بخشی از مقاله
چکیده
حفظ بازدهی بالاي ژنراتورهاي الکتریکی در تولید پیوسته برق در نیروگاهها از اهمیت بالایی برخوردار است. دما، کیفیت عایقها و همچنین عملکرد سیستم خنک کننده میزان تولید و عمر مفید ژنراتورها را تحت تاثیر قرار می دهد. گاز خنک کننده در حین بهره برداري از ژنراتور میتواند اطلاعات مفیدي در مورد مشکلات احتمالی داخل ژنراتور در اختیار ماقرار دهد .[1] مواد عایقی آلی بکار رفته در ساختار ژنراتورهاي الکتریکی پس از گذشت زمان دست خوش اورهیت و افت کیفیت شده که این امر منجر به تخریب آنها وتولید مواد اضافی در فاز گازي میگردد.[2] با نمونه گیري ازگاز خنک کننده و آنالیز شیمیایی آن امکان تشخیص این ذرات و در پی آن شناخت و پیشگیري برخی از حوادث نیروگاه میسر گردیده و در صورت عدم پیشگیري، با گسترش عیب ممکن است خطرات جدي در هسته استاتور، سیمپیچ روتور یا استاتور به وقوع بپیوندد.[4]در این مقاله فعالیتهاي انجام شده در خصوص بررسی تخریب عایق ژنراتور، طراحی و ساخت پیرولایزر براي شبیهسازي فرایند زوال عایق به علت افزایش بیش از حد دما،انجام عملیات پیرولیز عایق مورد نظر، نمونه برداري از گاز خنک کننده و آنالیز شناسایی مواد تشریح شده و در نهایت نحوة بررسی و آنالیز نتایج حاصل از آزمونها جهت پیش بینی شرایط عملکرد ژنراتور ارائه می گردد.
واژههاي کلیدي: ژنراتور، نیروگاه، عایق الکتریکی، پایش وضعیت، پیرولیز، آنالیز شیمیایی
مقدمه
با گذشت زمان و پیشرفت هاي صنعتی در زمینه هاي گوناگون، میزان رقابت براي تولید نیرو با صرف کمترین هزینه و انرژي روز به روز افزایش می یابد. از آنجائیکه عمر مفید و قابلیت تولید نیرو در ژنراتورها به شدت به دماي داخلی آنها بستگی دارد، کنترل دما و جلوگیري از بروز پدیده اورهیت ازاهمیت ویژه اي برخوردار است. یکی از روشهاي مطمئن و مفید براي شناسایی وقوع اورهیت در داخل ژنراتور، پایش وضعیت آن از طریق آنالیز گاز خنک کنندة ژنراتور می باشد.هنگامی که در اثر وقوع عیبی در دستگاه پدیده افزایش موضعی دما در عایق رخ دهد ، بسته به دما و نوع عایق، ذرات جامد بسیار ریزي از محل خود جدا شده و در فضاي داخلی ژنراتور به همراه گاز خنک کننده به گردش در می آیند که درصورت پایش سیال ، قابل شناسایی بوده و با آنالیز شیمیایی
تهیه اطلاعات شاهد جهت پایش وضعیت ژنراتورهاي نیروگاهی به کمک آنالیز گاز خنک کننده ذرات، نوع عایق آسیب دیده نیز تشخیص داده می شود.
ازآنجا که این کار براي اولین بار در کشورمان مطرح شده،شناسایی معیارهایی که لزوم نصب چنین تجهیزاتی را ایجاب می کنند ضروري به نظر می رسد . همچنین از آنجا کهشناسایی مکان عیب و منشأ ذرات جدا شده از اجزاء داخلی ژنراتور ، مستلزم انجام آنالیزهاي شیمیایی مانند GC/MS می باشد و براي شناخت ماهیت این ترکیبات در چنینآزمایشهایی جهت تحلیل دقیق داده ها به نمونه برداري از سیال خنک کنندة ژنراتور در دوره هاي زمانی مشخص وکنترل مواد شیمیایی موجود در آن نیاز مبرم وجود دارد.روش مذکور مبتنی بر اطلاعات جمع آوري شده دتحقیقات مشابه و آنالیزهاي انجام شده و تجزیه و تحلیلهاي ارائه شده در مراجع می باشد.
