NAPOVEDNO VZDRŽEVANJE PRI NADZORU NAPRAV VISOKIH NAPETOSI IN VELIKIH TOKOV

Transkripcija

1 NAPOVEDNO VZDRŽEVANJE PRI NADZORU NAPRAV VISOKIH NAPETOSI IN VELIKIH TOKOV magistrsko delo Študent(ka): Študijski program: Mentor(ica): Somentor(ica): Bojan Klavžar magistrski študijski program 2. stopnje Energetika doc. dr. Sebastijan Seme izr. prof. dr. Miralem Hadžiselimović Krško, september 2013 I

2 II

3 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju doc.dr. Sebastijanu Semetu in somentorju izr. prof. dr. Miralemu Hadžiselimoviću, za pomoč in nasvete pri izdelavi in oblikovanju magistrskega dela. Posebna zahvala velja moji družini za razumevanje, podporo in vzpodbude v času študija. III

4 NAPOVEDNO VZDRŽEVANJE PRI NADZORU NAPRAV VISOKIH NAPETOSTI IN VELIKIH TOKOV Ključne besede: napovedno vzdrževanje, naprave visokih napetosti, infrardeča termografija, FFT analiza UDK: /.314: (043.3) Povzetek Magistrsko delo obravnava področje napovednega vzdrževanja pri nadzoru naprav visokih napetosti in velikih tokov. Predstavljene so metode nadzora vibracij, nadzora olj in analize obrabnih delcev, uporaba infrardeče termografije ter metode merjenja in analize električnega toka močnejših elektromotorjev pri nadzoru naprav visokih napetosti in velikih tokov. Teoretično in z meritvami na konkretnem primeru sta podrobneje predstavljeni uporaba infrardeče termografije pri nadzoru energetskih transformatorjev in detekcija poškodb rotorjev asinhronskih elektromotorjev med obratovanjem. Podane so analize rezultatov, ugotovljene pomanjkljivosti merilnih metod, ugotovljene nevarnosti iz področja varstva pri delu in podani so predlogi za izboljšave. IV

5 PREDICTIVE MAINTENANCE AT SURVEILANCE OF HIGH VOLTAGE AND LARGE CURRENT DEVICES Key words: predictive maintenance, high voltage devices, infrared thermography, FFT analysis UDK: /.314: (043.3) Abstract Master work deals with tne Predictive maintenance methods at surveilance of high voltage and large current devices. Mechanical vibrations measurements and analysis, oil analysis and wear particle analysis, use of infrared thermography and induction motor current analysis are represented. The use of infrared thermography at surveilance of power transformers is shown. With teoretical background and with practical examples detection of multiple cracked rotor bars are represented. On practicle examples the measurements results are discused. Weakneses of Predictive maintenance methods and risk in occupational safety and sugestions for improvements were made. V

6 KAZALO VSEBINE 1 UVOD NAMEN MAGISTRSKEGA DELA RAZLOGI ZA UPORABO TEHNIK NAPOVEDNEGA VZDRŽEVANJA STRUKTURA MAGISTRSKEGA DELA POGOSTO UPORABLJENE TEHNIKE NAPOVEDNEGA VZDRŽEVANJA NADZOR VIBRACIJ Izbira merilnih mest za merjenje vibracij na strojih Ekspertni sistemi za nadzor mehanskih veličin rotacijskih komponent Nadzorni sistem Sistem za diagnostiko NADZOR OLJ IN ANALIZA OBRABNIH DELCEV Kemijska analiza olja Viskoznost olja in indeks viskoznosti Oksidacijska stabilnost Nevtralizacijsko število Kompatibilnost in topnost aditivov Vsebnost vode Analiza delcev v olju INFRARDEČA TERMOGRAFIJA Predstavitev infrardeče termografije Uporaba infrardeče termografije v napovednem vzdrževanju Primeri uporabe IR termografije pri nadzoru naprav visokih napetosti in velikih tokov Pregrevanje spoja med zbiralko in ločilnikom 400 kv Pregrevanje glavnega močnostnega odklopnika generatorja 21 kv Pregrevanje priključkov tokovnih merilnih transformatorjev Pregrevanja zaradi induciranih vrtinčnih tokov Preizkus statorskega paketa generatorja Test segrevanja transformatorja MERJENJE IN ANALIZA ELEKTRIČNEGA TOKA MOČNEJŠIH IZMENIČNIH ELEKTROMOTORJEV UPORABA INFRARDEČE TERMOGRAFIJE OPIS MERILNE METODE Princip delovanja termokamere VI

