HİDROLİK JENERATÖR SİSTEMİNDE OLUŞAN ARIZALAR VE İZLEME TEKNİKLERİ

Özet

Günümüzde enerjinin önemi göz önüne alındığında, hidroelektrik santrallerin çalışmasında sürekliliğin ne kadar önemli olduğu çok açıktır. Hidroelektrik santrallerin en önemli bileşenleri türbin ve jeneratördür. Türbin ve jeneratörde oluşabilecek arızalarda, bakımlarda veya revizyonlarda işlerin süratle uzman kişilerce tamamlanması gerekir. -Kurulum maliyetleri yüksek olduğundan, arızalanan bu dönen makinaları değiştirmek işletmeci açısından büyük bir zorluktur. Bu sebeple makinaların ömrünü uzatmaya çalışmak işletmeciler için daha karlıdır. Kullanımda olan 25-30 yıllık bir makinayı değiştirmek yerine bu makinanın yaşam ömrünün uzatılması aynı zamanda santral ömrünün de uzatılması anlamına gelir. Bu nedenle jeneratör sistemlerinde oluşabilecek arızaları iyi tanımak ve bu arızalar için iyi bir izleme sistemi geliştirmek büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla, etkin bir durum izleme sistemi vasıtasıyla ekipmanların çalışma sürelerini ve güvenirlik durumlarını izlemek gerekir. Jeneratörün en önemli parçalarından birisi olan rotorda kutupların yerinden oynaması, gevşek ve eğrilmiş rotor çubukları, merkez çizgisinde kayma ve statorda eğrilik gibi ciddi arızalar oluşabilir. Rotor deformasyonu ve radyal rotor sapmaları nedeniyle de birçok titreşim sorunları meydana gelir. Rotor sebepli titreşim sorunları, stator ve rotor arasındaki statik ve dinamik hava aralığının ölçülmesinin çok önemli olduğunu ortaya koymaktadır. Çalışır durumdaki hidro jeneratörlerde rotor ile stator arasındaki mesafe tasarım sürecinde belirlenir. Çalışan bir jeneratörde, zaman içerisinde bu mesafelerde oluşan kaymaları bir hava aralığı sensörüyle ölçmek ve takip etmek mümkündür. Senkron motorların ve jeneratörlerin sargıları genellikle çok güvenilirdir. Ancak jeneratör rotoru ve statoru üzerinde ciddi termal ve mekanik gerilmeler meydana gelir. İşletme sırasında, makinaların günlük en az birkaç kez hızlanıp yavaşlaması gerekebilir. Bu durum, makinalarda yüksek sıcaklıkların oluşmasına, akabinde de malzemelerde yaşlanma ve hatta stator sargılarında bozulma meydana gelmesine sebep olur. Bu sargı kısa devreleri, doğrudan makinanın devre dışı kalmasına sebep olmasa da yüksek yatak titreşimlerine yol açar. Sargı kısa devreleri manyetik akı izlemek suretiyle tespit edilebilmektedir. Sargılardaki yalıtkan malzemelerin kalitesi ve tasarımı hakkında en iyi bilgi veren ölçümlerden birisi de kısmi deşarj ölçümüdür. Bu ölçümler sayesinde ciddi hasarlar meydana gelmeden makinayı işletmeden almak büyük kazançlar sağlar. Bu makalede hava aralığı ölçümü analizi temelli, hidroelektrik jeneratör rotor dinamikleri ve rotor-stator geometrilerinin analiz metotları uygulaması açıklanmaktadır. Ayrıca sürekli ve süratli olarak yükselen ve düşen darbeler nedeniyle oluşan kısmi deşarjlar ve sargı kısa devrelerinin tespitinde kullanılan manyetik akı ölçümleri ele alınmıştır.

Abstract

It is obvious how important the continuity is for operation of hydroelectric power plants considering the importance of energy today. The most important components of hydroelectric power plants are turbine and generator. In the failures that may occur in turbine and generator and during maintenance or overhauls, it is required that works are completed immediately by specialists. Because installation costs are high, replacement of the failed rotating equipment is a big difficulty for operators. For this reason, it is more profitable for operators to endeavor to extend the life of the failed equipment. Extending the lifetime of an equipment in operation for 25-30 years instead of replacing it also means extension of life of power plant. For this reason, it is of capital importance to know failures that may occur in generator systems and to develop a good monitoring system for these failures. For this purpose, it is required to monitor operating periods and reliability conditions of equipment by means of an effective condition monitoring system. In the rotor which is one of the most important parts of generator, serious failures such as dislocation of poles, loose and bent rotor bars, eccentricity and bevel in stator may occur. Many vibration problems arise due to rotor deformation and radial rotor deviations. Vibration problems arising from rotor show that measurement of static and dynamic air gap between stator and rotor is very important. In hydro-generators in operating condition, distance between rotor and stator is determined in design process. In an operating generator, it is possible to measure and monitor the distortions in these distances over time by means of an air gap sensor. Windings of synchronous motors and generators are usually very reliable. However, significant thermal and mechanical stresses occur on generator rotor and stator. Equipment may need to accelerate and decelerate at least a few times daily during operation. This situation results in occurrence of high temperatures in equipment, and subsequently aging in materials and even distortion in stator windings. These winding short-circuits cause high bearing vibrations although they do not cause outage of equipment directly. Winding short-circuits can be detected by monitoring magnetic flux. One of the measurements providing best information on quality and design of insulating materials in windings is partial discharge measurement. Thanks to these measurements, decommissioning of equipment before occurrence of serious damages provides big benefits. In this article, hydroelectric generator rotor dynamics based on air gap measurement analysis and application of analysis methods for rotor-stator geometries are explained. Furthermore, magnetic flux measurements used in detection of winding short-circuits and partial discharges occurring due to continuously and fast increasing and decreasing impacts are discussed.