بخشی از مقاله
چکیده –
در این مقاله به برر سی نتایج حا صل از انجام اندازهگیریهای تخلیه جزئی بر روی بیش از 25 ژنراتور نیروگاههای برق آبی ک شور پرداخته شده است. کلیه عیوب ژنراتورها برر سی و تفکیک شده و گزار شی آماری از انواع عیوب عایقی ژنراتورها و سهم هر عیب آورده شده است. با استفاده از نتایج اندازهگیریهای تخلیه جزئی آنلاین که به صورت همزمان بر روی سه فاز انجام شده است به تفکیک عیوب مختلف به روش سه محوری و حذف نویز و واب ستگی این روش به بازه فرکان سی اندازهگیری تخلیه جزئی پرداخته شده است.
انواع الگوهای مبتنی بر فاز عیوب قابل تشخیص با استفاده از تحلیل تخلیه جزئی بررسی شده است. با توجه به اثر پذیری این الگوها از شرایط بار و دمای اندازهگیری، با ذکر چند عیب عایقی مشاهده شده، اثر تغییر بار و دما بر این الگوها بررسی شده است. با در نظر گرفتن اثرات تغییرات بار و دما امکان تحلیل دقیقتر دادههای تخلیه جزئی و ارائه تخمین مناسبتر از وضعیت عایقی ژنراتور میسر خواهد شد.
-1 مقدمه
امروزه انجام عیبیابی با استفاده از اندازهگیری تخلیه جزئی یکی از رایج ترین روشهای تعیین وضعیت تجهیزات نیروگاهی است. بهبود قابلیت اعتماد سیستم تولید انرژی، تخمین وضعیت عایقی تجهیزات برای جلوگیری از رخ داد عیوب محتمل و خسارت بار و جلوگیری از وقوع قطعیهای پیش بینی نشده از مزایای بهره گیری از این روش است. بیشترین آمار خرابی در قسمتهای مختلف ژنراتورها مربوط به مشکلات عایقی است [1]، لذا ا ندازهگیری تخل یه جزئی یکی از مهمترین روش های برای عیب یابی ژنراتور هاست
اندازهگیری تخلیه جزئی بر روی ژنراتورها به دو صورت آنلاین و آفلاین صورت میپذیرد. یکی از مزایای انجام اندازهگیریها به روش آنلاین، مشاهده وضعیت ژنراتور تحت استرسهای واقعی وارده بر ماشین در حالت عملکرد عادی آن در شبکه ا ست، به علاوه، امکان انجام ت ست در حالات مختلف عملکردی از مواردی است که به افزایش قدرت تحلیل و تصمیم گیری به کمک این روش می انجامد.
در این مقاله پس از تحلیلی آماری از عیوب مختلف عایقی ژنراتورهای برقآبی حاصل از اندازه گیریهای مولفین، برخی ازتجربیاتی که در اندازهگیری تخلیه جزئی بروی بیش از 25 ژنراتور واحدهای نیروگاهی برقآبی بهدستآمده، آورده شده است. اندازهگیریها به روش برخط و در حالی که ژنراتور در حال کار بوده است، به صورت همزمان بر روی سه فاز آن انجام شده است. با توجه به انجام ت ست ها در حالات مختلف بهره برداری، برر سی دقیقتر وضعیت تجهیزات و بررسی اثر شرایط مختلف دما و بارگیری بر روی اندازهگیریهای انجام شده امکان پذیر است.
-2 تجهیزات اندازهگیری تخلیه جزئی
اندازهگیری تخلیه جزئی همواره به عنوان روشی غیر مخرب و با قابلیت اعتماد بالا محسوب شده که همیشه میتواند برای ع یب یابی تجهیز به کار رود .با تو جه به ماه یت دقیق اطلاعات به دست آمده، این روش می تواند برای تشخیص موثر نقاط ضعف عایقی ممکن در تجهیز به کار رود. به خاطر ماهیت فعالیت تخلیه جزئی که ب سیار زودتر از رخداد عیوب خ سارت بار در ماشین ظاهر می شود، استفاده از روش عیب یابی به کمک تخلیه جزئی می تواند به انتخاب زمان و ا ستراتژی منا سب بهبود سیستم و تصحیح خرابی بهره بردار را یاری نماید. اندازهگیری دورهای تخلیه جزئی و تحلیل مناسب داده ها و بررسی روند تغییرات رخداد تخلیه جزئی از مواردی است که به تشخیص بهتر عیوب کمک شایانی می کند.