7 3.1.2 Analiza termogramov NADZOR ENERGETSKIH TRANSFORMATORJEV MED OBRATOVANJEM Pregrevanje na transformatorju lastne rabe 21/6.3 kv nazivne moči 30 MVA Analiza rezultatov meritev in iskanje potencialnih vzrokov pregrevanja Sanacija pregrevanja in meritve po izvedenem vzdrževalnem posegu PREDLOGI ZA IZBOLJŠAVE DETEKCIJA POŠKODB ROTORJEV ASINHRONSKIH ELEKTROMORJEV MED OBRATOVANJEM OPIS MERILNE METODE Predstavitev metode detekcije poškodb rotorjev z analizo izmerjenega električnega toka FFT analiza izmerjenega toka močnejših elektromotorjev PRIMER ODKRITJA POŠKODBE ROTORJA IZ PRAKSE Indikacija poškodbe kratkostične kletke rotorja Analiza rezultatov meritev Prikaz rezultatov meritev po sanaciji poškodbe rotorja Ugotovitve PREDLOGI ZA IZBOLJŠAVE ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA PRILOGE PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV PRILOGA B: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA VII

8 KAZALO SLIK Slika 2.1: Določitev merilnih mest merjenja vibracij... 5 Slika 2.2: Organizacija merilnih mest in nastavitev nadzornih parametrov Slika 2.3: Nadzorni sistem serije 3500 proizvajalca GE Bently Nevada... 7 Slika 2.4: Ekranski prikaz diagnostičnega sistema System Slika 2.5: Prikaz izmerjenih veličin v stolpcih (Bargraph) Slika 2.6: Prikaz časovnega poteka signala in polarni prikaz signala Slika 2.7: Prikaz Bodejevega diagrama in centričnosti osi Slika 2.8: Prikaz frekvenčnega spektra signala Slika 2.9: Mikroskopski sliki - tipi obrab; Levo normalna obremenitev, Desno preobremenitev [2] Slika 2.10: Mikroskopski sliki - tipi obrab; Levo razenje, Desno torni polimeri [2] Slika 2.11: Prikaz istega termograma z različnimi barvnimi paletami Slika 2.12: Pregrevanje spoja na priključku med ločilnikom 400 kv in zbiralko Slika 2.13 Pregrevanje generatorskega odklopnika 21 kv Slika 2.14: Pregrevanje priključka TMT AC01F Slika 2.15: Pregrevanje priključkov TMT AC01F Slika 2.16: Pregrevanje priključka TMT AC01F Slika 2.17: Pregrevanje nosilca zbiralk 21 kv zaradi vrtinčnih tokov Slika 2.18: Pregrevanje vijačnega spoja zardi vrtinčnih tokov Slika 2.19: Pregrevanja nosilca dušilke zaradi vrtinčnih tokov Slika 2.20: Pregrevanje vijačnega spoja zaradi induciranih vrtinčnih tokov Slika 2.21: Vroče točke na statorskem paketu generatorja Slika 2.22: Pregrevanje spoja NN kupole in kotla TR pri 107% obremenitvi Slika 2.23: Pregrevanje spoja NN kupole in kotla TR pri 100% obremenitvi Slika 3.1: Princip delovanja termokamere Slika 3.2: Prikaz rezultatov analize na samem termogramu in tabelarično Slika 3.3: Prikaz rezultatov analize kot temperaturni profil in v stolpičnem diagramu Slika 3.4: Transformator lastne rabe T1 21/6.3 kv Slika 3.5: Termogram in fotografija skoznika 6.3 kv transformatorja T1 v fazi C Slika 3.6: Termogram in fotografija skoznika 6.3 kv transformatorja T1 v fazi B VIII

9 Slika 3.7: Termogram in fotografija skoznika 6.3 kv transformatorja T1 v fazi A Slika 3.8: Primerjava termogramov - pregrevanje skoznikov T2 in T Slika 3.9: Trend pregrevanja 6.3 kv skoznika v fazi C na transformatorju T Slika 3.10: Primerjava med poškodovanim in novim tesnilom Slika 3.11: Kabelska priključnica s poškodovanim navojem Slika 3.12: Termograma skoznika T1 v fazah C in B po sanaciji pregrevanja Slika 3.13: Uporaba inšpekcijskih IR oken [9] Slika 3.14: Spekter prepustnosti za IR sevanje v odvisnosti od valovne dolžine [9] Slika 3.15: Prikaz zmanjšanega vidnega polja zaradi uporabe IR oken [11] Slika 4.1: Trend električnega toka elektromotorja v pasu Hz Slika 4.2: Spekter toka elektromotorja (F L = A) Slika 4.3: Spekter toka elektromotorja (F od = A) Slika 4.4: Poškodovane palice kratkostične kletke rotorja elektromotorja 75 kw Slika 4.5: Spekter toka elektromotorja (F L = A) Slika 4.6: Spekter toka elektromotorja (F od = A) Slika 4.7: V ZDA predpisana zaščitna oprema za delo v bližini napetosti nad 600 V IX

