primoŽ habinc - core · turbine stran vzbujalnika vhodni vodni koletor statorsko jedro izhodni...

PRIMOŽ HABINC

MENJAVA ROTORJA GLAVNEGA

GENERATORJA V NEK

Krško, februar 2012

I

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa 1. stopnje

MENJAVA ROTORJA GLAVNEGA GENERATORJA V NEK

Študent: Primož Habinc Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Enargetika Mentor: izr. prof. dr. Bojan Štumberger Lektorirala: Tatjana Mavsar prof.

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr.

Bojanu Štumbergerju za pomoč in

vodenje pri opravljanju dela. Prav

tako se zahvaljujem Janezu Novaku,

univ. dipl. inž. elekt. iz NEK za

njegovo usmerjanje in pomoč pri

nastajanju te diplomske naloge.

Zahvalil bi se tudi Nuklearni

elektrarni Krško za vse potrebno

gradivo. Hvala tudi ženi in otrokoma

za podporo in potrpljenje.

IV

MENJAVA ROTORJA GLAVNEGA GENERATORJA V NEK

Ključne besede:

Sinhronski generator, NEK, vzbujalno navitje, medovojni stik, magnetna sonda

UDK:

621.311:621.313.1(043.2)

Povzetek

To diplomsko delo opisuje potek zamenjave rotorja glavnega generatorja v Nuklearni

elektrarni Krško. Dokument vsebuje opis generatorja in njegovih električnih podsistemov,

razloge za zamenjavo rotorja in opis merilnih metod za odkrivanje medovojnega stika

vključno z rezultati meritev. Opisana je tudi metoda spremljanja stanja rotorskega navitja

med obratovanjem generatorja z magnetno sondo. V nadaljevanju je opisan postopek

izdelave novega rotorja, transporta, vgradnje in zagonskega testiranja.

V

MAIN GENERATOR ROTOR REPLACEMENT IN NUCLEAR

POWER PLANT KRŠKO

Key words:

Synchronous generator, Nuclear Power Plant Krško, excitation winding, inter-turn-short-

circuit, flux probe

UDK:

621.311:621.313.1(043.2)

Abstract

Diploma work describes procedure for the rotor replacement of the main generator in the

Nuclear Power Plant Krško. This document contains the main generator description and

the description of its electrical subsystems. The reasons for the rotor replacement,

description of the measurement method for the inter-turn-short-circuit detection together

with the measurements results are presented. Monitoring of rotor excitation windings

during generator operation with the air-gap flux probe is described as well. The work is

continued with the description of the new rotor manufacturing, transportation, installation

and start-up testing.

VI

VSEBINA

1 UVOD ................................................................................................................................... 1

2 STANJE GLAVNEGA GENERATORJA V NEK ............................................................... 2

2.1 Splošni tehnični podatki obratujočega generatorja in opis njegovih sklopov .......... 2

2.1.1 Stator generatorja ............................................................................................. 4

2.1.2 Rotor generatorja .............................................................................................. 6

2.1.3 Vzbujalnik ........................................................................................................ 8

2.2 Razlogi za zamenjavo rotorja glavnega generatorja v NEK .................................... 12

2.2.1 Iztekanje življenjske dobe sklopov generatorja ............................................. 12

2.2.2 Odkritje medovojnega stika na rotorskem navitju ......................................... 13

2.2.3 Ocena rizika obratovanja s prisotnim medovojnim stikom na rotorskem

navitju ........................................................................................................................ 17

2.3 Vzroki za nastanek medovojnega stika na rotorskem navitju .................................. 18

2.4 Učinki medovojnega stika na rotorju........................................................................... 19

2.5 Načini detekcije medovojnega stika ............................................................................ 20

3 POSNETEK STANJA ROTORSKEGA NAVITJA V REMONTU 2010 ........................ 21

3.1 Merjenje izolacijske trdnosti rotorskih navitij............................................................ 21

3.1.1 Opis merilne metode ...................................................................................... 21

3.1.2 Rezultati meritve ............................................................................................ 21

3.1.3 Komentar meritve ........................................................................................... 22

3.2 Merjenje simetričnosti rotorskih navitij ...................................................................... 22


3.2.2 Rezultati meritev ............................................................................................ 23


3.3 Meritev padcev napetosti po vsakem ovoju v polu N1 ............................................. 24




VII

3.4 Detekcija medovojnega stika z RSO metodo ............................................................. 25




3.5 Boroskopski pregled glav rotorskega navitja ............................................................. 28

3.6 Spremljanje stanja rotorskega navitja med obratovanjem generatorja z magnetno

sondo ............................................................................................................................... 28

3.6.1 Opis detekcije stresanega polja z magnetno sondo ........................................ 29

3.6.2 Posnetek začetnega stanja rotorskega navitja z magnetno sondo .................. 30

4 ZAMENJAVA ROTORJA IN RAZLIKE MED ORIGINALNIM IN NOVIM ROTORJEM

............................................................................................................................................. 33

4.1 Ujemanje novega rotorja s sistemi in komponentami generatorja ........................... 34

4.1.1 Nosilci ležajev, ležaji, tesnila ......................................................................... 34

4.1.2 Tesnilno olje ................................................................................................... 34

4.1.3 Vzbujalni sistem ............................................................................................. 34

4.1.4 Spojni vijaki ................................................................................................... 34

4.1.5 Kompresor vodika .......................................................................................... 34

5 POSTOPEK IZDELAVE NOVEGA ROTORJA ............................................................... 35

5.1 Izdelava rotorskega odkovka ........................................................................................ 35

5.2 Vstavljanje rotorskega navitja in podkomponent ...................................................... 37

5.2.1 Bakreno navitje .............................................................................................. 39

5.2.2 Rotorski kapi .................................................................................................. 41

5.2.3 Utorske zagozde ............................................................................................. 41

5.3 Tovarniška testiranja ...................................................................................................... 43

5.3.1 Mehanska testiranja: ....................................................................................... 43

5.3.2 Električni testi: ............................................................................................... 43

6 LOGISTIKA ........................................................................................................................ 44

7 VGRADNJA NOVEGA ROTORJA IN ZAGONSKA TESTIRANJA .............................. 45

8 SKLEP ................................................................................................................................. 47

9 VIRI, LITERATURA .......................................................................................................... 48

VIII

10 PRILOGE ............................................................................................................................ 49

10.1 Seznam slik ..................................................................................................................... 49

10.2 Seznam tabel ................................................................................................................... 50

10.3 Izjava o istovetnosti tiskane in elektronske verzije zaključnega dela in objavi

osebnih podatkov diplomantov .................................................................................... 51

IX

UPORABLJENI SIMBOLI

cosφ faktor delavnosti

N število ovojev

f (Hz) frekvenca

Φ (Vs) magnetni pretok

B (Vs/m2) gostota magnetnega pretoka

Ui (V) inducirana napetost

Mn mangan

S žveplo

Cr krom

Z (Ω) impedanca

X

UPORABLJENE KRATICE

NEK - Nuklearna elektrarna Krško

OEM - Original Equipment Manufacturer

RSO - Recurrent Surge Oscillation

PMG - Permanent Magnet Generator

FDZC - Flux Density Curve zero-crossing

SCR - Short Circuit Ratio

IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers

CDP - Conceptual Design Package

EPRI - Electric Power Research Institute

WTA - Westinghouse Trinistat Amplifier

Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko

1

1 UVOD

Nuklearna elektrarna Krško (v nadaljevanju NEK) obratuje od leta 1981. To pomeni, da je

določena oprema v pogonu že tri desetletja in to večino časa na polni moči. Ena od

originalno vgrajenih komponent, ki še vedno obratuje, je tudi rotor glavnega generatorja.

Zaradi ugotovljenega medovojnega stika na rotorskem navitju v remontu oktobra 2010 se

je po izvedenih meritvah in analizah izkazalo, da je nadaljnje obratovanje z dodatnim

nadzorovanjem stanja sprejemljivo, vendar je potrebno odstopanje v bližnji prihodnosti

sanirati ali pa rotor zamenjati z novim. Zaradi omejenega števila proizvajalcev

generatorjev z močjo nad 700 MW je rok za dobavo novega rotorja 3-4 leta. NEK je uspela

pridobiti dobavitelja, ki je ponudil dobavo novega rotorja v 16 mesecih od naročila. Tako

je bilo oktobra 2010 podpisano pismo o nameri za dobavo rotorskega odkovka, v februarju

2011 pa podpisana pogodba in s tem potrjeno naročilo novega rotorja, ki bo dobavljen v

marcu 2012 in bo s strani dobavitelja vgrajen v remontu 2012. Zaradi načrtovane

podaljšane obratovalne življenjske dobe NEK za dodatnih 20 let je smiselno obnoviti

originalni rotor in ga ustrezno uskladiščenega obdržati kot strateško rezervno komponento.


2

2 STANJE GLAVNEGA GENERATORJA V NEK

2.1 Splošni tehnični podatki obratujočega generatorja in opis njegovih sklopov

Slika 2.1: Sklop turbine - generator v NEK [9]

Leta 2010 smo zamenjali stator glavnega generatorja, ki je bil 4-polni sinhronski generator

s cilindričnim rotorjem originalnega proizvajalca opreme (OEM) Westinghouse Electric

Corporation z novim statorjem proizvajalca OEM. Razlogi za zamenjavo statorja:

od leta 2000 naprej so meritve pokazale nenormalno velike delne razelektritve v

statorskem navitju, trend pa le teh je bil v naraščanju [15];

prisotnost vročih točk v jedru statorja od začetka obratovanja generatorja [15];

povečanje moči elektrarne z zamenjavo uparjalnikov z večjo površino za prenos

toplote od originalnih [15];

izboljšan izkoristek sekundarne strani elektrarne zaradi zamenjave nizkotlačnih parnih

turbin, pregrevalnikov pare in nizkotlačnih ter visokotlačnih grelnikov napajalne vode

[15] in

zahteve sistemskega operaterja po večji kapaciteti jalove energije tako v induktivnem

(+250 MVAr) kakor tudi v kapacitivnem (-250 MVAr) področju obratovalnega

diagrama generatorja [15].


3

Tako se je moč na generatorju tekom prenove sekundarnega sistema povečala iz 669 (MW)

na 735 (MW). Zaradi velike dodatne delovne obremenitve na generator smo bili omejeni z

jalovo energijo na +150 (MVAr) in -250 (MVAr)[15].

Hladilna medija za generator sta voda in vodik, saj je statorsko navitje hlajeno neposredno

z vodo, rotor in statorsko železno jedro pa z vodikom, kar je bilo enako kot pri novem.