به این ترتیب که یک ژنراتور نمونه مورد بررسی قرار گرفته و در مقاطع زمانی مشخص نمونه هایی از سیال خنک کنندة سیم پیچهاي ژنراتور تهیه و آزمایش شود و این فعالیت تا زمان بروز پدیدة اورهیت ادامه یابد، که تحت این شرایط الگوي مناسبی براي تشخیصچگونگی افزایش مواد شیمیایی شناسایی شده در سیال خنک کننده به دست خواهد آمد. ولی مسلم است که انتظار براي وقوع پدیدة اورهیت در عایق ژنراتور نمونه چندان معقول نیست و احتمال دارد که این انتظار بسیار طولانی شود. ازسوي دیگر ممکن است به علت تفاوت در جنس، نوع و شرکت سازندة عایقها، الگوي بدست آمده براي عایقهاي ژنراتور یک واحد نیروگاهی در مورد واحد ها و نیروگاههايدیگر صادق نباشد. در هر صورت مطالعات کتابخانه اي انجام شده تا کنون نشان داده است که نتایج تعداد معدودي از تحقیقات صورت گرفته در این خصوص در قالب مقالات ارائه شده است.
راه دیگر براي بدست آوردن الگو و شاهد جهت پایش وضعیت عایق ژنراتور تولید اطلاعات مورد نیاز به کمک شبیهسازي پدیدة اورهیت به وسیله دستگاه پیرولایزر می باشد.انتخاب ژنراتور مناسب براي نصب سیستم پایش[11]به دلیل مسائل اقتصادي انتخاب ژنراتور مناسب براي نصبسیستم پایش از هر نوع آن باید با توجه به تحلیل آماري اطلاعات مربوط به ژنراتورها از نظر ظرفیت، مکانیزم عملکرد،نوع سیستم خنک کننده و سایر پارامترها انجام شود. برايمثال، ژنراتورهاي نیروگاههاي هسته اي داراي سیستم هايپایش بسیار پیشرفته می باشند. زیرا هزینه هاي خروج از مدارآنها بسیار بالاست.
معیارهایی که جهت انتخاب یک ژنراتور مناسب براي نمونه برداري از گاز خنک کننده آن در نظر گرفته شد، شاملتوان تولیدي نیروگاه، نوع سیستم خنک کننده ژنراتورها،مکانیسم حوادث رخ داده در ژنراتورها و هزینه تعمیرات و عدم تولید و همچنین قابلیت دسترسی بوده است.مکانیسمهاي اضمحلال عایقمکانیسم هاي اضمحلال عایق در ژنراتورها شامل شل شدن و شکستن هادي هاي مسی، ایجاد PD در ولتاژهاي کاري بالا، جرقه زنی حرارتی، ترك خوردن محیطی/جداشدن نوار، لایهلایه شدن عایق، درصد نامناسب اجزاي رزین بکار رفته درسیم پیچ VPI یکپارچه، اشباع یا آغشتهسازي نامناسب، سایش و شکست پوشش نیمههادي شینه در قسمت داخل شیار و آلودگی سیم پیچ ها می باشند که می توان با مرور مشکلاتی که تاکنونبراي ژنراتورها پیش آمده است و مقایسه آنها بامکانیسم هاي اضمحلال عایق، به امکان پیش بینی برخی حوادث توسط نصب سیستم GCM پی برد.
ممکن است مکانیسم وقوع حادثه به گونه اي باشد که حداقل مواد آلی ناشی از اورهیت را تولید کند و تا مدت کمیقبل از حادثه امکان پیش بینی آن وجود نداشته باشد. پسشناخت حوادث و مکانیسمهاي وقوع آن بسیار مهم است.تهیه اطلاعات شاهد جهت پایش وضعیت ژنراتورهاي نیروگاهی به کمک آنالیز گاز خنک کنندهطراحی و ساخت پیرولایزر[12]در مقالات موجود در زمینه پایش وضعیت ژنراتور به کمکآنالیز گاز خنک کنندة آن عمدتا براي شناسایی محصولاتتخریبی حاصل از عایقها، نمونه اي از عایق مورد نظر درمحفظه اي خاص که براي این کار طراحی شده است قرارداده و در اتمسفر مورد نظر - هلیم، هوا یا . . . . - و دماي تنظیم شده سوزانده شده، سپس نمونه هایی از سیال پیرامون عایق تهیه و مورد آزمون هاي برنامه ریزي شده قرار گرفته و نتایج
آن ارائه گردیده اند.