10 KAZALO TABEL Tabela 3.1: Obratovalni podatki transformatorja T1 in rezultati termografskih meritev na 6.3 kv skoznikih v fazah C in B Tabela 4.1: Kriteriji sprejemljivosti pri FFT analizi električnega toka elektromotorjev in priporočeni korektivni ukrepi [7] X

11 UPORABLJENI SIMBOLI ΔU - padec napetosti ΔT - nadtemperatura I N - nazivna vrednost električnega toka I - električni tok P N - nazivna moč U test - električna napetost pri testiranju I test - električni tok pri testiranju I N - nazivna vrednost električnega toka P sk.izgub - skupna izguba električne moči T olja - temperatura olja T olja - temperatura ambienta W tot - vpadlo sevanje opazovanega objekta, ki ga zaznamo s termokamero W obj - lastno sevanje opazovanega objekta W atm - lastno sevanje ozračja ali inšpekcijskega IR okna ε - koeficient emitivnosti opazovanega objekta τ - koeficient transmisivnosti skozi ozračje ali inšpekcijsko IR okno (1-τ) - koeficient emitivnosti ozračja (1-ε) - koeficient reflektivnosti opazovanega objekta T navtija - temperatura navitja transformatorja T olja - temperatura olja v transformatorju T okolice - temperatura zraka v okolici merjenca P T1 - delovna moč transformatorja T1 Q T1 - jalova moč transformatorja T1 I br 6.3kV - električni tok bremena na 6.3 kv strani transformatorja T max C - maksimalna temperatura merjenca v fazi C p - število polovih parov f odm - frekvenca odmika f sin - sinhronska frekvenca f dej - frekvenca rotorja elektromotorja F L - amplitudna vrednost pri frekvenci f = 50 Hz XI

12 F od - amplitudna vrednost pri frekvenci f = (50 f odm ) Hz n n - nazivno število vrtljajev f sin - sinhronska frekvenca f dej - frekvenca rotorja asinhronskega elektromotorja f kar - karakteristična frekvenca harmonika električnega toka f - frekvenca XII

13 UPORABLJENE KRATICE IR - Infrardeča RMS - Root mean square LAN - Local area network BNC - Bayonet Neill-Concelman KOH - Kalijev hidroksid TAN - Skupno kislinsko število za kisla olja TBN - Mera za vsebnost baz v olju ASNT - American Society for Nondestructive Testing SIST - Slovenski inštitut za standardizacijo kv - Kilo volt ka - Kilo amper TMT - Tokovni merilni transformator kva - Kilo volt amper MVA - Mega volt amper K - Kelvin C - Stopinje Celzija NN - Stran transformatorja z nižjo napetostjo TR - Transformator Ge - Germanij ZnSe - Cinkov selenid BaF 2 - Barijev florid CaF 2 - Kalcijev florid FFT - Fast Fourier Transform db - Decibel Hz - Herc ZDA - Združene države Amerike XIII

14 1 UVOD V elektroenergetskih objektih je veliko naprav, od katerih je odvisno varno in zanesljivo obratovanje celotnega sistema. Zaradi specifičnih obratovalnih pogojev je med obratovanjem fizični dostop do nekaterih komponent onemogočen, vendar jih kljub temu želimo imeti pod nadzorom. Zato na takih strojih in napravah poleg običajnih meritev tlakov, temperatur, pretokov, napetosti in električnega toka pogosto uporabljamo za boljši nadzor tudi tehnike napovednega vzdrževanja, katere v literaturi pogostokrat zasledimo poimenovane kot prediktivne tehnike ali metode. Tehnike napovednega vzdrževanja nam omogočajo sistematično spremljanje ter trendiranje stanja strojev in naprav med njihovim obratovanjem. Omogočajo nam zgodnjo zaznavo neželenih obratovalnih stanj še pred samo odpovedjo opreme, ki je sestavni del strojev in naprav. Najpogosteje uporabljene tehnike napovednega vzdrževanja so merjenje in analiza vibracij, nadzor olj in analiza obrabnih delcev, infrardeča termografija, merjenje in analiza motornih tokov ter ultrazvočne meritve. 1.1 NAMEN MAGISTRSKEGA DELA Namen magistrskega dela je na konkretnih primerih predstaviti uporabo pogosto uporabljanih metod napovednega vzdrževanja pri nadzoru naprav visokih napetosti in velikih tokov. S pomočjo predstavljenih metod prepoznati nevarnosti, težave in pomanjkljivosti pri izvajanju meritev ter prepoznati prednosti in pomanjkljivosti posamezne tehnike ter predlagati ustrezne rešitve za varnejši in učinkovitejši nadzor pomembnejših naprav v elektroenergetskih objektih. V magistrskem delu so predstavljene pogosto uporabljane tehnike napovednega vzdrževanja. Predstavljen je pomen nadzora vibracij. Prikazan je primer uporabe sodobnega nadzornega in diagnostičnega sistema za nadzor mehanskih veličin pomembnih rotacijskih strojev, kot so pomembnejše črpalke, električni generatorji in turbine. V magistrskem delu je podrobneje predstavljena infrardeča termografija kot učinkovita metoda brezkontaktnega merjenja temperature. 1