Originalni generator je bil nazivne moči 813 (MVA) s cosφ 0,85 z izolacijo razreda B

(130˚C). Parametri novega statorja so podrobneje navedeni v tabeli 2.1. Funkcija celotnega

generatorskega sistema je proizvodnja in transformacija električne energije za dobavo

zunanjemu električnemu omrežju in pomožnim bremenom v elektrarni (lastna raba).

Sistem sodi v nevarnostni razred, vendar je skladno z industrijsko prakso projektiran za

doseganje visoke stopnje zanesljivosti in razpoložljivosti. Generator proizvaja električno

moč pri napetosti 21 (kV), ta pa se preko dveh glavnih transformatorjev prenaša na 400

(kV) elektro - energetsko prenosno omrežje Slovenije. Del izhodne moči generatorja se

transformira na napetost 6,3 (kV) preko transformatorjev za napajanje varnostnih in ne-

varnostnih 6,3 (kV) zbiralk lastne rabe [11].

Generator je opremljen z brezkontaktnim vzbujalnikom in pomožnimi sistemi za hlajenje

vodika, za hlajenje vode statorskega navitja in sistemom tesnilnega olja. Na sliki 2.2 so

prikazani glavni sestavni deli generatorja [1].

Hlajenje vodika v generatorju zagotavljajo štirje toplotni izmenjevalci s posodobljeno

regulacijo za vzdrževanje temperature vodika. Sistem za hlajenje vode statorskega navitja,

ki je bil v celoti zamenjan skupaj z zamenjavo statorja, odvaja toploto in vzdržuje potrebno

čistost hladilne vode statorskega navitja. Sistem tesnilnega olja dobavlja olje pod

ustreznim tlakom za mazanje mehanskih tesnil in s tem preprečuje pobeg vodika ob osi

rotorja generatorja. Vsi pomožni sistemi in naprave generatorja so hlajeni s sistemom za

hlajenje sekundarnih komponent, tega pa neposredno hladi Savska voda [15].

Tabela 2.1: Osnovni podatki o obratujočem generatorju [15]

NAVIDEZNA MOČ 880 (MVA) NAZIVEN TOK

STATORJA

24,194 (kA)

DELOVNA MOČ 767 (MW) FREKVENCA 50 (Hz)

NAZIVNA

NAPETOST

21 (kV) VZBUJALNA NAPETOST 425 (V)

HITROST 1500 (vrt/min) VZBUJALNI TOK 7317 (A)

cosφ 0,872 ŠTEVILO POLOV 4

JALOVA MOČ (+) 430 (MVAr) MASA STATORJA 475 (t)

JALOVA MOČ (-) 250 (MVAr) MASA ROTORJA 154 (t)


4

Slika 2.2: Shematski prikaz generatorja v NEK [1]

2.1.1 Stator generatorja

Stator je sestavljen iz jedra statorja in statorskega navitja. Nazivna napetost na sponkah

generatorja je 21 (kV), navidezna moč pa 880 (MVA). Jedro statorja, ki je dolgo 6147

(mm) ima notranji polmer 937,8 (mm) in zunanji 1613 (mm), 48 utorov, v katere je

vloženo dvoslojno navitje. Železno jedro in priključne vode statorja hladimo z vodikom.

Navitje je iz bakrenih palic, skozi katere teče statorska hladilna voda s hitrostjo 1,6 (m/s),

katere prevodnost ne sme preseči 3 (micro-siemens/cm). Skupni pretok statorske hladilne

vode znaša 188 m³/h. Temperaturni razred izolacije celotnega generatorja je F, kar pomeni

obratovanje pod 155(˚C). Generator pa je projektiran za obratovanje z izolacijo razreda B,

kar pomeni, da temperatura jedra ne bo presegla 130 (˚C), temperatura v statorskem navitju

bo celo pod 100 (˚C). Stator generatorja ima maso 475 ton brez mase hladilcev vodika,

nosilcev ležajev, ohišja priključnih sponk in skoznikov priključnih vodnikov. Zračna reža

med statorjem in rotorjem znaša 8,7 (cm) [1].

STRAN

TURBINE

STRAN

VZBUJALNIKA

VHODNI

VODNI

KOLETOR

STATORSKO

JEDRO

IZHODNI

VODNI

KOLEKTOR

HLADILNIKA

VODIKA

TESNILA

ROTO

R

LEŽAJ

GLAVA

STATORSKEGA

NAVITJA

SKOZNIKI S

PRIKLJUČNIMI

VODI

ZUNANJE

OHIŠJE

KOMPRESOR


5

Slika 2.3: Stator glavnega generatorja [9]

Slika 2.4 prikazuje prerez vodnikov statorskega navitja, pri čemer je vodnik A spodnji sloj

navitja v utoru, vodnik B pa zgornji sloj navitja. Vidni so tudi votli vodniki, po katerih se

pretaka statorska hladilna voda.

Slika 2.4: Položaj vodnikov v utoru in prerez vodnikov statorskega navitja [9]

KOLEKTOR

HLADILNE

VODE

TEFLONSKE

POVEZAVE

KOLEKTORJA Z

NAVITJEM

JEDRO

STATORJA

STATORSKO

NAVITJE

A

B


6

Slika 2.5 prikazuje priključek statorskega vodnika. Cevni del je povezan na kolektor

statorske hladilne vode preko teflonske cevi. Sferični del priključka je namenjen

električnem povezovanju vodnikov med sabo s spojnimi vodi.

Slika 2.5: Statorska vodnika s priključkom [9]

2.1.2 Rotor generatorja

Rotor generatorja ima premer 1701 (mm), celotna dolžina njegove osi je 13678 (mm),

njegova masa znaša 154 ton, vrti pa se s hitrostjo 1500 (vrt./min). Rotorsko navitje je

sestavljeno tako, da ima 4 pole, vsak pol pa ima 4 tuljave z različnim številom ovojev.

Tuljava 1 ima 6 ovojev, tuljava 2 ima 7 ovojev, tuljavi 3 in 4 pa po 8 ovojev. Tako ima

vsak pol skupno 29 ovojev, celotno rotorsko navitje pa 116 ovojev [2] .

Rotorski enosmerni vzbujalni tok teče iz vzbujalnika v rotorsko navitje po dveh vodnikih

(Slika 2.7) znotraj osi rotorja. Rotorsko navitje so bakrene palice z utori, skozi katere

potuje pretok vodika. Rotor vsebuje tudi kompresor, ki služi za pretok vodika skozi

rotorsko navitje in zračno režo z namenom odvoda joulskih izgub v rotorju.


7

Slika 2.6: Rotor med transportom iz generatorja na podstavek [9]

Slika 2.7 prikazuje spojno mesto rotorja generatorja in rotorja vzbujalnika. Vidna sta tudi

posrebrena priključka aksialnih vodov rotorskega navitja, po katerih teče enosmerni

vzbujalni tok.

Slika 2.7: Spojna prirobnica rotorja glavnega generatorja z rotorjem vzbujalnika [9]


8

2.1.3 Vzbujalnik

Namen vzbujalnika je proizvodnja in dobava enosmernega vzbujalnega toka rotorju

generatorja. V generatorju se inducira izmenična napetost v induktorju, ko je to navitje

izpostavljeno magnetnemu polju, ki se spreminja s časom. V našem primeru je induktor

statorsko navitje. Ker je velikost inducirane napetosti odvisna od števila ovojev v

induktorju (N), hitrosti vrtenja (f) in od magnetnega pretoka (Φ), na N in f pa ne moremo

vplivati, lahko spreminjamo le gostoto magnetnega pretoka [2].

Ui= N· f· Φ (V)

Enačba 2.1: Enačba za izračun velikosti inducirane napetosti

Gostoto magnetnega pretoka spreminjamo tako, da spreminjamo velikost vzbujalnega toka

rotorskega navitja glavnega generatorja.

Vzbujalni tok ustvarja v navitju rotorja magnetno polje, ki z vrtečim se rotorjem inducira v

statorju trifazno napetost 21 (kV). Vzbujalni sistem glavnega generatorja je sestavljen iz:

pomožnega vzbujalnika s trajnimi magneti (PMG-Permanent Magnet Generator);

napetostnega regulatorja;

glavnega vzbujalnika;

rotirajočih usmernikov.

Pomožni vzbujalnik je sestavljen iz 28 polnega rotorja s trajnimi magneti in trifaznega v

zvezdo vezanega navitja na statorju. Inducirana napetost na statorju pomožnega

vzbujalnika je 120 (V) in 350 (Hz). To inducirano napetost vodimo preko odklopnika na

WTA (Westinghouse Trinistat Amplifier) napetostni regulator [2].

Naloga napetostnega regulatorja je vzdrževanje izhodne napetosti na želeni vrednosti (21

kV) pri vseh obremenitvah do 105 % nazivnega bremena generatorja [8]. Inducirana

napetost 120 (V), 350 (Hz) se vodi od PMG statorja preko vzbujalnega odklopnika na:

· tiristorski usmernik (Trinistat power amplifier) [8];

· vžigno impulzno napravo (Trinistat firing circuit) [8].

Trifazni tiristorski usmernik usmeri 350 (Hz) (usmerimo napetost) v enosmernega in

napaja statorsko vzbujalno navitje glavnega vzbujalnika. Tiristor deluje kot napetostna

vrata in prevaja tok le, če je bil prej prožen s prožilnim signalom iz prožilnega vezja in še

to le, dokler napetostna sinusoida ne prečka abscise, nato se zapre (deluje kot usmernik).

Velikost vzbujalnega toka je odvisna od časa odprtosti tiristorja. Čim večji je časovni

zamik (zakasnilni kot α) impulza z ozirom na prehod izmenične napetosti skozi ničlo, tem

manjša je srednja vrednost enosmernega toka in seveda tem nižji je tok vzbujanja za glavni

vzbujalnik. Srednja vrednost enosmernega toka je odvisna od dajalnika vžignih impulzov.

Imamo dva tiristorska močnostna ojačevalnika v paralelnem obratovanju, pri čemer lahko

načeloma enega odstranimo tudi pri obratovanju na polni moči, če pri tem ne presežemo

nazivnih vrednosti 200 (A) enega ojačevalnika. Za občutek le podatek, da je vzbujalni tok

iz WTA na stator glavnega vzbujalnika 64 (A) pri moči generatorja 655 (MW) in 100

(MVAr), kar pomeni 32 (A) po ojačevalniku pri 30 (V) DC [8].


9

Impulzna prožilna naprava generira zaželene impulze na podlagi primerjave enosmernega

krmilnega signala iz osnovnega regulatorja in iz napetostnega regulatorja. Časovno

referenco za proženje predstavlja napajalna napetost iz PMG. Impulzi so sinhronizirani s

frekvenco 350 (Hz). Imamo dve prožilni napravi, ki proizvajata prožilne impulze za

krmiljenje tiristorjev (vsak tiristorski močnostni ojačevalnik ima svojo prožilno napravo).

