor 1986 óta

EMC csatolók

Iris On-Line PD felügyeleti rendszerek

• Hidrogenerátorok: (PDA-IV, HydroTracII, HydroGuardII)HydroGuardII)

• > 2500 telepítés• A differenciális zajelválasztás technikáját használvaj j

• Motorok és kisebb (<200MW) Turbó: (TGA-B ésBusTracII/PDTracII, BusGuardII)BusTracII/PDTracII, BusGuardII)

• > 3500 telepítés• Az irányított zajelválasztási technikát használva

• Nagyobb (>200MW) H2-hűtésű Turbó: (TGA-S, TurboGuardII)u boGua d )

• > 1500 telepítés• A Stator Slot Coupler™ technikát használva

Folytonos felügyeletre eszközök

A Trac vonal A Guard vonalA Trac vonal• Gazdaságos, Modbus + LAN lehetőség

A Guard vonal• Mindent tudó (100 ablak, fázisonként, triggerelhető

• Trend adatsor idő függvényében, fázisonként (24 ablak)•PD Trac II-multiplatformos (Flux,

terhelés/hőmérséklet változás) LAN. Modbus lehetőség• multiplatformos (flux+PD+Shaftac u t p at o os ( u ,

CSA, PD, 48 bemenetig) • BusTrac II – Turbógenerátorokcsak PD

multiplatformos (flux PD ShaftMonitor/Vibration)• BusGuard II – Motorok, kisebb turbógenerátorokcsak PD

• HydroTrac II– Hidrógenerátorok, csak PD

turbógenerátorok• TurboGuard II – nagy TG• HydroGuard II - Hidrógen.y g

TGA-B rendszer elemei

Machine couplersMachine couplers System couplersSystem couplers

BoxBox

T t ltT t lt

BoxBox

Test resultsTest results

TGATGA--B Instrument and ComputerB Instrument and Computer

G t 1 G tG t 3G t 2

Folytonos felügyelet: hálózati interfész az üzemi SCADA rendszerhez

Generator 1 Generator nGenerator 3Generator 2

Instrument1 Instrument 2 Instrument nInstrument 3

RS485 SerialConnection

PD Controller

PDDatabase

Plant Ethernet LAN or WAN

Plant Scada Server

WorkStation

WorkStation

PDTrac vs PDTrac II

PDTrac vs PDTrac II

Ú ÁÚJ TULAJDONSÁGOK• Csak PD felügyelet • Kibővíthető adatgyűjtő gy gy j

modulokkal (FLUX, EWV, SM)

• Számítógépes csatlakozás szükséges a k fi álá h é

• Könnyű konfigurálás és adatletöltés USB stickkelvagy számítógéppelkonfiguráláshoz és az

adatok letöltéséhezvagy számítógéppel

PD Trac II beállítási képernyőkép

PD összegzés

• Iris a legnagyobb szállító a forgógépek PD felügyeletére a legtöbb szenzort telepítette (felügyeletére, a legtöbb szenzort telepítette (>60.000!)I i düli é l i h áfé é t• Iris az egyedüli cég mely ingyenes hozzáférést biztosít a PD adatbázis eredményeihez

• HydroTrac II és BusTrac II- csak PD!• PD TracII és Guards II-Multiplatformosp

technológiák• PD TracII-max 48 PD bemenet!PD TracII max 48 PD bemenet!

Köszönjük!

.

Bódi K i tiáBódis Krisztián krisztian@tectra.hu

Miért kell felügyelni a forgórészt?

• NERC hiba adatok–Állórész tekercsek 33%

North & South Poles (Electromagnets)North & South Poles (Electromagnets)North & South Poles (Electromagnets)North & South Poles (Electromagnets)

Állórész tekercsek 33%–Forgórész tekercsek 23%–Állórész vasmag 3%Állórész vasmag 3%

Salient Pole RotorsSalient Pole RotorsSalient Pole RotorsSalient Pole Rotors Round RotorsRound RotorsRound RotorsRound Rotors2 poles2 poles2 poles2 poles

4 poles4 poles4 poles4 poles12 poles12 poles12 poles12 poles

4 poles4 poles4 poles4 poles

Forgórész felügyelet

• On-Line felügyelet fluxus elemzővel:

• Forgórész menetzárlatok• RFAII időszakos ellenőrzés• FluxTracII folytonos felügyelet• FluxTracII folytonos felügyelet

Új megoldások:

Á• Állórész tekercsvégek vibráció felügyelete• Turbina/generátor tengely földelésiTurbina/generátor tengely földelési

felügyelete

Miért kell a folytonos felügyelet?

• Automatizálás & Felügyelet • Elérhető források– Távvezérlés központi

helyről– Használja ki a meglévő

– Kerülendők a kézi vizsgálatok(csatlakozás/bontás)Használja ki a meglévő

vezérlést & felügyeleti szoftvert

Ri tá k

( )– Az adatok elérhetőek

bármikor, alacsony költségekkel• Riasztások

– Előre beállított küszöbértékek a fluxus

költségekkel– Fókuszáljunk a

riasztásokat okozó különbségekre

– Mérések a 0-max terhelésekre

gépekkel (kisebb arányban)

• Biztonság/Biztonságosságterhelésekre Biztonság/Biztonságosság– Kerülendők a költséges

és veszélyes látogatások a távoli üzemekbena távoli üzemekben

Telepítés

Connection One Machine

Up to 4 Machines (Option)

Az állapot alapú karbantartás előnyei

• A karbantartási terv a gép aktuális állapotának fü é ébfüggvényében

• A gép normális élettartamának kiterjesztése g jkülönösebb költségek nélkül

• A problémák már korai stádiumban felfedezhetőekA problémák már korai stádiumban felfedezhetőek és azonosíthatóakMegnövekedik a kiesések és az újratekercselések• Megnövekedik a kiesések és az újratekercselések közötti időszak

• Lehetővé teszi az erőforrások átirányítását a „problémás” gépekre

Hogyan segíthet Önnek az IRIS?

• Ingyenes egy napos szemináriummal• Ingyenes termékbemutatóvalIngyenes termékbemutatóval• IRIS Diagnostic News• Meghívás az IRMC vagy QCMC

rendezvényree de é y e

Iris Technology• Technology is mature and proven method on 1000’s of

machines over 25 yrs• Database of more then 235,000 test results can be used

as a further indicator of machine condition• Proven noise separation methods that have been• Proven noise separation methods that have been

published in great detail and verified by independent researchers

• Users can do own tests and correctly interpret results with as little as 2 days of trainingN fli t f i t t• No conflict of interest

• Easy to learn, to install and to interpret

Köszönjük!

.

Bódi K i tiáBódis Krisztián krisztian@tectra.hu