15 Teoretično in z meritvami na konkretnih primerih je prikazana široka možnost in koristnost uporabe te neporušne in brezkontaktne metode merjenja temperature. Predstavljena je tudi metoda nadzora olj in maziv ter analiza obrabnih delcev. V magistrskem delu je predstavljena metoda nadzora elektromotorjev med obratovanjem, podrobneje pa je teoretično in z meritvami na konkretnih primerih prikazano odkrivanje poškodb na rotorjih večjih elektromotorjev. 1.2 RAZLOGI ZA UPORABO TEHNIK NAPOVEDNEGA VZDRŽEVANJA Napovedno vzdrževanje združuje uporabo rezultatov vseh razpoložljivih metod za tehnično diagnostiko, poznavanja konstrukcijskih lastnosti opreme, poznavanja in upoštevanja specifik tehnologije, obratovalnih podatkov, historijata opreme ter izkušenj in smernic iz industrijske prakse. Naloga napovednega vzdrževanja je na podlagi vseh razpoložljivih podatkov podati priporočila in odločitve o potrebnih vzdrževalnih posegih ter napovedati, v kolikem času morajo ti biti izvedeni. Glavni cilj uporabe metod in tehnik napovednega vzdrževanja je zmanjšati obratovalne in vzdrževalne stroške, obenem pa povečati obratovalno zanesljivost in razpoložljivost. Z uporabo teh metod pa se po izvršenih vzdrževalnih posegih preveri tudi kvaliteta izvedenih vzdrževalnih del. 1.3 STRUKTURA MAGISTRSKEGA DELA Magistrsko delo je sestavljeno iz šestih poglavij. V uvodu so podani namen in cilji magistrskega dela. Podana je kratka razlaga napovednega vzdrževanja, kateri so razlogi za uporabo tehnik napovednega vzdrževanja in katere so prednosti pri uporabi le teh. V drugem poglavju so predstavljene pogosto uporabljene tehnike v napovednem vzdrževanju. Predstavljeni so primeri uporabe v praksi. Pri predstavitvi uporabe IR termografije v napovednem vzdrževanju so prikazani primeri uporabe pri nadzoru naprav 2

16 visokih napetosti in velikih tokov. Prikazani termogrami so bili posneti in analizirani med številnimi termografskimi pregledi, ki so bili izvedeni v daljšem časovnem obdobju. V tretjem poglavju je podrobneje predstavljena uporaba infrardeče termografije. Podane so teoretične osnove, ki so potrebne za razlago in razumevanje te neporušne metode merjenja temperature. Na primeru iz prakse je prikazana uporaba IR termografije pri nadzoru energetskih transformatorjev med obratovanjem. Predstavljene so prednosti merilne metode in njene pomanjkljivosti, poiskane so možnosti za odpravo pomanjkljivosti ter podani konkretni predlogi za odpravo pomanjkljivosti merilne metode. V četrtem poglavju je predstavljena detekcija poškodb rotorjev večjih elektromotorjev med obratovanjem. Predstavljena je metoda, kjer s pomočjo spektralne analize izmerjenih električnih tokov elektromotorjev lahko ugotovimo poškodbe rotorjev med samim obratovanjem elektromotorjev. Na primeru iz prakse so prikazani rezultati meritev in analize električnega toka elektromotorja s počenimi palicami kratkostične kletke elektromotorja, ter rezultati in analiza izmerjenega električnega toka po zamenjavi poškodovanega elektromotorja z novim. Pri uporabi metode merjenja in analize električnega toka so prepoznane nevarnosti iz področja varstva pri delu. Zato so predlagane konkretne rešitve za odpravo le teh. 3