Skratka usmerjena in zregulirana inducirana napetost iz PMG-ja se vodi na statorsko

navitje glavnega vzbujalnika [8].

Glavni vzbujalnik je dvanajstpolni sinhronski generator, katerega statorsko navitje ima

vlogo vzbujalnega navitja, rotorsko navitje pa vlogo induktorja. Inducirana napetost je

frekvence 150 (Hz) in jo vodimo na rotirajoči usmernik. Nazivni tok rotorja (induktor) je

7317 (A). Stator kot celota je sestavljen iz spodnje in zgornje polovice. Statorsko navitje je

skupek tuljav v cilindrični obliki, kar omogoča, da zgornjo polovico statorja odstranimo

zaradi lažje odstranitve rotorja vzbujalnika med remontom. Inducirano napetost vodimo po

bakrenih vodnikih v osi rotorja do rotirajočega usmernika [2].

Trifazni rotirajoči usmernik je sestavljen iz 36 modulov. Vsak modul vsebuje zaporedno

vezavo varovalke, dveh diod z vgrajenim hladilnikom uporom in kondenzatorjem in spet

varovalke. Tako je za vsako fazo vzporedno povezanih 12 modulov. Varovalki služita za

deaktivacijo dela usmerniškega vezja v primeru napake na diodi ali kratkega stika na

glavnem vzbujalniku. Varovalke imajo indikator stanja, ki ga med obratovanjem občasno

preverjamo s stroboskopsko lučjo. Bakreni vodniki znotraj osi pa služijo za električno

povezavo med rotorskim navitjem glavnega vzbujalnika in trifaznega usmernika ter za

povezavo med usmernikom in rotorskim navitjem glavnega generatorja. Enosmerni tok

reda 7000 (A) na polni moči in napetosti 425 (V) teče od usmernika po bakrenem vodniku

znotraj osi rotorja (pozitivni pol) v rotorsko navitje glavnega generatorja. Tok se po

drugem bakrenem vodniku znotraj osi rotorja vrača na rotirajoči usmernik iz rotorskega

navitja kot negativni pol [2].


10

Slika 2.8: Slika poenostavljene sheme vzbujalnega sistema glavnega generatorja [11]

Slika 2.9: Vzbujalnik kot celota [9]

POMOŽNI

VZBUJALNIK ALI

PMG

LEŽAJ STATOR

GLAVNEGA

VZBUJALNIKA

ROTIRAJOČI

USMERNIK CILINDRIČNA

TULJAVA

VENTILATOR


11

Na sliki 2.10 je spojna prirobnica s kontakti aksialnih vodov, vidi se tudi usmernik z

moduli, sestavljenimi iz varovalk, uporov, kondenzatorjev in diod. Prirobnici sta

spojeni skupaj (Slika 2.7 in Slika 2.10) in tako omogočata, da se vrti vzbujalnik skupaj

z generatorjem, ter da se pretaka vzbujalni tok iz vzbujalnika v rotorsko navitje

generatorja. Spoj prirobnic je viden tudi na Sliki 2.9.

Slika 2.10: Spojna prirobnica med vzbujalnikom in rotorjem glavnega generatorja z

usmernikom [9]


12

2.2 Razlogi za zamenjavo rotorja glavnega generatorja v NEK

2.2.1 Iztekanje življenjske dobe sklopov generatorja

NEK je oktobra 1981 prvič sinhronizirala elektrarno z elektroenergetskim omrežjem. Tako

se je začelo zdaj že tridesetletno obratovanje glavnega generatorja. Zaradi posebnosti

izvora energije v jedrskem objektu NEK obratuje v pasovnem režimu dnevnega diagrama

porabe električne energije, kar pomeni, da obratuje ves čas na polni moči. Vsi deli

originalnega generatorja so bili v skladu s takratno prakso v industriji specificirani,

projektirani in izdelani za življenjsko dobo 30 let. Ta doba je bila vezana bolj na

amortizacijsko dobo elektrarne kot pa na natančno projektirano življenjsko dobo. Pričakuje

se, da bo generator obratoval s povprečno zaneslivostjo pri normalnih obratovalnih pogojih

vsaj 30 let. Večina nuklearnih elektrarn je podaljšala svojo življenjsko dobo nad 40 let s

podaljšanjem obratovalnega dovoljenja v povezavi in konzultacijami z originalnimi

dobavitelji opreme [4].

Izkušnje z velikimi generatorji potrjujejo, da je lahko dejanska življenjska doba bistveno

drugačna od pričakovanih 30 let. Vse aktivne komponente generatorja so podvržene obrabi

in procesu degradacije. Na hitrost degradacije vpliva veliko dejavnikov, od projektnih

rešitev, izdelave in vgradnje do preventivnega in korektivnega vzdrževanja. Predvsem pa

občutno vplivajo na zanesljivost obratovanja generatorja obratovalni pogoji, kot so

temperatura in vibracije ter motnje v prenosnem omrežju. Prepoznavanje zgodnjih stopenj

poslabšanja stanja stroja in pravočasno popravilo ali zamenjava igra pomembno vlogo pri

življenjski dobi sklopov generatorja in s tem samega generatorja [4].

Rotor kot najbolj obremenjena in hkrati še dinamična komponenta generatorja je zelo

podvržen procesu staranja [4].

V rotorskem navitju lahko zaradi termične degradacije pride do medovojnega stika. Zaradi

staranja, pokanja in premika izolacije pride do zemeljskega stika, zaradi deformacije,

pokanja in obrabe vodnikov pa pride do dinamične neuravnoteženosti ter prevodne

kontaminacije, ki lahko povzroči vsako od zgoraj navedenih odpovedi. Pričakovana

življenjska doba rotorskega navitja je med 20 in 25 let [4].

Rotorski odkovek je podvržen pojavu razpok ter propagiranju le-teh zaradi utrujenosti

materiala. Razpoke v področju utorov lahko vodijo do zloma zagozd ali celo zoba utora.

Prisotnost torzijskih vibracij pa lahko vodi do zloma gredi. Pričakovana življenjska doba

rotorskega odkovka je med 30 in 60 let [4].

Rotorske kape korodirajo ali celo pokajo zaradi stresne korozije ali utrujenosti materiala,

njihova pričakovana življenjska doba se giblje med 20 in 60 let [4].

Komponenta, ki je najbolj podvržena procesu staranja in skrajšanju življenjske dobe, je

izolacija rotorskega in tudi statorskega navitja [4].


13

2.2.2 Odkritje medovojnega stika na rotorskem navitju

V 24. gorivnem ciklu je v NEK med obratovanjem generatorja pri povečani proizvodnji

jalove energije prišlo do nenadne spremembe vibracijskega stanja na ležajih generatorja in

turbine. Prisotne vibracije na ležajih generatorja in turbine ter ostali obratovalni parametri

so bili še vedno v sprejemljivih mejah za nadaljnje obratovanje elektrarne. Sprememba

vibracijskega stanja je lahko posledica nastanka medovojnega stika na rotorskem navitju.

V nadaljevanju so bile akcije usmerjene v odkrivanje oziroma potrditev medovojnega stika

kot najverjetnejšega vzroka spremembe vibracijskega stanja [4].

Tako so bile v remontu 2010, ko je bil rotor izvlečen iz generatorja, izvedene meritve

izolacijske trdnosti navitij, uravnoteženosti polov in RSO (recurrent surge oscillation) v

štirih pozicijah rotorja z medsebojnim 90 stopinjskim zamikom ter boroskopski pregled

glav rotorskega navitja. Z dvema meritvama neuravnoteženosti polov je bila potrjena

maksimalna 4,6 - odstotna neuravnoteženost pola N1. Potrjeno je bilo, da je medovojni stik

glavni razlog za spremembo vibracijskega stanja, zato se je NEK odločila za čimprejšnjo

zamenjavo rotorja. Kar nekaj nuklearnih elektrarn po svetu je izbralo kratkotrajno

obratovanje za čas enega ali dveh gorivnih ciklov s prisotnim medovojnim stikom. Kljub

temu da se je NEK odločila podobno, proizvajalec generatorja priporoča, da se napaka

odpravi že v naslednjem remontu, do takrat pa je potrebno izvajati aktivnosti in upoštevati

omejitve med obratovanjem, kot so [4]:

vgradnja magnetne sonde v statorski utor generatorja za spremljanje stanja

medovojnega stika na rotorskem navitju preko meritve magnetnega polja v reži, kar je

bilo izvedeno z zamenjavo statorja glavnega generatorja v remontu 2010 (Slika 3.8)

[4];

začetni posnetek (Slika 2.12) in redno spremljanje stanja medovojnega stika z

magnetno sondo (Slika 2.13) [4];

preverjati zemeljski stik na rotorju 4-krat dnevno [4];

spremljati vibracijsko stanje na turbini in generatorju [4];

omejiti oziroma izogibati se obratovanju generatorja v induktivnem področju

obratovalnega diagrama (0 MVAr do -150 MVAr) [4];

strokovno oceniti vsako spremembo stanja na generatorju (vibracije, magnetno polje v

reži, temperature, jalova moč - vzbujanje) [4].


14

Slika 2.11: Slika sheme štiripolnega rotorskega navitja glavnega generatorja v NEK


15

Slika 2.12 prikazuje odziv magnetne sonde po njeni namestitvi na stator generatorja in tako

prikaz začetnega stanja rotorskega navitja. Posnetek stanja je narejen po dosegu polne moči

elektrarne. Moder trend kaže, na dejanski obstoj medovojnega stika v tuljavi 2 pola N1.

Slika 2.12: Magnetno polje v reži generatorja z dne 10. 11. 2010 [4]


16

Slika 2.13 prikazuje stanje rotorskega navitja po enem letu obratovanja generatorja.

Posnetek kaže na nespremenjeno stanje rotorskega navitja oziroma da medovojni stik na

isti tuljavi istega pola ne propagira.

