نقش فناوری تشخیص بهنگام تخلیة جزئی در افزایش عمرعایق سیم پیچی استاتور
معیوب شدن ژنراتورها بر اثر شکست عایقی میتواند باعث وارد شدن خسارات فاجعه آمیز به تجهیزات، فقدان یا کاهش توان تولیدی، خروج اجباری طولانی و تحمیل هزینه های سنگین برای شرکت های برق گردد. بنابراین ردیابی شروع ضعف های عایقی و آشکار نمودن هر چه سریعتر امکان بروز خطا حائز اهمیت فراوان است. مواجهه با فشار روز افزون جهت افزایش آمادگی واحدهای نیروگاهی در ضمن کاهش هزینه های نگهداری، باعث میل به سیاست «نگهداری براساس شرایط» به جای «نگهداری براساس زمان» گردیده است. مالکان و بهره برداران ژنراتورها و موتورهای بزرگ برای نظارت بهنگام بر سیستم عایقی استاتور، سیستمهای تجزیه و تحلیل تخلیة جزئی PDA (Partial Discharge Analysis)را مورد استفاده قرار داده اند.
اندازه گیری بهنگام تخلیة جزئی، به عنوان یک روش مؤثر و مطمئن برای ارزیابی شرایط عایقی استاتور و هشدار به بهره برداران نیروگاه در خصوص احتمال وقوع خطا شناخته شده است. اندازه گیریها در طول عملکرد عادی ماشین انجام شده و بخش لاینفک برنامة " نگهداری براساس شرایط " را تشکیل می دهند. نظارت منظم بر شرایط عایقی سیم پیج استاتور می تواند کاربران را از عملکرد ایمن ماشینها، حتی در صورتی که تا حدودی از جانب شکست الکتریکی دچار تهدید شده باشند، مطمئن سازد.
ژنراتورها و موتورها در حین عملکردشان مواجه با تنشهای الکتریکی، مکانیکی، حرارتی و محیطی هستند که ممکن است فرسودگی و شکست سیستم عایقی استاتور آنها را در پی داشته باشد. ضعف عایق سیم پیچی استاتور عامل مهمی در کاهش طول عمر ژنراتورها و موتورهای فشار قوی است. تخلیه های جزئی، نشانة از بین رفتن عایق استاتور هستند. ضعف عایقی سیستم استاتور در بیشتر ژنراتورها و موتورها یک فرایند تدریجی است. شکست الکتریکی عایق سیم پیچی استاتور همیشه در یک دورة زمانی سالانه یا ده ساله روی می دهد و روزها و ساعتها در آن مطرح نمی باشد. بنابراین انجام اندازة گیریهای PD با فواصل زمانی سه ماهه برای ردیابی آغاز ضعف عایقی و نظارت بر روند پیشرفت آن بسیار ایده ال و مناسب خواهد بود. به محض آنکه تخلیة جزئی آشکار شد، ارزیابی شرایط عایقی استاتور را می توان بر مبنای اطلاعات به دست آمده از PD شروع کرد.صاحب ماشین در چنین شرایطی به بهره برداری از آن ادامه می دهد تا شرایط به مرز بحرانی خود نزدیک شود و به این ترتیب عمر عملکرد ماشین افزایش خواهد یافت. همچنین با انجام عملیات نگهداری قبل از بروز مشکل، می توان از شکستهای عایقی جلوگیری نمود.
مطالعة موردی افزایش عمر عایق سیم پیچی استاتور یک ژنراتور
تنشهای حرارتی، به ویژه اضافه حرارت، یکی از عوامل عمده در فرسودگی عایقی هستند. بنابراین ریشة
بسیاری از شکستهای الکتریکی، عایق سیم پیچی استاتور می باشد. مثال زیر نقش کاربرد بهنگام فناوری PDA را در آشکارسازی شرایط آسیب دیده سیم پیچی استاتور و همچنین چگونگی افزایش طول عمر آن تشریح می کند.