17 2 POGOSTO UPORABLJENE TEHNIKE NAPOVEDNEGA VZDRŽEVANJA V napovednem vzdrževanju se za spremljanje stanja strojev in naprav uporabljajo različne metode. Najpogosteje se uporabljajo neporušne tehnike, kot so merjenje in analiza vibracij, infrardeča termografija, nadzor olj in analiza obrabnih delcev ter metoda odkrivanja poškodb rotorjev močnejših elektromotorjev z merjenjem in analizo električnega toka. V nadaljevanju sledi predstavitev nadzora vibracij, nadzora olj in analize obrabnih delcev, uporabe infrardeče termografije in predstavitev metode merjenja in analize električnega toka močnejših elektromotorjev. 2.1 NADZOR VIBRACIJ Z metodo merjenja in analize mehanskih vibracij lahko ugotovimo dinamično stanje strojev, kot so turbine, generatorji, elektromotorji, črpalke, ventilatorji, reduktorji, in določimo stanje posameznih strojnih elementov v strojih, kot so drsni ali kotalni ležaji, zobniki, detekcija debalansa, kavitacije. S tovrstnimi meritvami lahko vnaprej napovemo, kateremu strojnemu elementu v stroju se izteka življenjska doba. Na ta način se preprečijo nenapovedani izpadi v proizvodnji. Prav tako pa lahko poiščemo vzroke in izvore povečanih vibracij na stroju, če se le te že pojavijo. Rešujemo lahko probleme, ki so povezani z resonancami postrojev. Stroje varujemo tudi pred prenosom vibracij iz okolice ter pred škodljivim vplivom vibracij, katerih vzrok so poškodbe izolacije, temeljev. Meritve vibracij se lahko izvajajo s prenosnimi enokanalnimi ali večkanalnimi analizatorji vibracij, za večje in pomembnejše postroje v elektroenergetskih objektih pa se pogosto uporabljajo sistemi za stalni nadzor mehanskih veličin rotacijskih komponent (ekspertni sistemi). Sestavljajo jih sistem za zajemanje in obdelavo podatkov (nadzorni sistem), sistem za diagnostiko ter programski modul za prikaz, shranjevanje, obdelavo ter analizo podatkov. Kako poteka meritev? 4

18 Meritev vibracij poteka vedno na mestu, kjer je "problematičen" stroj postavljen. Meritev vibracij na strojih lahko poteka le, če stroji obratujejo (vendar z meritvami ne motimo proizvodnega procesa). Merilna mesta, na katerih je meritev narejena, so po navadi na ležajnih ohišjih (če to ni mogoče, je lega merilnih mest prepuščena izbiri osebe, ki izvaja meritve) Izbira merilnih mest za merjenje vibracij na strojih Vibracije rotacijskih komponent je potrebno izmeriti čim bližje ležaju, v obremenilni coni, v vseh ležajnih ravninah. Izmeriti jih moramo v vseh treh smereh, da dobimo prostorsko sliko stanja komponente. Vsako merilno mesto je potrebno enoznačno označiti. Smeri običajno poimenujemo po smereh koordinatnega sistema (X, Y, Z). V tuji literaturi so smeri pogosto poimenovane kot H (Horizontal), V (Vertical) ter A (Axial). Na sliki 2.1 je shematsko prikazana določitev merilnih mest vibracij. Z A, B, C in D so označene ležajne ravnine. Indeksi x, y in z predstavljajo smeri koordinatnega sistema ležajne ravnine. Dy Cy By Ay Bz Dz Az y Dx Cx Bx Ax x z Slika 2.1: Določitev merilnih mest merjenja vibracij Senzorje za merjenje absolutnih vibracij lahko na merilno mesto pritrdimo s pomočjo magneta, ali jih na merilno mesto privijačimo ali prilepimo, senzorje za merjenje relativnih pomikov pa običajno privijačimo. Vsi senzorji morajo biti nameščeni tako, da so merilne veličine v skladu z veljavnimi predpisi in standardi ter zahtevami, ki izhajajo iz specifike obratovanja posameznih komponent. Pri izbiri in namestitvi senzorjev za merjenje vibracij 5

19 je potrebno upoštevati tudi predhodne obratovalne izkušnje, svetovno industrijsko prakso ter zahteve proizvajalca posamezne rotirajoče opreme. Za vsako merilno mesto je potrebno v analizatorju nastaviti merilne parametre, ki so prikazani na sliki 2.2: vrsta meritve (pospešek, hitrost, pomik), tip detekcije (RMS, 0-vrh, vrh-vrh), občutljivost senzorja za merjenje vibracij, frekvenčni obseg, tip prikaza, izbrano okno. Slika 2.2: Organizacija merilnih mest in nastavitev nadzornih parametrov. 6