Slika 2.13: Magnetno polje v reži generatorja 22. 11. 2011 [13]


17

2.2.3 Ocena rizika obratovanja s prisotnim medovojnim stikom na rotorskem

navitju

Zgodovina obratovanja Westinghousove serije velikih 4-polnih generatorjev kaže na

razmeroma nizko tveganje pri obratovanju s 4- do 5- odstotno neuravnoteženostjo polov. V

nadaljevanju so opisani tipi, načini odpovedi, verjetnost, posledice in riziko obratovanja

rotorja, ki ima prisoten medovojni stik na navitju [4]:

če je kratek stik majhen in ima visoko upornost, prihaja do lokalnega iskrenja in

degradacije medovojne izolacije. Za odpravo napake je potrebno zamenjati

izolacijo poškodovanega ovoja. Verjetnost - Visoka, Posledice - Majhne, Riziko –

Nizek [4];

če je upornost kratkega stika nizka ali nič, bo prišlo do talitve bakrenih plasti,

kratko sklenjeni ovoji pa so izločeni iz vzbujalnega vezja. Zahteva po višjem

vzbujalnem toku za vzdrževanje enake izhodne moči generatorja povzroča porast

temperature v navitju brez medovojnega stika. Upornost kratkega stika se lahko

spreminja in povzroči iskrenje, kot je opisano v prejšnji točki. Glede na obseg

poškodbe je potrebno zamenjati del navitja in izolacije [4]. Vibracijsko stanje se

spreminja v odvisnosti od moči generatorja. Verjetnost - Visoka, Posledice -

Srednje, Riziko – Nizek [4];

Če velikost kratkega stika povzroča kontinuirano iskrenje, pride lahko do lokalnega

pregrevanja in dodatne poškodbe izolacije na sosednjih ovojih, to pa povzroči

verižno nastajanje medovojnih stikov. Zelo verjetno bo prišlo do večje termične

neuravnoteženosti skupaj z nezmožnostjo zagotavljanja vzbujalnega toka za

obratovanje na polni moči generatorja. Resna poškodba navitja lahko povzroči

avtomatski izklop generatorja zaradi delovanja zaščite s predhodnimi simptomi,

opisanimi zgoraj. Potrebno je delno previjanje rotorja, lahko pa pride tudi do

poškodbe odkovka in rotorskih kap. Verjetnost - Srednja, Posledice - Srednje,

Riziko – Srednji [4];

Odvisno od lokacije verižnega nastajanja medovojnih stikov lahko pride do preboja

na telo rotorja (odkovek, zemeljski stik). Rotor lahko obratuje z enojnim

zemeljskim stikom, dvojni zemeljski stik pa bo povzročil taljenje odkovka in/ali

delov rotorja. Obseg poškodbe bo odvisen od vzbujalnega toka (moči generatorja) v

trenutku incidenta in bližine obeh zemelski stikov. Odvisno od lokacije in obsega

poškodbe bo potrebno popravilo v obsegu od lokalnega brušenja oziroma struženja,

do zamenjave poškodovanega odkovka in/ali delov rotorja. Verjetnost - Nizka,

Posledice - Velike, Riziko – Visok [4].


18

2.3 Vzroki za nastanek medovojnega stika na rotorskem navitju

Medovojni stiki se običajno pojavijo zaradi odpovedi izolacije med ovoji v posamičnem

navitju. Stresi, prisotni pri vsakem zagonu ali zaustavitvi, igrajo posebej pomembno vlogo

pri razvoju medovojnega stika. Vendar se včasih medovojni stiki pojavijo že pri

novonavitih rotorjih.

Odpoved izolacije je lahko posledica medsebojnega gibanja ovojev v navitju. Relativno

gibanje bakrenih ovojev med seboj lahko poškoduje izolacijo med ovoji ali jo premakne, in

tako nastane stik med ovoji.

Odpoved podsistemov, konstruiranih, da navitje vzdrži termične in mehanske sile med

obratovanjem rotorja, lahko povzroči medsebojno gibanje ovojev v navitju.

Fenomen skrajšanja tuljave (coil foreshortening) se nanaša na skrajšanje bakrenih ovojev v

utorih rotorskega navitja po številnih zagonskih ciklih. Baker se v rotorskih utorih želi

raztegniti bolj kot utor rotorskega navitja med segrevanjem rotorja. Med vrtenjem rotorja

so prisotne efektivne sile trenja, ki nasprotujejo temperaturnemu raztezku bakra, ki ga v

sredini utora povzročajo kompresijske sile s svojim delovanjem na bakreno palico, medtem

ko je zaradi trenja bakrena palica na izhodu iz utora blokirana. Če so kompresijske sile na

bakreno palico v utoru prevelike, se palica lahko deformira. Ko se rotor zaustavi in ohlaja,

blokirana bakrena palica zaradi trenja miruje, medtem ko deformirani del palice zaradi

ohlajanja vleče konec bakrene palice v rotorski utor. To lahki povzroči izmik izolacije med

ovoji, v najslabšem primeru pa je to lahko vzrok za razpoke na konceh navitja.

Podaljšanje zgornjih bakrenih ovojev v rotorski glavi (end-strap elongation) je proces med

rotorsko glavo in rotorsko kapo. Ko rotor doseže normalne vrtljaje in temperaturo, se

rotorski kapi poveča premer. Površina med rotorsko glavo in izolacijo rotorske kape mora

omogočati te termične raztezke tako, da rotorska kapa ne vleče za seboj rotorske glave in s

tem trajno podaljšuje zunanje ovoje na rotorski glavi, med katerimi lahko zaradi teh

pomikov pride do medovojnega stika. Ustrezna medovojna učvrstitev navitja rotorske

glave (adequate end-turn blocking) se zahteva zaradi vzdrževanja kompaktnosti rotorske

glave. Če te učvrstitve niso zadostne oziroma popustijo tekom obratovanja, lahko pomiki

med ovoji v rotorski glavi povzročijo neporavnanost bakrenih palic, ki lahko preraste v

medovojni stik.


19

2.4 Učinki medovojnega stika na rotorju

Medovojni stik na rotorskem navitju se pojavi, ko izolacija med ovoji izgubi lastnost

električne izolacije. Osamljen medovojni stik ali več ravno prav razporejenih stikov

navadno ne vplivajo na obratovanje rotorja. Medovojni stiki redko vodijo v prisilno

zaustavitev, seveda če so pravočasno prepoznani in odpravljeni. Večje število medovojnih

stikov lahko zahteva obratovanje generatorja na znižani moči ali prisilno zaustavitev.

Medovojni stiki se običajno odražajo v sledečih obratovalnih problemih [1]:

rotorska temperaturna nesimetrija;

Tuljave z medovojnimi stiki obratujejo pri nižjih temperaturah, kot tuljave brez

medovojnih stikov. Tak temperaturni profil povzroči usločenje rotorskega odkovka in

mehansko nesimetrijo, kar ima za posledico povišane vibracije na rotorju [1].

nesimetrični magnetni fluks med poloma;

Pri dvopolnih rotorjih je ta nesimetrija manj izrazita, ker med poloma potuje isti fluks,

pa čeprav oslabljen. Pri štiripolnih rotorjih je ta nesimetrija bistveno izrazitejša, ker je

fluks le enega pola oslabljen je rezultanta magnetnega fluksa v obliki elipse. Taka

porazdelitev magnetnega fluksa se odraža v mehanskem pomiku rotorja, mehanski

nesimetriji in povišanih vibracijah. Generatorji v večini nuklearnih elektrarn imajo

štiripolne rotorje [1].

zahteva po večjem vzbujalnem toku pri isti moči generatorja;

Medovojni stik slabi rotorski magnetni fluks pri določenem vzbujalnem toku, zato je

za vzdrževanje iste moči na izhodu iz generatorja potreben večji vzbujalni tok. Če

število medovojnih stikov preseže 5 % rotorskega navitja, lahko vzbujalnik postane

omejujoči faktor jalove moči na izhodu iz generatorja [1].

višje temperature v navitjih brez medovojnega stika;

Večji rotorski tok za vzdrževanje iste moči na generatorju ima za posledico porast

joulskih izgub znotraj rotorskega navitja. Povečane toplotne izgube so rezultat

povečanega magnetnega pretoka v navitjih brez medovojnega stika. Posledica

povišanih temperatur navitij je pospešeno staranje izolacije navitij in krajšanje

življenjske dobe stroja [1].

poseben primer medovojnega stika.

To so medovojni stiki pod rotorsko kapo. Glavni razlog so usločitve bakra in

posledično na eni strani nateg izolacije, na drugi pa zgostitev in preboj v tem delu na

drugi ovoj. V primeru takih prebojev nadaljnje obratovanje generatorja ni možno [1].


20

2.5 Načini detekcije medovojnega stika

Detektor rotorskega medovojnega stika (magnetna sonda) je najučinkovitejši indikator

medovojnega stika med obratovanjem generatorja. Drugi testi so zmožni prepoznati

medovojni stik, vendar zahtevajo zaustavitev generatorja in v večini primerov izvlek

rotorja [1]. Natančna lokacija medovojnega stika se lahko ugotovi šele po razstavljanju

rotorja.

Med rednim remontom oktobra 2010 smo v NEK zamenjali stator glavnega generatorja. V

tem času je bil rotor generatorja izvlečen in postavljen na podstavek.

NEK je izvedla meritve rotorja z različnimi metodami in z dvema neodvisnima

izvajalcema, od katerih je bil eden tudi dobavitelj novega statorja.

Izvedene so bili sledeče meritve:

meritev izolacijske trdnosti navitja;

meritev simetričnosti rotorskih navitij;

meritev padcev napetosti po vsakem ovoju v polu N1;

RSO (recurrent surge oscillation).


21

3 POSNETEK STANJA ROTORSKEGA NAVITJA V REMONTU

2010

Za potrditev sumov o medovojnem stiku, za pridobitev strokovnih mnenj o stanju naprave

na osnovi testiranj z različnimi metodami ter za določitev strategije nadaljnjega

obratovanja, smo potrebovali posnetek stanja rotorskega navitja. V nadaljevanju bomo

opisali merilne metode, omenjene v poglavju 2.5, rezultate teh meritev ter podane

komentarje.

3.1 Merjenje izolacijske trdnosti rotorskih navitij

3.1.1 Opis merilne metode

Meritve smo izvajali z AVO Meggerjem, in sicer s 1000 V DC napetostjo, ki smo jo

pritisnili med navitje rotorja in maso (os) rotorja. Meritev smo izvajali 10 minut.

3.1.2 Rezultati meritve

Tabela 3.1: Rezultati meritev

ČAS MΩ ČAS MΩ

15 (s) 286 4 (min) 816

30 (s) 440 5 (min) 842

45 (s) 538 6 (min) 859

1 (min) 596 7 (min) 876

1,5 (min) 675 8 (min) 885

2 (min) 725 9 (min) 892

2,5 (min) 760 10 (min) 901

3 (min) 781 P.I. = 10 (min/1 min) 1,51


22

Slika 3.1: Upornost rotorskega navitja

3.1.3 Komentar meritve

Meritve izolacijske trdnosti so pokazale, da je izolacija rotorskega navitja proti masi dobra.