طبق دستورالمعل استاندارد تخلیه جزئی [4] اندازه گیری تخلیه جزئی در بازههای مختلف فرکانسی و با پهنای باند مختلف قابل انجام ا ست، با اینحال در مورد ژنراتورها تو صیه شده ا ست که اندازهگیریها به صورت باند پهن انجام شود.
دادههای تخلیه جزئی در این پروژه به کمک دستگاهی با پهنای باند بالا اندازهگیری شده است. در شکل 1-2 مدار اندازهگیری تخلیه جزئی مشاهده می شود. برای انجام اندازهگیری از کوپلرهای خازنی نصب شده بر مدارهای ژنراتورها و یا در صورت موجود نبودن از کوپلر خازنی مجزا استفاده شده است. در شکل 2-2 مدار اندازهگیری در حالیکه ژنراتور دارای کوپلر نبا شد و مجبور با شیم از خازن اضافی استفاده کنیم، ن شان داده شده ا ست. سیمبندی استاتور هر ژنراتور از چند مدار موازی ت شکیل شده که در ابتدای هر مدار موازی در محل خروج شینه از استاتور یک کوپلر خازنی برای این منظور استفاده شده و نیازی به اتصال خازن خارجی نی ست. اندازه گیریها به صورت همزمان در هر سه فاز انجام شده و امکان استفاده از این دادهها در روشهای کمکی برای تحلیل تخلیه جزئی ممکن ا ست که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.
شکل :2-2 خازن خارجی نصب شده روی فازهای ژنراتور و بخشی از تجهیزات اندازهگیری تخلیه جزئی
اندازهگیریهای انجام شده به صورت آنلاین و بر روی همه ژنراتورها بر اساس استاندارد با قرار گرفتن ماشین تحت ولتاژ نامی و سپس بارگیری در حالتی که ماشین در حال عملکرد عادی است انجام شده است. در دسترس بودن دادههای مربوط به شرایط مختلف بارگیری و دمایی واحد به تحیل دقیق تر و نتایج بهتر کمک فراوانی نموده است.
شکل :1-2 مدار اندازهگیریتخلیهجزیی
یکی از چالش های ا ندازهگیری تخل یهی جزئی تداخلات الکترومغناطیسی و نویز است. سیستم مورد استفاده با دارا بودن بخشهای مجزا و ارتباط میان این بخشها توسط کابل های نوری، از تاثیر پذیری اندازهگیری ها از نویزهای احتمالی کاسته است. علاوه بر این، با توجه به اثر تغییر بازه فرکانسی اندازهگیری بر شدت اثر پذیری داده ها از نویز، همه اندازهگیری ها در دو بازه فرکانسی - با فرکانس اشاره شده در استاندارد و در فرکانس بالاتر - انجام شده ا ست .[5] در شرایطی که به دلیل نویز بالای محیط دادههای تخلیه جزئی به شدت همراه با نویز می شوند، استفاده از اندازهگیریهای با فرکانس مرکزی بالاتر راهگشاست.
-3 عیوب مشاهده شده در اندازهگیریهای انجام شده
با تو جه به این که در این دوره بر روی بیش از 25 ژنراتور نیروگاههای آبی اندازهگیری تخلیه جزئی انجام شده است، می توان با در نظر گرفتن این تعداد به عنوان جامعه آماری، به بررسی عیوب موجود و پرتکرار در این دس ته از ژنراتور ها پردا خت. بهطورکلی، عیوب عایقی در ژنراتورها بیش از 54 درصد از عیوب کلی آنها را ت شکیل می دهند .[6] اکثر این عیوب تو سط روش تحلیل تخلیههای جزئی و یا با همراهی این روش و سایر روشها قابل ت شخیص ه ستند. عیوبی که در سی ستم عایقی ا ستاتور رخ میدهند و توسط اندازهگیری تخلیه جزئی قابل شناسایی هستند بهطورکلی شامل عیوب تخلیه داخلی، عیوب مرتبط با شیار و عیوب رخ داده در سرکلافها ه ستند. در جدول 1-3 م شخ صات این عیوب آورده شده است.
