Вибрация лобовых частей обмоток статора, повреждение проводников и ремонт

lob_chast

Доклад M. Бресни, компания «AGT Services» на ежегодной конференции IRMC (организатор -компания Iris Power).

Объектом рассмотрения является статор генератора с воздушным охлаждением и VPI изоляцией, которая в процессе эксплуатации была разрушена с замыканием на землю.

Сторона возбуждения:

В целом, концевая обмотка статора имела нормальный вид. В ходе инспекции обнаружилось следующее:

  • Отсутствие пыли или следов смазки.
  • Последовательные соединения имели удовлетворительную фиксацию и надежные распорки.
  • Признаки выполнения предыдущих работ, возможно, с целью обнаружения и устранения проблем, связанных с резонансной частотой.

 Сторона турбины:

  • Во многих местах концевых обмоток была обнаружена расплавленная медь и углерод.
  • Нижние стержни не имели надежной фиксации на внешних опорных кольцах.
  • Ненадежная фиксация в местах установки распорок между соседними колпачками.
  • Ненадежная фиксация в местах установки распорок между соседними стержнями.
  • Нижний стержень №47 имел 11 оплавленных полосок (См. фото №1).
  • Было обнаружено несколько стержней с серьезными повреждениями/ расплавлением проводников на участке последовательных соединений.

Повреждение проводников нижнего стержня

Повреждение проводников верхнего стержня
На нижнем стержне расплавлено 100%  проводников

На нижнем стержне расплавлено 30% проводников

Предварительные испытания на резонансной частоте (биение):

До проведения каких-либо ремонтных работ для концевых обмоток был выполнен анализ методом нормальных волн:

  • Проверка взаимности – Оценка прочности фиксации оплетки на концевых обмотках.
  • Анализ методом нормальных волн для концевой оплетки – Определение мод и  собственных частот концевой оплетки в виде выступающего элемента.
  • Проверка отдельных концевых витков – К каждому отдельному витку прилагалась динамическая нагрузка, после чего анализировалась реакция данного концевого витка.

Результаты:

  • Резонанс наблюдался повсеместно вблизи частоты 120 Гц.
  • Появились предположения, что дополнительные/ нерасплавленные проводники могут иметь трещины, связанные с вибрацией.

Рекомендации:

  • Провести испытания/ анализ системы изоляции на предмет ее пригодности к эксплуатации.
  • Выполнить ремонт всех поврежденных проводников.
  • Заменить распорки в последовательном контуре.
  • Установить носовое кольцо с целью дополнительной опоры / увеличения жесткости.
  • Произвести чистку и заполнение всего узла концевых обмоток эпоксидной смолой с целью обеспечения надежного сцепления обмоток с опорными поверхностями и распорками / надежного прижима обвязки к стержням.
  • Повторить анализ методом нормальных волн.
  • Отрегулировать систему концевых обмоток с тем, чтобы получить допустимые результаты испытаний.

Ремонт посредством пайки:

Большая часть ремонтных работ, производимых с помощью пайки, включают в себя подпайку новой секции полоски или напайку секций проводника в виде соединения встык.

Подпайка новой полоски к нижнему стержню – Подпайка на длине полоски прибл. 20%

Подпайка новой полоски к верхнему стержню – Подпайка на длине полоски прибл. 100%

Ремонт примыкающего верхнего стержня – Относительно мелкий

Ремонт нижнего стержня – Секция проводника, подпаиваемая внутрь

Поиск дополнительных полосок с трещинами:

Снятие 100% изолирующих колпачков в последовательных контурах и последующий визуальный осмотр не обнаружил дополнительных полосок с трещинами.

Завершающий этап ремонта концевых обмоток:

На завершающем этапе все стержни были повторно заизолированы с помощью микаленты и эпоксидной смолы с воздушным отверждением, после чего последовательные соединения были закрыты колпачками, зафиксированы распорками и обвязаны.

Верхний стержень после нанесения изоляции

Ремонт с изоляцией
Установленные колпачки Распорки, установленные между колпачками
Установка носового кольца Нанесение эпоксидной смолы

Анализ методом нормальных волн, выполненный после ремонта

Анализ с применением динамического воздействия на сторону турбины после проведения ремонтных работ, показал хороший уровень взаимности, т.е. система концевых обмоток имела достаточную жесткость/ фиксацию.  Испытания не обнаружили условий, необходимых для возникновения резонанса, который вызвал бы отказ оборудования при эксплуатации.

Оплетка на стороне возбуждения также подверглась испытаниям осле завершения ремонта всех компонент на стороне турбины. Взаимность имела высокий уровень, что подтверждало жесткое закрепление витков обмоток. Тем не менее, были обнаружены две глобальные эллиптические моды (n = 2) для оплетки при частоте 128 и 131 Гц. Указанные моды могли бы вызвать отказ оборудования при его эксплуатации.

Оба узла концевых обмоток имели постоянное / металлическое кольцо, закрепленное в опорной системе концевых обмоток. Путем увеличения массы кольца на стороне возбуждения, частоты двух мод были снижены до 103 и 108 Гц.

СТОРОНА ВОЗБУЖДЕНИЯ.                                  СТОРОНА ТУРБИНЫ.После нанесения краски – с регулировочными кольцами

ВЫВОДЫ:

  • Начальное механическое повреждение проводников происходило из-за циклической усталости.
  • После растрескивания проводников, тепло дуги приводило к расплавлению проводников / вызывало дополнительное повреждение.
  • Главной причиной циклической усталости явилась вибрация концевых обмоток.
  • Главной причиной вибрации концевых обмоток явился разрушающий резонанс в зоне концевых обмоток на частоте около 120 Гц (рабочая частота).
  • Главной причиной разрушающего резонанса явилась слабая фиксация узла концевых обмоток.

Две системы on-line мониторинга могли бы дать необходимую информацию, которая бы позволило персоналу предпринять необходимые корректирующие меры, возможно предотвращающие отказ работающего оборудования:

    1. Система мониторинга вибрации лобовых частей обмоток могла бы своевременно предупредить оператора о возрастании амплитуды вибрации концевых обмоток.
    2. Система мониторинга ЧР могла бы своевременно предупредить оператора о возникновении дуги, связанной с растрескиванием проводников.
M. Бресни, Компания «AGT Services»
24 Сэм Стреттон Роуд , г.Амстердам, шт.Нью-Йорк 12010, 518-843-1112, www.agtservices.com