3.2 Merjenje simetričnosti rotorskih navitij


Pri tem testu je uporabljena metoda padcev napetosti po polih. Najprej smo test izvajali z

napetostjo izvora 40 (V)AC v samo enem položaju in izmerili padce napetosti po polih. Po

analizi rezultatov smo test izvajali v štirih pozicijah rotorja, kot prikazuje Slika 3.1. Na

rotorsko navitje smo priključili napetostni izvor 220 (V)AC in merili padec napetosti na

posamičnem polu. Iz izmerjenega toka in pritisnjene napetosti smo izračunali impedanco

navitja v posamičnem položaju rotorja.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00

Upornost rotorskega navitja

Čas (min)

Up

orn

ost

(M

Ω)


23

3.2.2 Rezultati meritev

Tabela 3.2: Rezultati prve meritve

napetost izvora (V) 40

padec napetosti na polu S2 (V) 10,4

padec napetosti na polu N2 (V) 10,2

padec napetosti na polu S1 (V) 9,87

padec napetosti na polu N1 (V) 8,2

tok (A) 13

impedanca: Z =

(Ω) 3,1

Slika 3.2: Položaji pola N1 pri meritvah z napetostjo 220 VAC

Tabela 3.3: Rezultati meritev z 220 (V)AC

položaj pola N1 12:00 3:00 6:00 9:00

napetost izvora (V) 220,8 221,6 222,1 222,5

padec napetosti na polu S2 (V) 54,8 55,1 54,9 55,0

padec napetosti na polu N2 (V) 60,1 60,8 61,2 61,5

padec napetosti na polu S1 (V) 54,0 53,7 53,7 53,7

padec napetosti na polu N1 (V) 51,7 51,9 52,3 51,5

tok (A) 62,1 63,0 62,8 62,9

impedanca: Z =

(Ω) 3,6 3,5 3,5 3,5

maksimalna razlika v padcih napetosti med

poli (%) 3,8 4,0 4,0 4,5

Maksimalna razlika v padcih napetosti med poli =

· 100 (%)


24


Rezultati so pokazali prisotnost medovojnega stika v polu N1, zato so se zahtevali sledeči

testi.

Najprej test simetričnosti rotorskih navitij pri napetosti 220 (V)AC. Sledila je meritev

padcev napetosti po vsakem ovoju v polu N1. Oba testa simetričnosti rotorskih navitij po

polih sta pokazala maksimalno odstopanje v padcu napetosti 4,5 (%) v polu N1. Odstotek

razlik med poli se določi s spremljanjem razlike med visokimi napetostmi in nizkimi

napetostmi deljeno s pritisnjeno napetostjo (enačba pod Tabelo 3.3). Tako dobimo

referenčni podatek, ki ga lahko potem primerjamo z ostalimi proizvodnimi enotami.

3.3 Meritev padcev napetosti po vsakem ovoju v polu N1


Ker je bilo s predhodno opisano metodo potrjeno, da obstaja medovojni stik v polu N1 se

je s sledečo meritvijo želelo čim bolj natančno ugotoviti v kateri tuljavi in med katerimi

ovoji obstaja medovojni stik. Izvedena je bila meritev padcev napetosti med posamičnimi

ovoji na vseh tuljavah, ki pripadajo polu N1. Meritev smo izvedli tako, da smo na kontakta

plus in minus (slika 2.9) celotnega rotorskega navitja priključili izvor s testno napetostjo

220 (V)AC. Skozi ventilacijske odprtine pa smo merili padec napetosti ovoj za ovojem v

vsaki tuljavi pola N1.


Tabela 3.4: Rezultati meritev

odčitek med ovojem (V)

TULJAVA 1 in 2 2 in 3 3 in 4 4 in 5 5 in 6 6 in 7 7 in 8

4R 1,505 1,819 2,202 2,445 2,622 2,728 2,77

3R 1,59 1,92 2,18 2,38 2,48 2,55 2,53

2R 0,04 0,18 0,477 0,78 0,998 1,114

1R 1,28 1,495 1,58 1,647 1,732

1L 1,15 1,39 1,57 1,69 1,73

2L 0,046 0,288 0,638 0,898 1,063 1,132

3L 1,408 1,76 2,055 2,282 2,439 2,528 2,55

4L 1,72 2,065 2,353 2,566 2,708 2,776 2,77


25

Slika 3.3: Padci napetosti med ovoji tuljav pola N1 [10]

Oznake v Tabeli 3.4 in na Sliki 3.3 imajo naslednji pomen:

1 do 8 so številke ovojev, #1 je zgornji ovoj;

1R do 4R so odčitki med poloma N1 in S1;

1L do 4L so odčitki med poloma N1 in S2.


Pri tej meritvi se je izkazalo, da gre za medovojni stik v tuljavi 2 med ovojem 1 in 2, kar se

na Sliki 3.3 vidi kot manjši padec napetosti (krivulja 2R in 2L) v primerjavi z ostalimi

krivuljami.

3.4 Detekcija medovojnega stika z RSO metodo


Metoda RSO, ki se uporablja za detekcijo medovojnega stika, bazira na podlagi merjenja

časa trajanja odbitega potujočega napetostnega vala kot posledice spremenjene impedance

na njegovi poti. Meritev izvajamo z impulzno napetostjo z izvorom majhne moči.

Napetostni signal pošljemo na dva pola, potem ta dva signala med seboj primerjamo. V

primeru identičnega odziva medovojni stik v nobenem od polov ni prisoten, v nasprotnem

primeru pa na eni od krivulj vidimo hitrejši padec napetosti. Iz časa, pri katerem je prišlo

do padca napetosti, razberemo tudi lokacijo oziroma ovoj, ki je v stiku. Tudi to meritev

smo ponovili v štirih pozicijah rotorja, kot je prikazano na Sliki 3.1 zaradi različnih

mehanskih obremenitev na navitje glede na pozicijo. Meritev smo izvajali z napetostjo 500

V med poloma N1 in S2 [16].


26


Slika 3.4: Meritve pri poziciji rotorja, ko je pol N1 na 12 [12]



27


slika 3.7: Meritve pri poziciji rotorja, ko je pol N1 na 09 [12]


RSO meritve so prav tako pokazale prisotnost medovojnega stika v polu N1. Elipse na

Slikah 3.4 do 3.7 kažejo na hiter padec napetostnega impulza v polu N1 (modri trend), ki

je posledica spremembe impedance na njegovi poti. Očitno je tudi, da položaj rotorja v

našem primeru ne vpliva na stanje medovojnega stika, saj so meritve v vseh štirih

položajih rotorja dale enake rezultate.


28

3.5 Boroskopski pregled glav rotorskega navitja

Kot naslednja akcija iskanja napake na rotorskem navitju je sledil boroskopski pregled glav

rotorskega navitja. Pri pregledu je bil opažen izmik dveh belih silikonskih tesnil iz prvotne

pozicije, ni pa bilo opaženo kakšno odstopanje na navitju ali izolaciji. Vsled takšnih

rezultatov omenjenega pregleda je bilo odločeno, da ni potrebe po odstranitvi rotorske

kape v remontu 2010.

3.6 Spremljanje stanja rotorskega navitja med obratovanjem generatorja z

magnetno sondo

Za nadaljnje obratovanje rotorja s prisotnim medovojnim stikom je kot eden od dodatnih

ukrepov uporaba magnetne sonde.

V remontu 2010 smo v zračno režo med rotorjem in statorjem generatorja vgradili

magnetno sondo (Slika 3.2), s katero se spremlja stanje rotorskega navitja med

obratovanjem generatorja. Detektor rotorskega medovojnega stika (magnetna sonda) je

najučinkovitejši indikator medovojnega stika med obratovanjem generatorja. Drugi testi so

zmožni prepoznati in locirati medovojni stik, vendar zahtevajo zaustavitev generatorja in v

večini primerov izvlek rotorja. [4]

Slika 3.8: Shematičen prikaz vgradnje magnetne sonde v veliko zračno režo [18]

Predno opišemo delovanje magnetne sonde in način ter rezultate meritev, moramo na

kratko opisati vsa magnetna polja, ki so prisotna v zračni reži generatorja.

Glavno rotorsko magnetno polje Magnetno polje, ki prečka zračno režo in je odvisno od vzbujalnega toka, ki teče skozi

rotorsko navitje [16].


29

Reakcija indukta Je magnetno polje, ki je posledica toka skozi statorsko navitje, ki vpliva na gostoto

magnetnega polja v zračni reži. Velikost magnetnega polja je odvisna od velikosti

statorskega toka in je najmanjše pri obratovanju generatorja v prostem teku in največje,

ko je stator v kratkem stiku [16].

Stresano polje To je magnetno polje, ki ne prečka zračne reže proti statorju generatorja. To magnetno

polje ne inducira napetosti v statorju generatorja, zato ne prispeva pri proizvajanju moči.

Stresano polje je različno za vsak rotorski utor in je premosorazmerno odvisno od toka, ki

teče skozi navitje v tistem utoru, zaradi česar je to primerno za ugotavljanje aktivnih

ovojev [16].

Rezultanta gostot magnetnega pretoka v zračni reži Je kombinacija zgoraj navedenih magnetnih pretokov v zračni reži generatorja [16].

3.6.1 Opis detekcije stresanega polja z magnetno sondo

Tako imenovana Magnetna sonda je tuljavica z velikim številom ovojev. Da zagotovimo

občutljivost na stresano polje, mora biti os magnetne sonde nameščena radialno na

rotorski utor in odaljena od površine rotorja 2-5 cm. Sonda je običajno montirana na

turbinski strani statorskega navitja na poziciji 10 ali 2 glede na uro, da se minimizira

verjetnost poškodbe sonde pri izvleku rotorja. Izhodni signal je napetostna konica, ki je

odvisna od velikosti magnetnetnega pretoka ali števila ampernih ovojev v utoru. Ko

posamičen rotorski utor prehaja mimo magnetne sonde, le-ta zazna stresano polje tega

utora. Ker so amperni ovoji direktno odvisni od aktivnih ovojev v utoru, sledi, da bo

tuljava z medovojnimi stiki podala na izhodu iz magnetne sonde manjši odziv kot tuljava

brez medovojnih stikov. S primerjanjem napetostnih konic po utorih med poli rotorja

lahko za vsako tuljavo v rotorju izračunamo število medovojnih stikov. Za izračun

prisotnega simetričnega medovojnega stika (isto število afektiranih tuljav v vseh polih) je

potrebno primerjati podatke, posnete pred razvojem medovojnega stika [16].

Izhoden koaksialen kabel magnetne sonde je speljan iz statorskega železa preko glave

statorskega navitja in skozi ohišje generatorja do konektorja na katerega priklopimo

analizator signala, ki vsebuje notesnik, PC kartico za pretvorbo analognega

(napetostnega) v digitalni signal. Analogno-digitalni pretvornik se uporablja za

digitalizacijo napetostnega signala magnetne sonde. Za ta namen je uporabljen en kanal,

drugi služi fizičnemu prepoznavanju pola in sproži izračun analogno v digitalno ravno

takrat, ko pol, ki ga želimo preveriti, prihaja v območje detekcije. Programska oprema

mora biti razvita za avtomatsko analizo medovojnega stika na osnovi izhodnega signala

magnetne sonde [16]. Program ima nalogo, da Sliko 3.9 razreže po polih, obrne polariteto

in postavi vse štiri krivulje eno vrh druge in tako dobimo Sliko 2.12 ali 2.13. Zaradi že

omenjene izredne simetričnosti rotorskega navitja nam odstopanje ene krivulje od druge

kaže na medovojni stik v navitju [16].