20 2.1.2 Ekspertni sistemi za nadzor mehanskih veličin rotacijskih komponent Ekspertni sistemi za stalni nadzor mehanskih veličin se uporabljajo za nadzor širokega spektra rotacijskih naprav kot so parne turbine, plinske turbine večji elektromotorji, letalski motorji, vse vrste kompresorjev in črpalk, električni generatorji, ventilatorji, hladilni stolpi, papirni stroji, cementarne. Ekspertni sistemi so običajno sestavljeni iz dveh sklopov. Prvi sklop imenujemo Nadzorni sistem, drugi sklop pa imenujem Sistem za diagnostiko Nadzorni sistem Nadzorni sistem omogoča merjenje različnih mehanskih veličin in je zelo prilagodljiv. Izdelan mora biti v skladu s standardi, ki pokrivajo to področje in je zato primeren za nadzor opreme v zelo zahtevnih področjih kot so na primer nuklearna industrija, naftna industrija, letalska industrija. Nadzorni sistem, slika 2.3, je zasnovan na principu modulov v panelu. Vsak panel lahko deluje avtonomno. V primeru, ko imamo veliko merilnih mest, pa jih lahko povežemo skupaj v enovit sistem. Slika 2.3: Nadzorni sistem serije 3500 proizvajalca GE Bently Nevada Na sliki 2.3 je predstavljen nadzorni sistem 3500 Series Machinery Protection System ameriškega proizvajalca General Electric Energy Bentley Nevada. Sistem zagotavlja stalni nadzor (angleško: on line monitiring) mehanskih veličin rotacijskih naprav. Sestavljen je iz: ohišja z vodili za module, 7

21 enega ali dveh napajalnikov (omogoča napajanje iz dveh neodvisnih virov), konfiguracijskega modula, komunikacijskega modula (optika, LAN, ethernet, ), modula za merjenje vibracij in pomikov, relejnega modula (alrmi, izklop komponent), modula za merjenje hitrosti in prožilnega signala (angleško: keyphasor), modula za merjenje temperature, tlaka in ostalih procesnih veličin. V vsak panel lahko namestimo tudi modul, ki nam na računalniku omogoča spremljanje merjenih veličin (Operator Display). Vse merjene veličine pa se neodvisno shranjujejo tudi v centralnem diagnostičnem računalniku, ki je neodvisen od lokalnih spremljanj parametrov (Operator Display). Preko centralnega diagnostičnega računalnika lahko upravljamo s konfiguracijo in nastavitvami parametrov ter alarmnih vrednosti vsakega posameznega modula v vsakem panelu posebej. Signali iz vseh merilnih kanalov pa so tudi neobdelani dostopni na BNC priključkih, ki so na čelni strani modulov, kjer te signale lahko neodvisno od nadzornega sistema merimo in obdelujemo s prenosnimi analizatorji Sistem za diagnostiko Drugi sklop ekspertnih sistemov za nadzor mehanskih veličin imenujemo sistem za diagnostiko. Omogoča nam arhiviranje in podrobno analizo vseh izmerjenih signalov. V nadaljevanju je predstavljen sistem za diagnostiko System 1 ameriškega proizvajalca General Electric Energy Bentley Nevada. Sestavljen je iz računalnika in programske opreme System 1. Program System 1 deluje v operacijskem sistemu Windows XP SP2, Windows Vista SP2 ali Windows 7. Baza za zajem podatkov pa je Microsoft SQL. Diagnostični sistem je sestavljen iz več programskih modulov: programskega modula za pridobivanje - zajemanje podatkov, baze podatkov, konfiguracijskega programskega modula, programskega modula za prikaz, obdelavo ter analizo podatkov. 8

22 Programski modul za pridobivanje podatkov (Data Acquisition) predstavlja jedro diagnostičnega sistema System 1. Instaliran mora biti na vsakem računalniku, ki se uporablja za zajemanje podatkov za posamezno nadzorovano opremo. Omogoča zbiranje podatkov iz različnih vrst senzorjev od različnih proizvajalcev. Vsi ti podatki pa se shranjujejo v bazi podatkov, ki je fizično nameščena običajno na centralnem diagnostičnem računalniku. Baze podatkov (Databases). Programski paket System 1 uporablja dva tipa baz podatkov, in sicer konfiguracijsko bazo podatkov (Configuration Database), kjer so shranjene vse nastavitve za vsak merilni kanal posebej, ter baze podatkov, kjer se shranjujejo vse izmerjene vrednosti (Historical Database). Konfiguracijski programski modul. S pomočjo tega programskega modula lahko iz nega mesta (centralnega diagnostičnega računalnika) nastavljamo nastavitve in alarmne vrednosti za vsak merilni kanal posebej. Isto funkcijo lahko izvajamo tudi na lokalnih računalnikih za vsako posamezno nadzorovano opremo. Programski modul za prikaz, obdelavo ter analizo podatkov. Ta programski modul je namenjen za prikaz, analizo ter obdelavo vseh izmerjenih veličin. V osnovi je možen prikaz izmerjenih veličin v stolpcih (Bargraph), slika 2.5, ali pa v različnih načinih izrisov (Plots). Možni načini izrisa so: izris časovnega poteka signala ter izris polarnega diagrama, ki sta prikazana na sliki 2.6, izris Bodejevega diagrama in izris prikaza centričnosti osi, ki sta prikazana na sliki 2.7, ter izris prikaza frekvenčnega spektara signala in prikaz trenda signala v frekvenčnem spektru, ki sta prikazana na sliki 2.8. Na sliki 2.4 je prikazan ekranski prikaz diagnostičnega sistem System 1. Do samih izmerjenih vrednosti za vsak merilni kanal lahko dostopamo na več načinov. Pri prvem načinu se nam s klikom na želeno mesto na grafičnem prikazu komponente prikažejo vse izmerjene vrednosti za ta merilni kanal. Za vsak kanal lahko spremljamo trenutne izmerjene vrednosti ali zgodovinske, ki jih pokličemo iz baze podatkov. Do izmerjenih vrednosti pridemo lahko še s klikom na želeni kanal v zavihku Enterprise Hierarchy ali s klikom na želeno mesto v zavihku Plot Session. 9