نتایج فوق به عنوان شاهد براي پیش بینیوضعیت کلی ژنراتور و عایق آن، از جمله تعیین زمان وقوعاورهیت بکار می رود.پایش وضعیت ژنراتورها به کمک آنالیز شیمیایی گاز خنک کننده، و به منظور رفع کمبود اطلاعات، نیاز به انجامآزمونهاي اورهیت نمونه هاي مشخصی از عایقهاي بکار رفتهدر بخشهاي گوناگون ژنراتور انتخاب شده براي انجام آزمونهاي برنامه ریزي شده دارد.جهت رسیدن به این منظور فعالیتهاي زیر برنامه ریزي شد: -1 ساخت دستگاه پیرولایزر مجهز به سیستم اندازه گیري و کنترل دما، سیستم آب بندي کامل جهتحبس سیال پیرامون، و سیستم نمونه برداري ازسیال.
-2 پیرولیز نمونه هاي عایقهاي مربوط به ژنراتور موردمطالعه در دماهاي برنامه ریزي شده
-3 تهیه اطلاعات شاهد براي هر یک از عایقها در محیط پیرامون مورد نظر
مشخصات فنی مورد نیاز دستگاه
سطح: سطوح داخلی سیستم به گونه اي در نظر گرفته شد که کمترین امکان نشست ذرات حاصل از پیرولیز در روي بدنه، درز جوشها و همچنین اتصالات دیگر را دارا باشد. بهاین ترتیب تمام سطوح داخلی سیستم می بایست در حد قابل قبول صاف می شد.
ایزولاسیون: به منظور ممانعت از گرم شدن سطح بیرونی دستگاه به گونه اي که در انجام آزمایشهاي طراحی شده اختلالی ایجاد نکند تصمیم گرفته شد که سیستم دو جدارهساخته شود.
آب بندي: نکته دیگري که در طراحی پیرولایزر مورد نظر بود مسئله آب بندي کامل سیستم بود، زیرا در غیر این صورت پیرولیز عایق در محیط هلیم امکان پذیر نبود.
مسیر عبور گاز: طراحی دستگاه باید به گونه اي انجام میشد که پس از پیرولیز، جریان گاز عبوري از روي عایق بهسمتی هدایت گردد که با کمترین تماس با دیواره ها و به مطلوبترین شکل ممکن به سیستم نمونه برداري انتقال یابد وقابلیت نمونه برداري از سیال درون پیرولایزر فراهم گردد.
سیستم: فضاي داخل ژنراتور حجم قابل توجهیدارد، ولی به منظور ایجاد فرایندي مشابه اورهیت پوششهاي سیم پیچ ژنراتور بطور مصنوعی نیاز به فضاي وسیعی نداشته و فقط نیاز به یک سطح داغ و امکان عبور جریان گاز از روي آن وجود دارد، لذا حجم مفید داخلی دستگاه در حدود 10 لیتر انتخاب شد.
با الگو برداري ژنراتور نکات زیر در طراحی و ساخت پیرولایزر در نظر گرفته شود:
- سطح حرارتی در نظر گرفته شده در درون پیرولایزر باید کاملا گرم شود و حداکثر در 10 دقیقه به 700 درجه سانتیگراد برسد، در حالی که سایر بخشهاي پیرولایزر باید در دماي
محیط باقی بماند و دماي گاز عبور کننده از درون پیرولایزر نباید از حدود 60 درجه سانتیگراد بالاتر رود..
- هنگام پیرولیز در اتمسفر هلیم که با الگو برداري از ژنراتورهاي هیدروژن خنک طراحی شده است، باید از کپسولهاي هلیم استفاده شود که داراي خلوص بسیار بالایی هستند و طبیعتا می توان فشار ورودي گاز را به درون پیرولایزر به کمک رگولاتور موجود بر روي کپسول تنظیمنموده و شرایطی مشایه آنچه که در ژنراتور نیروگاه رخ می دهد را فراهم نمود. در این شرایط فشار درون پیرولایزر می تواند در حد لزوم، بالاتر از اتمسفر تنظیم گردد.