30

Za določitev točke največje občutljivosti sonde lahko z integriranjem krivulje izhodne

napetostni magnetne sonde (rdeča krivulja na Sliki 3.9) dobimo krivuljo gostote

magnetnega pretoka (modra krivulja na Sliki 3.9). Točka, v kateri krivulja gostote

magnetnega pretoka seka nič (FDZC - flux density curve zero-crossing), označuje točko

maksimalne občutljivosti sonde za detekcijo medovojnega stika, saj je tukaj vrh krivulje

izhodnega signala sonde skoraj v celoti posledica stresanega polja tega utora. Kateri koli

izhodni signal sonde bo imel maksimalno občutljivost za detekcijo medovojnega stika

samo v tej točki [16].

Slika 3.9: Posnetek stanja rotorskega navitja - odziv magnetne sonde (rdeča), izračun gostote

magnetnega polja (modra) in FDZC (zelena) [13]

3.6.2 Posnetek začetnega stanja rotorskega navitja z magnetno sondo

Če želimo v celoti posneti stanje rotorja generatorja, potrebujemo vrsto obremenilnih točk

(Tabela 3.5), pri katerih bo FDZC usklajena z vsako od točk maksimalnega odziva sonde

po utoru v vodilni tuljavi. S temi podatki je mogoče vsako tuljavo analizirati z

maksimalno možno občutljivostjo.

FDZC se spreminja v odvisnosti od kolesnega kota, ki pa je odvisen od obemenitve

generatorja. V stanju generatorja v prostem teku (nulta moč) je FDZC pozicionirana v

izhodišče koordinatnega sistema. S povečevanjem delovne moči proti polni moči se

FDZC pomika preko vodilnih utorov proti prvemu utoru v vodilni tuljavi. S

spreminjanjem jalove obremenitve generatorja prav tako vplivamo na FDZC. Pozitivni

MVAr-i pomikajo FDZC proti izhodišču koordinatnega sistema, medtem ko negativni

MVAr-i proti prvemu utoru v vodilni tuljavi. S spreminjanjem jalove moči na generatorju

lahko za čas testa pomikamo FDZC v želeno smer v primeru, ko smo zaradi obratovanja

omejeni s spreminjanjem delovne moči na generatorju (Sliki 3.9) [16]

Za izračun medovojnega stika določene tuljave je izbrana točka obremenitve generatorja,

ki je najbližje vodilnemu utoru izbrane tuljave. Sledi izračun medovojnega stika.


31

Optimalno bi bilo, da z obremenitvijo generatorja FDZC poravnamo z vodilnim utorom

vsake tuljave.

Izračuni medovojnega stika se izvajajo z meritvijo velikosti maksimalnega (peak) odziva v

vsakem vodilnem utoru, čemur sledi primerjava med poli v vsaki tuljavi. Naprimer če

imamo 4 (%) ovojev v tuljavi v medovojnem stiku, bo pričakovan maksimalen odziv v

tistem utoru za 4 (%) manjši. To drži le v primeru, da je FDZC poravnan natanko s konico

odziva vodilnega utora tuljave [16].

NEK je izvedla meritve po celotnem območju moči (8 meritev) ob zagonu elektrarne po

remontu 2010 in tako določila FDZC v osmih točkah. (Tabela 3.5).

Slika 3.10 je simbolična saj prikazuje štiripolni rotor s petimi utori na pol, v NEK pa

imamo štiri utore po polu.

Slika 3.10: Shematičen prikaz štiripolnega navitja [18]


32

V Tabeli 3.5 so navedeni nivoji moči generatorja, pri katerih se je posnelo začetno stanje

rotorskega navitja. Meritve so se izvajale ob dvigu moči generatorja po remontu 2010.

Tabela 3.5: Rezultati meritev ob zagonu elektrarne po remontu 2010

Datum in ura

meritve

Delovna

moč

[MW]

Jalova

moč

[MVAr]

Zaključki in komentarji

5. 11. 2010 16:40 0 0

Prosti tek. Pridobljeni podatki kažejo na

odstopanje (en medovojni stik) v tuljavi 2

v enem polu.

5. 11. 2010 21:08 52,3 27,2

Po sinhronizaciji. Pridobljeni podatki

kažejo na odstopanje (en medovojni stik)

v tuljavi 2 v enem polu.

5. 11. 2010 21:18 60,2 10,9

Pridobljeni podatki kažejo na odstopanje

(en medovojni stik) v tuljavi 2 v enem

polu.

6. 11. 2010 09:31 155,0 -46,6



polu.

6. 11. 2010 14:42 214,4 121,5



polu.

8. 11. 2010 12:31 526,3 -112,5



polu.

10. 11. 2010 10:22 716,7 -45,6



polu.

16. 11. 2010 722,0 -37,0



polu.


33

4 ZAMENJAVA ROTORJA IN RAZLIKE MED ORIGINALNIM IN

NOVIM ROTORJEM

V NEK smo v tehničnih specifikacijah za dobavo in zamenjavo novega rotorja generatorja

postavili kar precej zahtev glede projektnih zasnov kot tudi same izdelave rotorja. V

splošnih zahtevah se zahteva, da je rotor projektiran z 3- odstotno rezervo v skladu s

standardom *IEEE Std C50.13. Sposobnosti in zmogljivosti rotorja morajo biti v skladu s

tehničnim poročilom, izdelanim pred naročilom novega rotorja. Rotor se mora popolnoma

ujemati z obstoječo opremo v NEK. V primeru novih zahtev, ki so posledica inženirske

študije ali ocene, jih je potrebno skrbno dokumentirati in poslati v NEK. Temperature

vročih točk ne smejo preseči omejitve razreda B - izolacije 133 (˚C) v vseh obratovalnih

stanjih generatorja, za katere je bil projektiran [19].

Skupna teža rotorja ne sme preseči 164 ton, kar je nosilnost mostnega dvigala v turbinski

stavbi.

Razlike v modelu med originalnim in novim rotorjem imajo zanemarljiv vpliv na

karakteristike in parametre generatorja. Pričakujemo, da bodo razlike karakteristik in

parametrov generatorja z zamenjanim rotorjem manjše od napak izračuna.

Modelne razlike so:

originalni rotor ima 7,5- colsko (190,5 mm) izvrtino, ki je novi rotor nima;

Ker novi rotor nima izvrtine, se to odraža na malo manjšem vzbujalnem toku,

zahtevanem za katerokoli moč generatorja tudi v prostem teku [5].

Pričakovano zmanjšenje vzbujalnega toka je manjše od projektantskih napak v

izračunu in manjše od možnih sprememb vzbujalnega toka zaradi sprememb

magnetnih lastnosti osi rotorskega odkovka, zato se ne pričakuje sprememb

vzbujalnega toka po zamenjavi rotorja [5].

sprememba izolacijskega materiala navitja v skladu s sedanjim modelom rotorja in

proizvajalčevo prakso za F razred izolacije; Rezultat spremembe izolacijskega

materiala ima za posledico boljše ali enake rotorske izolacijske parametre ter enake ali

nižje temperature. Izbran drug izolacijski material nima vpliva na elektromagnetne

parametre in karakteristike generatorja [5].

Je tudi nekaj manjših sprememb v zasnovi v skladu s sedanjim modelom in

obratovalnimi izkušnjami. Namen teh sprememb je v večini primerov odkrivanje

mehanskih težav in izpopolnjenje mehanskih lastnosti ter zanesljivosti navedenih

komponent rotorja[5]:

izboljšana oblika izolacije v utoru, ki se ne premika vzdolžno po utoru [5]:

teflonske listnate vzmeti za pričvrstitev aksialnih blokov usmerjevalcev vodika

pod rotorskimi kapami [5]:

hladilni kanali nad vrhnimi palicami navitja iz enega kosa izolacijskega materiala

[5];

enodelni izolacijski blok na levi strani tuljave 1 in 2 [5]


34

4.1 Ujemanje novega rotorja s sistemi in komponentami generatorja

4.1.1 Nosilci ležajev, ležaji, tesnila

Aksialne pozicije, dolžine, premeri rotorske osi in drsne površine so kritična področja za

zagotavljanje skladnosti med novim rotorjem in ležaji ter tesnili. Novi rotor je izdelan po

dokumentih od izdelave obratujočega rotorja in se dimenzijsko popolnoma ujema s tesnili

in ležaji generatorja. Ležaji so bili analizirani glede na povečano težo rotorja. Povečanje

tlačne obremenitve na ležaje je manjše od dveh odstotkov, zato ni potrebna modifikacija

ležajev, kakor tudi sistema dvižnega olja in sistema mazalnega olja turbine-generatorja [6].

4.1.2 Tesnilno olje

Ker se novi rotor dimenzijsko, aksialno in radialno ujema z obratujočimi tesnili,

obratovanje tesnilnega sistema, kakor tudi oljni film na tesnilih nista odvisna od same teža

rotorja, zato modifikacija sistema tesnilnega olja ni potrebna [6].

4.1.3 Vzbujalni sistem

Kritična področja za zagotavljanje skladnosti med obstoječim vzbujalnim sistemom in

novim rotorjem vsebujejo rotorsko navitje, rotorsko spojko aksialne pozicije rotorja in

pričvrstitev bakrenih aksialnih vodil rotorskega navitja z vzbujalnikovim rotorjem. Novi

rotor se električno ujema z obstoječim vzbujalnim sistemom [6].

4.1.4 Spojni vijaki

Spoj rotorja generatorja z rotorjem nizkotlačne turbine prenaša navor iz turbine na

generator. Kritična področja za zagotavljanje skladnosti novega rotorja z rotorjem

nizkotlačne turbine so debelina prirobnice, izvrtine za matice vijakov in število izvrtin [6].

4.1.5 Kompresor vodika

Kompresor vodika zagotavlja cirkulacijo vodika v aksialni smeri rotorja z namenom

odvoda toplote iz rotorskega navitja. Kompresor je štiristopenjski in je nizkotlačne visoko

volumske izvedbe z visokim izkoristkom. Kompresor se dimenzijsko ujema z obstoječim

hladilnim sistemom vodika, in se ne predvideva nobenih modifikacij na sistemu [6].