23 Slika 2.4: Ekranski prikaz diagnostičnega sistema System 1 Na sliki 2.5 so prikazane vrednosti izmerjenih veličin za več mernih kanalov hkrati. Slika 2.5: Prikaz izmerjenih veličin v stolpcih (Bargraph) 10

24 Na slikah 2.6 do 2.8 so prikazani različni načini izrisov izmerjenih veličin diagnostičnega sistema System 1. Slika 2.6: Prikaz časovnega poteka signala in polarni prikaz signala Slika 2.7: Prikaz Bodejevega diagrama in centričnosti osi Slika 2.8: Prikaz frekvenčnega spektra signala 11

25 2.2 NADZOR OLJ IN ANALIZA OBRABNIH DELCEV V vzdrževanju je zelo pomembna tudi Tribologija. Obsega celotno področje trenja in obrabe, vključno z mazanjem, vključuje pa tudi ustrezne izmenjevalne učinke mejnih površin, tako med trdnimi telesi, kakor tudi med trdnimi telesi in tekočinami ali plini. Za pravilno delovanje rotirajočih strojev in naprav, morajo biti le ti ustrezno mazani. Gospodarski učinki znanja in uporabe tribologije se kažejo kot: prihranek energije, zmanjšanje porabe materiala surovin, povečanje zanesljivosti in trajnosti delovnih sistemov, zmanjšanje stroškov vzdrževanja in varstvo okolja. Za zagotovitev vseh teh učinkov pa je potrebno skrbeti, da so komponente pravilno (ne premalo, ne preveč) mazane ter da so maziva ustrezna. Kontrolo podmazanosti strojev izvedemo z rednimi obhodi in z vizualnim pregledom oljekazov in mazalk komponent. Kvaliteto maziv kontroliramo z ustreznimi kemijskimi in fizikalnimi preiskavami ter analizami Kemijska analiza olja Pri preiskavah mazalnih olj iščemo škodljive nečistoče in delce obrabe stroja. Prav tako ugotavljamo izvor onesnaženja ter ugotavljamo potrebo po nadaljnjih laboratorijskih raziskavah za podrobnejšo analizo stanja stroja. S pomočjo analize olja lahko določimo, v kakšnem stanju je olje. Določimo fizikalne in kemijske lastnosti olja, stopnjo kontaminacije in oksidacije. Z analizo prav tako določimo, ali je potrebna zamenjava olja. Iz delcev v olju za analizo pa lahko ugotovimo tudi možno poškodbo vitalnih delov komponent kot so na primer ležaji. S pomočjo analize lahko zaznamo in ugotovimo prisotnost glavnega vzroka poškodb, kot so umazanija, voda, prisotnost hladilnega medija, material iz procesa, netesnost sistema. Z dodatnimi analizami delcev lahko določimo izvor in stopnjo poškodbe. Pomembnejši parametri pri kemičnih preiskavah olj so viskoznost 12

26 olja in indeks viskoznosti, oksidacijska stabilnost, nevtralizacijsko število, kompatibilnost aditivov, topnost aditivov ter vsebnost vode Viskoznost olja in indeks viskoznosti Pri analizi maziv je zelo pomemben nadzor viskoznosti in določevanje indeksa viskoznosti. Viskoznost je parameter, ki ima osnovno vlogo pri mazanju in običajno proporcionalno predstavlja debelino mazalnega filma. Spreminja se s tlakom in temperaturo. Viskoznost mora biti izbrana tako, da pri določeni temperaturi daje optimalne lastnosti mazanja. Različna olja imajo različno odvisnost viskoznosti s temperaturo. Indeks viskoznosti je empirični parameter, ki primerja kinematično viskoznost vzorca olja z viskoznostima dveh referenčnih olj, ki imata zelo različno viskoznost v odvisnosti od temperature Oksidacijska stabilnost Oksidacijska stabilnost je odpornost maziva na molekularni razpad ali prerazporeditev pri povišanih temperaturah v normalnem zračnem okolju. Maziva lahko oksidirajo, če so izpostavljena zraku pri povišanih temperaturah, kar ima zelo velik vpliv na življenjsko dobo maziva. Stopnja oksidacije je odvisna od rafinacije in delovne temperature Nevtralizacijsko število Nevtralizacijsko število je količina kalijevega hidroksida (KOH) v miligramih potrebna za nevtralizacijo enega grama kislin ali alkalnih spojin v mazivu, enota je [mg KOH/g]. Zapišemo ga kot skupno kislinsko število (TAN) za kisla olja in kot skupno bazno število (TBN) za alkalna olja. TAN je mera vsebnosti kislin v olju, TBN pa mera za vsebnost baz v olju. 13

