Proactief onderhoud van hoogspanningsmotoren en generatoren

Een cruciale factor bij het proactieve onderhoud van hoogspanningsmotoren en generatoren, vooral die in kritieke industriële toepassingen, is de beoordeling van de toestand en de resterende levensduur van de statorwikkelingen. HV-motoren en generatoren worden doorgaans op maat gemaakt en kunnen niet snel worden vervangen als er onverhoopt een storing optreedt. Dit betekent dat correctief onderhoud zeer tijdrovend is en dat de operator lange perioden van kostbare, onvoorziene uitvaltijd kan ervaren.

Hoe kunnen dergelijke problemen worden voorspeld en vermeden?

Conditiebeoordeling:

Er worden verschillende tests en inspectiemethoden gebruikt om nuttige informatie te verzamelen over de toestand van de isolatie van de statorwikkeling. Een DC-test helpt bijvoorbeeld om de reinheid van de wikkeling vast te stellen op basis van de gemeten IR (isolatieweerstand) en PI (polarisatie-index). In de praktijk is echter gebleken dat ondanks acceptabele IR- en PI-waarden nog steeds verontreiniging in een wikkeling kon worden waargenomen.

Traditionele metingen zoals IR/PI- en Tan-delta-metingen zijn afhankelijk van gemeten waardetrends voor het verkrijgen van zinvolle informatie. Dit houdt in dat periodieke metingen moeten worden gedaan en dat de meetconditie op het moment van elke meting hetzelfde moet zijn. Elke verandering in de meetconditie, zoals de kwaliteit van het vermogen, kan de trend veranderen en onbruikbaar maken.

Fouten van grote motoren en generatoren:

Grote motoren en generatoren met een nominaal vermogen van 2 MW en meer zijn ontworpen voor een hoog vermogen en vertonen een relatief hoger percentage wikkelingsfouten dan ontwerpen met een lager vermogen. Op basis van cijfers van een IEEE-enquête heeft 33 procent van alle fouten die tijdens normaal bedrijf worden gedetecteerd, te maken met de statorwikkeling. Het corresponderende cijfer voor storingen die tijdens onderhoud of testen worden gedetecteerd, is echter slechts 8 procent.

Dit onderzoek laat duidelijk de grote lacunes zien in de bestaande metingen en inspectiemethoden voor het proactief identificeren van problemen met de isolatie van statorwikkelingen.

TEAM-stress en levensverwachting:

Voordat u een beoordeling probeert te maken van de gezondheid van isolatie of de resterende levensduur, is het belangrijk om eerst de spanningen te begrijpen die hierop van invloed zijn. Elke meetmethode of inspectie moet alle stressgerelateerde aspecten kunnen dekken om een ​​juiste voorspelling te kunnen doen.

De verschillende soorten spanning die op een bepaald moment optreden bij de isolatie van de statorwikkeling kunnen worden geclassificeerd als TEAM:thermisch, elektrisch, omgevings- en mechanisch.

De kern van elke levenscyclusbeheerbenadering voor motoren en generatoren is het begrip van hoe TEAM-spanningen en isolatiesterkte in de loop van de tijd variëren en hun mogelijke effect op het materiaal van het apparaat.

De degradatie van de isolatie van statorwikkelingen kan in algemene termen worden beschreven door twee curven te gebruiken om aan te tonen hoe spanning en sterkte in de loop van de tijd veranderen.

De spanningscurve toont de gecombineerde belasting op de wikkelingsisolatie die voortvloeit uit de werking ervan, inclusief onregelmatige omstandigheden zoals transiënten. De sterktecurve laat zien hoe bedrijfsomstandigheden en veroudering de sterkte van de wikkelingsisolatie beïnvloeden. Er treedt een storing op wanneer deze twee curven elkaar kruisen.

Tijdige analyse maakt een voorspelling van de resterende levensduur van de statorwikkeling mogelijk en proactief onderhoud kan vervolgens worden gepland om voortijdige uitval en kostbare ongeplande uitvaltijd te voorkomen. Kennis van de oorspronkelijke restlevensduur en de levensduurverlenging die ontstaat door de onderhoudsmaatregelen zorgen ervoor dat de spannings- en sterktecurves niet onverwacht samenkomen.

Metingen:

Het wetenschappelijk voorspellen van de restlevensduur van een statorwikkelingsisolatie omvat een aantal stappen.