35

5 POSTOPEK IZDELAVE NOVEGA ROTORJA

Da rotor generatorja dosega zahtevane karakteristične zmoglivosti, mora biti sestavljen iz

različnih materialov. Ti materiali obsegajo zlitine različnih kovin, zlitino bakra in

sintetične izolacijske materiale. Omenjeni materiali imajo po naravi različne fizikalne

lastnosti, zato se na spremembo temperature ali obremenitve različno odzivajo. Projekt

novega rotorja se mora prilagoditi široki paleti uporabljenih izboljšanih materialov in

upoštevati njihove relativne pomike, ki so prisotni zaradi mehanskih sil vsled obratovanja

stroja. Ti relativni pomiki morajo biti simetrično porazdeljeni po celotnem rotorju [19].

5.1 Izdelava rotorskega odkovka

Zaradi specifičnih pogojev, v katerih obratuje rotor generatorja, je zelo pomembno, kakšen

material je izbran za izdelavo odkovka. Odkovek novega rotorja je izdelan iz enega kosa

materiala po istih specifikacijah kot originalni rotor. Izdelan je iz zlitine niklja, molibdena

in vanadija z načinom vakumskega odplinjevanja [14]. S trenutnimi tehnologijami taljenja

kovin je mogoče popolnoma eliminirati praznine v centralnem delu odkovka.

Posodabljanje tehnologij izdelave jekla je potekalo tako dolgo, dokler ni bila tehnologija

kovanja razvita do točke, kjer je prisotnost notranjih razpok redek pojav. Posledica novo

razvitih tehnologij je eliminacija prisotnosti MnS. V uporabi je tudi tretja generacija

ultrasonične tehnologije (UT) inspekcije odkovka in razpoložljivost visoko zmogljivih

računalnikov, ki omogočajo preračunavanje velikih obremenitev in simulacijo mehanike

loma. Rotorski odkovek, narejen po sedanjih tehnologijah ne potrebuje centralne izvrtine

za odstranitev nepravilnosti. Odkovek novega rotorja je bil pregledan z UT metodo, ki ni

pokazala nepravilnosti. Izdelan je bil v Japan Casting and Forging Corporation na

Japonskem, od koder je bil z ladjo prepeljan v tovarno v Charlloti (ZDA) [14.]


36

Slika 5.1: Odkovek novega rotorja med prenosom s transporterja na ladjo [9]

Sledi struženje odkovka pred vgradnjo rotorskega navitja. Po končanem struženju utorov

bo površina rotorja pregledana še z magnetno tehnologijo (MT), da se odkrijejo morebitne

nastale razpoke ob struženju odkovka [19].


37

Slika 5.2: Rotor med struženjem utorov - turbinska stran rotorja [9]

5.2 Vstavljanje rotorskega navitja in podkomponent

Po končanem struženju odkovka in uspešnem MT sledi vstavljanje navitja. Navitje se

vstavlja povsem ročno, zato je usposobljenost ljudi za to delo zelo pomembna. Urejenost in

čistoča delovnega okolja sta predpogoj, da v navitje ne zaide noben izgubljeni delec ali

umazanija. Ta povzroči lahko poškodbo izolacije in posledično stik navitja na ohišje

rotorja ali pa medovojni stik. Sama testiranja izolacijske upornosti navitja med

vstavljanjem navitja že sproti kažejo na kvaliteto izvajanja del in ujemanje s projektom.

Kavitetno izvedeno delo je eden bistvenih elementov, ki zagotavljajo dolgoročno

obratovanje stroja.


38

Slika 5.3: Rotor med procesom vstavljanja navitja [9]

Slika 5.4: Izolacijski element aksialnih vodnikov navitja v osi rotorja (levo), eden od dveh

aksialnih vodnikov (desno) [9]


39

Slika 5.5: Radialna vodnika (levo), princip spoja z aksialnim vodnikom (desno) [9]

5.2.1 Bakreno navitje

Baker, uporabljen za rotorsko navitje, z uradno oznako materiala C11600 je zlitina srebra

in bakra čistosti 99,9 %. Projektirana je tako, da zmanjša lezenje ali deformacijo.

Posamičen ovoj v navitju je iz votlega vodnika, ki je sestavljen iz dveh U profilov, z

namenom, da omogoči prehod hladilnega medija (v našem primeru vodika). Hladilni

kanali ter vhodne in izhodne odprtine so dimenzionirani tako, da ja temperaturni profil

optimalno razporejen po vsem navitju. S tem se prepreči nastanek vročih točk v navitju [7].

Izolacija rotorskega navitja je sestavljena iz sledečih komponent:

medovojna izolacija, ki mora biti zanesljivo vezana na baker, da se ne pomakne in

blokira pretok hladilnega medija ali izpostavi sosednji ovoj [7];

izolacija med navitjem in utorom ni pričvrščena v utor, ker je iz enega kosa in po

notranji strani prevlečena s teflonom, tako omogoča radialne pomike skupaj z

bakrom, ki so posledica hitrosti rotorja [7];

Izolacija rotorske kape ali drsna izolacijska plast, ki je med rotosko glavo in kapo,

omogoča različne termične raztezke rotorske glave in kape. Njen namen je tudi

električna izolacija med bakrom in kapo [7].


40

Slika 5.6: Sestavni deli rotorskega navitja v enem utoru [1]

Slika 5.7: Sestavni deli bakrenega navitja [9]


41

5.2.2 Rotorski kapi

Rotorski kapi sta kovinska obroča iz nemagnetnega zelo čvrstega materiala in služita za

mehansko podporo glav rotorskega navitja, predvsem med obratovanjem generatorja,

kakor tudi v času mirovanja rotorja. Namen rotorskih kap je preprečiti zvitje, brušenje ali

kakršenkoli drug mehanski vpliv na izolacijo rotorskih glav zaradi upogibanja osi rotorja.

Zelo pomembno je povedati, da sta rotorski kapi del dušilnega navitja ali enostavnejše del

kratkostične kletke rotorja. Kapi sta odkovek iz nerjavnega jekla 18 Mn in 18 Cr.

Omenjena zlitina je visoko odpornost na korozijo in nastanek razpok v primeru prisotnosti

vlage ali drugih korozivnih elementov. Kapa je pritrjena in zaklenjena v rotorski zob na

koncu utora in se čvrsto prilega tudi pri prekoračeni hitrosti in nazivni temperaturi. Trdno

prileganje kape omogoča dobro električno prevodnost za inducirane površinske tokove ter

tako zaradi le-teh zmanjša segrevanje. Zaklepni obroč v rotorskem zobu preprečuje

aksialne pomike rotorske kape. Ta metoda mehanske podpore dopušča upogibanje osi brez

poškodb površine rotorja kot tudi mehanske preobremenitve rotorskega navitja [7].

Slika 5.8: Izolacijski obroč med kapo in glavo navitja (levo), rotorska kapa (desno) [9]

5.2.3 Utorske zagozde

Vsebino utora zadržujejo na svojem mestu zagozde iz nerjavnega jekla v področju utora,

kjer ne vstopa ali izstopa vodik. V področju utora, kjer pa vodik vstopa ali izstopa, pa so

uporabljene berilij-bakrene zagozde. Posrebrene berilij-bakrene zagozde so del dušilnega

navitja in omogočajo električno prevodnost med palicami dušilnega navitja in rotorsko

kapo [7].


42

Slika 5.9: Utorske zagozde pred vgradnjo [9]

Slika 5.10 prikazuje detajle pod rotorsko kapo, vendar za dvopolni rotor.

Slika 5.10: Rotorska glava s sestavnimi deli in rotorsko kapo [1]


43

5.3 Tovarniška testiranja

Ko je rotor izdelan, kar pomeni, da je navitje vstavljeno, je potrebno v tovarni testirati

rotor, da dokažemo kvaliteto izdelka in skladnost izdelka s projektom in zahtevami

naročnika. Izvesti jih mora proizvajalec ali njegov podizvajalec, še preden bo rotor

dostavljen v NEK.

Izvedena bodo naslednja testiranja [19]:

5.3.1 Mehanska testiranja:

dinamično balansiranje pri visoki hitrosti;

tlačni test tesnil aksialnih vodil;

test prekoračitve hitrosti na 120 (%) nazivne hitrosti;

neporušitveni testi komponent rotorja;

meritev vibracij rotorja.

5.3.2 Električni testi:

izolacijska upornost in polarizacijski index;

meritev upornosti navitja ;

meritev impedance navitja;

AC viskonapetostni test

test medovojnega stika (test simetričnosti polov)

test polaritete polov (prikazan z magnetno sondo med vrtenjem rotorja)

RSO test

Vsi stacionarni električni testi oziroma meritve morajo biti izvedene pred in po testu

prekoračitve hitrosti, razen RSO testa. Ta test bo izveden kot del zaključnih testov (po

balansiranju in testu prekoračitve hitrosti) [19].

Testi pri rotirajočem rotorju se bodo izvajali po testu prekoračitve hitrosti.

Meritev impedance navitja se bo izvajala med dvigovanjem vrtljajev rotorja od 0 do 1500

vrtljajev [19].


44

6 LOGISTIKA

Po končanih tovarniških testih se bo za transport rotorja iz ZDA v NEK uporabil rotorju

prilagojen zabojnik, s čimer bo zagotovljena kvalitetna zaščita novega rotorja med

transportom. Zabojnik z rotorjem bo iz Charllote prepeljan z ladjo do Kopra, potem pa s

kamionom do NEK. Po zamenjavi rotorjev se bo zabojnik uporabil za skladiščenje starega

rotorja kot strateške rezervne komponente. Zaradi preprečevanja korozije skladiščenega

rotorja bo v zabojniku nadtlak z dušikovo atmosfero.

Slika 6.1: Zabojnik za transport in skladiščenje rotorja [4]


45

7 VGRADNJA NOVEGA ROTORJA IN ZAGONSKA TESTIRANJA

V remontu 2012 bo vgradnjo novega rotorja izvedel dobavitelj rotorja v skladu s pogodbo.

Vgradnja novega rotorja bo aktivnost remonta, katere predvideni efektivni čas je 21 dni

[19].

Z zagonskimi testiranji bomo preverili po projektu zahtevane lastnosti rotorja in tako

dokazali skladnost stroja s projektno dokumentacijo. Testiranja bodo potekala takoj po

zamenjavi rotorja, in sicer najprej v mirujočem stanju rotorja, preverjala pa se bo

magnetilna karakteristika. Glede na identičnost novega rotorja s starim se ne pričakuje

bistvenih sprememb vzbujalnega toka generatorja [19].

Po sinhronizaciji generatorja na omrežje bodo sledili začetni obratovalni testi, s katerimi

bomo preverili skladnost izdelka s projektom oziroma s specifikacijami naprave. Pri tem

testu noben merjeni parameter generatorja ne sme bistveno odstopati od sedanjih

obratovalnih parametrov [19]. Merjene obratovalne parametre bomo popisali med dvigom

moči od ničte do polne moči na štirih vmesnih točkah [19].