جدول :1-3 مشخصات عیوب عایقی قابل تشخیص بهکمک اندازهگیری تخلیه های جزیی در ژنراتور
با بررسی دادههای حاصل از اندازهگیریهای تخلیه جزئی انجام شده بر روی این مجموعه 25 تایی از ژنراتورها، م شخص شد که هشت نوع عبب مختلف در سیستم عایقی این ژنراتورها وجود دارد. با توجه به اینکه در اکثر ژنراتورهای این مجموعه چندین عیب عایقی به طور همزمان مشاهده شد، مجموعه آماری تعداد کل عیوب مشاهده شده در این اندازهگیریها شامل 70 مورد است. در شکل 1-3 سهم هر یک از انواع عیوب عایقی در این مجموعه آماری مشخص شده است.
شکل :1-3 تقسیم بندی آماری تخلیههای جزئی مشاهده شده
همانطور که مشاهده می شود، تخلیههای مربوط به نقاط انتهایی سیمپیچ بیشترین آمار را در بین تخلیه ها دارا هستند. تخلیه های سطحی در سرکلافها، تخلیه فاز به فاز در سرکلافها و کرونا در سرکلافها این گروه را تشکیل می دهند. تخلیه های سطحی در سر کلافها که بر اثر آلودگی در نقاط انتهایی ت شدید شدهاند بخش بزرگی از عیوب را شامل می شوند. ری سک مربوط به اینگونه تخلیه ها متوسط در نظر گرفته میشود.
تخلیه های شیاری در برخی از واحدها مشاهده شده که با توجه به ریسک بالای این عیوب نیاز به بررسی و چارهجویی در این واحدها وجود دارد. تخلیه در شیار استاتور، تخلیه های مربوط به تورق در لایههای عایق و جداشدگی لایه عایق و هادی از جمله این عیوب هستند.
تخلیه داخلی حفرات نیز در بخش زیادی از واحدها م شاهده شده ا ست. ری سک مربوط به این نوع تخلیه در ژنراتورها به دلیل ساختار عایقی آنها عموما بسیار پایین بوده و مشکلی را ایجاد نمی کنند.
تخلیه هایی که به صورت جرقه در اندازهگیریهای انجام شده مشاهده شده اند، تخلیه هایی با دامنه بالا و با تعداد پایین هستند که خطر احتمالی بالایی برای سیستم عایقی ژنراتور داشته و تاکنون به طور جدی در تحقیقات مورد بررسی قرار نگرفته اند.
به طور کلی، ریسک تخلیه های جزئی بیش از اینکه به طور مشخص به رخ دادن انواع مختلف تخلیه جزئی و خرابی ای که در اثر آن ممکن است، وابسته باشد به چگونگی پیشرفت عیب و اثرگذاری تخلیه جزئی بر سیستم عایقی است. از نظر زمانی، تخلیههای جرقه مانند در شیار استاتور قدرت کافی برای خرابی سریع سیستم عایقی را دارند. در مورد سایر عیوب عایقی، تخلیه شیاری سریعترین عیب و تخلیه های مربوط به نقاط انتهایی سیمپیچ و تخلیه های داخلی زمان رسیدن به خرابی طولانی تری دارند. تخلیه های فاز به فاز معمولا حدود 5 سال یا بیشتر زمان برای رسیدن به خرابی عایقی را دارند. در مورد تخلیه های داخلی، در مورد عیوب مرتبط با تورق معمولا زمانی کمتر از ده سال تا رسیدن به خرابی عایقی مد نظر قرار داده می شود. اثرات تخلیههای درون حفرات نیز قابل اغماض است