ژنراتور مورد نظر دارای توربین بخار با توان نامی 730 مگاوات و ولتاژ نامی20 کیلوولت است، که از سال 1972 مورد بهره برداری قرار گرفته است. ژنراتور در معرض نوسانات ناشی از رزونانس با فرکانس HZ 120 که در سیم پیچی های انتهائی استاتور بواسطه لقی و شل بودن آنها رخ می داده قرارداشته است. بین سالهای1972 تا 1988 ، ژنراتور برای تعمیر صدمات بوجود آمده در عایق آن همچون خطای فاز- زمین، از بین رفتن ورقه های عایقی و ترک خوردگی جوشکاریها ، از مدار خارج گردید. با این وجود، به علت آنکه هیچیک از این صدمات مهلک نبودند، ژنراتور تا سال 1989 و با همین تعمیرات مختصر مورد بهره برداری قرار گرفت. در این سال ساختمان انتهایی سیم پیچی ژنراتور توسط شرکت وستینگهاوس بهبود داده شدکه همین امر منجر به محکم شدن ساختمان سیم پیچی و بهبود یکپارچگی عایق ژنراتور گردید.از آغاز سال 1993 به علت خراب شدن سیستم خنک کنندة خودکار هیدروژنی، ژنراتور به شدت دچار مشکل اضافه حرارت گردید.دمای سیم پیچی استاتور قبل از رفع خطای سیستم خنک کننده به 165 درجة سانتیگراد رسید و بلافاصله ژنراتور از مدار خارج گردید. گوه های عایقی میان شیارها، پر کننده ها و بستهای مهار کننده هم در استاتور و هم در روتور ذوب شده و یا پس از سوختن به تیرگی گراییدند. با این وجود عایق ترموپلاستیک کلاس B استاتور سالم ماند. نظر بسیاری از متخصصین آن بود که به احتمال قوی اگر ژنراتور دوباره راه اندازی شود در همان دوره راه اندازی و یا مدت کوتاهی پس از آن کاملا" از بین خواهد رفت.
بلافاصله گوه های عایقی و پر کننده های جدیدی میان شیارهای استاتور و روتور قرار داده شدند و با رزین تازه رنگ گردیدند. با این وجود به دلیل نیاز به زمان خروجی زیاد و هزینة بالا برای سیم پیچی اضطراری مجدد، شرکت مالک سعی کرد تا شدت خسارت وارده به استاتور را قبل از سیم پیچی مجدد آن تعیین کند. آزمایشات گسترده همچون ضریب توان، جریان مستقیم فشار قوی، بررسی حرارتی هسته و آزمایشهای خارج از خط (off-line) کرونا انجام داده شد. هر چند سیم پیچی استاتور در مقابل آزمایش فشار قوی DC مقاومت نمود، لیکن علائم ضعف سیم پیچی در آزمایشهای ضریب توان و تعیین تابع پاسخ فرکانسی ساختمانی آن مشاهده شد. پس از چنین آزمایشهایی نظر بر آن شد که ژنراتور بدون سیم پیچی مجدد و تحت نظارت یک سیستم PDA به عملکرد خود ادامه دهد. این تصمیم با موفقیت اجرا گردید. اولین نتایج PDA در سال 1993 در شکل (1) مشاهده می شود. عدم انطباق کامل مسیرهای پالسهای مثبت و منفی نشان دهندة وجود تخلیة جزئی در دیواره های عایقی مجاور هادی است. با این وجود وضعیت عایقی علیرغم اضافه حرارت هنوز مطلوب است. این عملیات در بین سالهای 1993 تا 1998 ادامه یافت. چنین عملکردی بدون نیاز به سیم پیچی مجدد استاتور، منجر به صرفه جویی های میلیون دلاری در هزینه ها شد و عمر ژنراتور را افزایش داد. شکل (2) نیز نتایج آزمایش PDA بر روی ژنراتور مذکور را در سال 1998 نشان می دهد. عدم انطباق مسیرهای پالس پلاریتة مثبت و منفی نشان از وخیم تر شدن اوضاع دارند. با این وجود به تأخیر انداختن سیم پیچی مجدد ژنراتور تا بروز چنین شرایط بحرانی ارزش زیادی داشته است.
نتایج اولین آزمایشهای PDA بلافاصله پس از بروز اضافه حرارت در سال 1993
نتایج آزمایشهای PDA ، در سال 1998 ، پنج سال پس از بروز اضافه حرارت