Test na moči bomo izvedli tako, da bomo izmerjene parametre primerjali s parametri,

navedenimi v tehničnem poročilu in tako dokazali, da generator obratuje v skladu z IEEE

standardi [19].

Slika 7.1 predstavlja izračunani obratovalni diagram generatorja, ki predstavlja meje

obratovanja generatorja v odvisnosti od tlaka vodika. Generator je nazivne delovne moči

880 MVA s faktorjem moči 0,872 za nazivni tok 24193(A) in napetost 21 (kV) in

kratkostičnim razmerjem (SCR) 0,74. Je trifazni sinhronski generator s frekvenco 50 (Hz)

z maksimalnim tlakom vodika 5,17 (bar)[19].


46

Slika 7.1: Obratovalni diagram generatorja v NEK [19]

Siemens Energy Inc.

Calculated Capability Curves. Hydrogen Inner-cooled Generator With Water Cooled Stator.

880 MVA, 0.872 PF, 21 KV, 24193 A, 75 PSIG, 3 phase, 50 HZ, 1500 RPM,

SCR 0.74, Rated cold gas 46°C, Cold water 50°C.

Engineer: Vladimir Leonov Curve: 081125A.

-700

-650

-600

-550

-500

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

0 50 100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

MW

(Und

er e

xcit

ed. L

eadi

ng P

F)

M

VA

RS

(Ove

rexc

ited

. Lag

ging

PF

) .

Generator capability at 75 PSIG and new Name plate rating 880 MVA, 0.872 PF, 21 KV.



Generator operating limits for new operating rating 850 MVA, 0.876 PF, 21 KV.

Generator maximum operating active output 744.6 MW.

Steady state stability limit curve at rated voltage and system reactance 0.213 p.u.

Suggested setting for loss of field relay at system reactance 0.213 p.u.

Suggested setting for under excitation limiter at system reactance 0.213 p.u.

Power factor grid.

0.95

0.9

0.8

0.70.60.40.2

0.95

0.9

0.8

0.70.60.40.2

0.872

0.97

0.97

767.4 MW, 430.8 MVAR

0.876

0.920

0.896

744.6 MW, -369 MVAR


47

8 SKLEP

Generator v NEK predstavlja za slovenski elektroenergetski sistem drugo največjo

proizvodno enoto. Povsem jasno je, kako pomembno je njegovo zanesljivo delovanje,

vendar pa kljub članstvu Slovenije v UCTE in povezanosti slovenskega enrgetskega

sistema z evropskim pomeni izpad tako velike proizvodne enote resen problem v preskrbi z

električno energijo. Ker naprava obratuje že tri desetletja, skoraj ves čas na polni moči, je

njena življenjska doba pri koncu. Ko pa je bil prepoznan problem na napravi, se je

postopalo po ustaljeni svetovni praksi za tako velike proizvodne enote. Z izvedenimi

meritvami smo dokazali, da je medovojni stik dejanski vzrok spremenjenega vibracijskega

stanja na osi rotorja. Z odločnim pristopom k projektu zamenjave rotorja z novim je

projektni skupini uspelo pripraviti projektno dokumentacijo in tako po prejetih ponudbah

izbrati najboljšega ponudnika. Izdelava poteka po zastavljenem planu. Nadzor izdelave

odkovka na Japonskem, kot tudi nadaljnje obdelave odkovka, meritve kakovosti odkovka,

vgradnje navitja, namestitve rotorskih kap in zaključnih testiranj rotorja v ZDA opravlja

projektna skupina iz NEK. Terminski plan vgradnje novega rotorja, ki ga je podal

proizvajalec, je že usklajen z remontnim planom NEK. Zamenjava rotorja z novim pa

obenem omogoča revitalizacijo starega rotorja, ki ga je potem možno v relativno kratkem

času zamenjati ob morebitnem pojavu napake na novem zato menim, da je revitalizacija

starega rotorja potrebna in smiselna investicija.


48

9 VIRI, LITERATURA

[1] LO-SGN.01.C1 rev. 9, Main generator and operation , strokovno usposabljanje

NEK, 2011

[2] LO-SGN.02.C1 rev 6, Brushless exciter, strokovno usposabljanje NEK, 2009

[3] EPRI-1014783, Plant Support Engineering: Main Generator End-of-Life and

Planning Considerations, 2006, stran 2-17.

[4] CDP_800-GN-L_rev.0, Dobava in zamenjava novega rotorja za glavni

generator, NEK, 2010.

[5] 22002183-001 rev 2, Krsko 1. Generator design, parameters, characteristics.

S.O. 85P415 (New stator mid-section S.O. 22002183). 2010. [6] EC-11087 Krsko 1 compatability, mechanical stress evaluation, and elongation

considerations related to new supplied generator rotor, NEK 2011.

[7] EC-11088; Krsko 1 replacement rotor design approach to full fill 40 year service

life, NEK, 2011.

[8] LO-SGN.03.C2 rev 6, WTA regulator, strokovno usposabljanje NEK, 2007 .

[9] Slike posnete v času posodobitve generatorja s strani vodje projekta v NEK.

[10] Voltage drop test pole N1, 09.10.2010, NEK interni dokument modifikacijskega

paketa GN-800-L.

[11] LO-SEE.01.C2, Main electric power generation system, strokovno usposabljanje

NEK, 2011.

[12] RSO-Test on Generator-Rotor, NEK interni dokument modifikacijskega paketa

GN-800-L.

[13] 2011-08-02; 100% summary graphs, NEK interni dokument modifikacijskega

paketa GN-800-L.

[14] Quality Recordes Package of generator rotor forging, NEK, 2011.

[15] CDP_611-GN-l_rev 0; Main Generator Stator Replacement,

[16] Greg C. Stone, Edward a. Boulter; Electrical Insulation for Rotating Machines

Wiley-Interscience; 2004

[17] Geoff Klempner, Isidor Kerszenbaum; Operation and Maintenance of Large

Turbo-Generators Wiley-Interscience; 2004.

[18] http://www.generatortech.com/B-Page2-Theory-Effects.html

[19] SP-E3011, Technical specification for turn-key project modification 800-GN-L,

NEK, 2011.

http://suportal.nek.si/topr/zulo/Dokumenti%20v%20skupni%20rabi/Main%20generator%20and%20operation%20Word.pdf


49

10 PRILOGE

10.1 Seznam slik

Slika 2.1: Sklop turbine - generator v NEK [9] ..................................................................... 2

Slika 2.2: Shematski prikaz generatorja v NEK [1] .............................................................. 4 Slika 2.3: Stator glavnega generatorja [9] ............................................................................. 5

Slika 2.4: Položaj vodnikov v utoru in prerez vodnikov statorskega navitja [9]................... 5 Slika 2.5: Statorska vodnika s priključkom [9] ..................................................................... 6 Slika 2.6: Rotor med transportom iz generatorja na podstavek [9] ....................................... 7 Slika 2.7: Spojna prirobnica rotorja glavnega generatorja z rotorjem vzbujalnika [9] ......... 7 Slika 2.8: Slika poenostavljene sheme vzbujalnega sistema glavnega generatorja [11] ..... 10

Slika 2.9: Vzbujalnik kot celota [9] ..................................................................................... 10

Slika 2.10: Spojna prirobnica med vzbujalnikom in rotorjem glavnega generatorja z

usmernikom [9] ................................................................................................................... 11 Slika 2.11: Slika sheme štiripolnega rotorskega navitja glavnega generatorja v NEK ....... 14

Slika 2.12: Magnetno polje v reži generatorja z dne 10. 11. 2010 [4] ................................ 15

Slika 2.13: Magnetno polje v reži generatorja 22. 11. 2011 [13] ........................................ 16 Slika 3.1: Upornost rotorskega navitja ............................................................................... 22 Slika 3.2: Položaji pola N1 pri meritvah z napetostjo 220 VAC ......................................... 23

Slika 3.3: Padci napetosti med ovoji tuljav pola N1 [10] .................................................... 25 Slika 3.4: Meritve pri poziciji rotorja, ko je pol N1 na 12 [12] ........................................... 26

Slika 3.5: Meritve pri poziciji rotorja, ko je pol N1 na 03 [12] ........................................... 26 Slika 3.6: Meritve pri poziciji rotorja, ko je pol N1 na 06 [12] ........................................... 27 slika 3.7: Meritve pri poziciji rotorja, ko je pol N1 na 09 [12] ........................................... 27

Slika 3.8: Shematičen prikaz vgradnje magnetne sonde v veliko zračno režo [18] ............ 28 Slika 3.9: Posnetek stanja rotorskega navitja - odziv magnetne sonde (rdeča), izračun

gostote magnetnega polja (modra) in FDZC (zelena) [13].................................................. 30

Slika 3.10: Shematičen prikaz štiripolnega navitja [18] ...................................................... 31 Slika 5.1: Odkovek novega rotorja med prenosom s transporterja na ladjo [9] .................. 36 Slika 5.2: Rotor med struženjem utorov - turbinska stran rotorja [9].................................. 37

Slika 5.3: Rotor med procesom vstavljanja navitja [9] ....................................................... 38 Slika 5.4: Izolacijski element aksialnih vodnikov navitja v osi rotorja (levo), eden od dveh

aksialnih vodnikov (desno) [9] ............................................................................................ 38 Slika 5.5: Radialna vodnika (levo), princip spoja z aksialnim vodnikom (desno) [9] ........ 39 Slika 5.6: Sestavni deli rotorskega navitja v enem utoru [1] ............................................... 40

Slika 5.7: Sestavni deli bakrenega navitja [9] ..................................................................... 40 Slika 5.8: Izolacijski obroč med kapo in glavo navitja (levo), rotorska kapa (desno) [9] ... 41 Slika 5.9: Utorske zagozde pred vgradnjo [9] ..................................................................... 42 Slika 5.10: Rotorska glava s sestavnimi deli in rotorsko kapo [1] ...................................... 42

Slika 6.1: Zabojnik za transport in skladiščenje rotorja [4] ................................................ 44 Slika 7.1: Obratovalni diagram generatorja v NEK [19] ..................................................... 46


50

10.2 Seznam tabel

Tabela 2.1: Osnovni podatki o obratujočem generatorju [15] ............................................... 3 Tabela 3.1: Rezultati meritev............................................................................................... 21 Tabela 3.2: Rezultati prve meritve ...................................................................................... 23 Tabela 3.3: Rezultati meritev z 220 (V)AC ......................................................................... 23

Tabela 3.4: Rezultati meritev............................................................................................... 24 Tabela 3.5: Rezultati meritev ob zagonu elektrarne po remontu 2010 ................................ 32


51

10.3 Izjava o istovetnosti tiskane in elektronske verzije zaključnega dela in objavi

osebnih podatkov diplomantov

primoŽ habinc - core · turbine stran vzbujalnika vhodni vodni koletor statorsko jedro izhodni...

Documents