Voordat er een analyse kan worden gemaakt van de toekomstperspectieven van een motor of generator, moet de huidige toestand worden bepaald. Dit vereist kennis van basisparameters zoals bedrijfsuren, belasting, aantal starts, inschakelduur, temperaturen, onderhoudshistorie, etc. Al deze factoren hebben invloed op conditiebeoordeling/levensverwachting en moeten worden verzameld en meegenomen in de analyse.

Niet alle gegevens zijn echter beschikbaar op specificatiebladen en motor- of generatorlogboeken. Een isolatie van een statorwikkeling, in verschillende stadia van het verouderingsproces, heeft eigenschappen die alleen door metingen kunnen worden onderzocht. Vier metingen die sterk worden aanbevolen zijn:

• PDCA – Polarisatie depolarisatie stroomanalyse
• TDCA – Tan delta capaciteitsanalyse
• Analyse gedeeltelijke ontlading
• NLIBA – Niet-lineaire analyse van isolatiegedrag

PDCA geeft aanzienlijk meer informatie dan de meer algemeen gebruikte metingen van isolatieweerstand (IR) en polarisatie-index (PI). PDCA is een DC-methode waarbij de wikkelingsisolatie eerst wordt opgeladen en vervolgens via een laagstroommeter naar aarde wordt ontladen.

Uit deze metingen is het mogelijk om een ​​ladingsopslagwaarde voor wikkelingsisolatie af te leiden en deze te vergelijken met referentiewaarden voor normale omstandigheden. Dit maakt een uitgebreidere analyse mogelijk dan wanneer alleen PI en IR zouden worden gebruikt en de methode kan bevredigende waarden opleveren, zelfs met sterk vervuilde wikkelingen. PDCA geeft een idee van de hoeveelheid en locatie van de ladingsopslag in de motor- of generatorisolatie en identificeert vervuiling op het wikkeloppervlak. Het biedt ook extra inzicht in de staat van de isolatie van de wikkeling, inclusief mogelijke veroudering en losheid.

Verwijzend naar het geval op pagina 1, IR, PI-waarden waren respectievelijk 2205 MOhms en 4,79, wat normaal was. Er werd echter ernstige vervuiling gezien in de wikkeling.

De PDCA-waarden werden als volgt gemeten:

• Q1 – 78,68 % (7%)
• Q2 – 65,49 % (10%)
• Q3 – 128,56 % (20%

De PDCA-waarden toonden duidelijk de aanwezigheid van verontreiniging, terwijl de traditionele IR/PI-waarden dit niet konden oppikken.

De wikkeling werd schoongemaakt en er werden opnieuw metingen gedaan die de PDCA-bevindingen herhaalden.

Na het schoonmaken:

IR – 32464 Mohm (> 100)

PI – 5.63 (> 2)

Q1 – 7,84 % (7%)

Q2 – 8,84 % (10%)

Q3 – 8,86 % (20%)

De AC-metingen van TDCA, Partiële ontladingsanalyse en NLIBA geven meer informatie over het volume van de isolatie, terwijl de DC-metingen meer details geven over de oppervlakteconditie van isolatie.

Analyse:

Met de bovenstaande informatie in de hand, samen met de verzamelde gegevens, is de volgende stap het verkrijgen van een algemeen beeld van de staat van de isolatie van de statorwikkeling en de schatting van de resterende levensduur. Een database van de afgelopen duizenden metingen die op verschillende machines zijn gedaan, biedt waardevolle ondersteuning bij de uiteindelijke analyse.

Dit biedt een solide basis voor het bepalen van de staat van een statorwikkeling, het maken van spanningsberekeningen en het inschatten van de verwachte restlevensduur.

Waarde maximaliseren: Door rekening te houden met alle aspecten van spanningen en door de juiste meetprocessen te volgen, is een nauwkeurige voorspelling van de levensduur van de isolatie van de statorwikkeling mogelijk, wat bijdraagt ​​aan meer uptime en lagere onderhoudskosten.

Dit artikel is geschreven door Vijay Anand van de Baldor Electric Company. Vijay is Regionaal Product Specialist Condition Monitoring &Diagnose voor Baldor.

Bij J/E zijn we een geautoriseerde distributeur voor Baldor. Wij voeren producten zoals lagers, tandwielen en pt componenten. Ga voor vragen over een van onze producten naar onze contactpagina of e-mail ons op [email protected]