27 Kompatibilnost in topnost aditivov Aditivi, ki se uporabljajo v mazivih, morajo biti topni v mazivu in biti kompatibilni drug z drugim. Dva ali več aditivov sta kompatibilna, če ne reagirata drug z drugim in če njihove individualne lastnosti pripomorejo k funkcionalnosti sistema. Aditivi v mazivih morajo biti kompatibilni z vsemi sestavnimi deli sistemov, kateri pridejo v stik z mazivi. Izbrati moramo tako vrsto maziva, da ne pride med uporabo do neželenih reakcij Vsebnost vode Vsebnost vode je količina vode, ki je prisotna v olju. Meri se lahko s centrifugiranjem, destilacijo ali voltametrijo. Posledice prisotnosti vode so korozija in oksidacija. Kadar se zmešata voda in olje dobimo emulzijo, ki pa ima od čistega olja veliko nižjo nosilnost, kar pa močno vpliva poškodbe mazanih površin. Poseben problem prestavlja voda v dielektričnih sistemih (transformatorska olja), ker lahko povzroči dielektrični razpad Analiza delcev v olju Analizo delcev v olju v grobem delimo na kvantitativno in kvalitativno analizo. Pri kvantitativni analizi nas zanimata število in pa velikost delcev. Ta vrsta analize se lahko izvaja s števci delcev, ferografijo, filtergrafijo z mikroskopijo, gravimetrijo. Pri kvalitativni analizi pa nas zanima kemijska sestava obrabnih delcev in pa morfologija (oblika, rob, površina, barva). Najbolj poznane metode za izvajanje kvalitativnih analiz delcev v olju so spektrografija, filtergrafija z mikroskopijo, analitična ferografija. Pri analizi mikroskopskih slik lahko usposobljeni analitik iz vzorca olja ugotovi, na katerem strojnem delu je prišlo do okvare. Bistveni podatki pri teh analizah so barva delcev in oblika delcev. Na sliki 2.9 sta prikazani mikroskopski sliki delcev v olju nastalih pri normalni obrabi stroja pri preobremenjenem stroju. 14

28 Slika 2.9: Mikroskopski sliki - tipi obrab; Levo normalna obremenitev, Desno preobremenitev [2] Na sliki 2.10 sta prikazani mikroskopski sliki delcev v olju, ki so nastali pri različnih tipih obrab. Na sliki 2.10 levo je prikazana oblika delcev pri razenju, na sliki 2.10 desno pa nastanek tornih polimerov. Slika 2.10: Mikroskopski sliki - tipi obrab; Levo razenje, Desno torni polimeri [2] Poglavje 2.2 je povzeto po [2]. 2.3 INFRARDEČA TERMOGRAFIJA Infrardeča termografija je ena od metod neporušitvenih preiskav. Za izvajanje teh preiskav potrebujemo usposobljen kader in ustrezno opremo, ki mora biti kalibrirana. Osebje mora biti v skladu s standardoma ASNT SNT-TC-1A ali SIST EN ISO 9712:2012 usposobljeno 15

29 in certificirano. V skladu s standardoma se osebje, ki deluje na področju industrijskih neporušitvenih preiskav lahko certificira na treh različnih nivojih: Nivo I - ob uporabi predpisanega postopka kontrolor zabeleži (posname) morebitne indikacije (odstopanja) ter jih razvrsti. Nivo II - poleg znanj nivoja I obvlada kontrolor tudi izdelavo pisnih navodil za nivo I, izbiro tehnologije in ovrednotenje rezultatov preskušanja z uporabo standardov in predpisov. Nivo III - kontrolor v celoti prevzema odgovornost za preizkus, opremo in osebje, izdeluje delovne postopke ter vpeljuje različne tehnike, validira postopke in šola kadre, ki delujejo na področju industrijskih neporušitvenih preiskav Predstavitev infrardeče termografije Infrardeča (IR) termografija je brezkontaktna metoda merjenja temperature in njene razporeditve na površini telesa. Temelji na merjenju jakosti infrardečega sevanja merjenca. Rezultat termografskega merjenja je infrardeča slika, ki jo pogosto imenujemo tudi toplotna oziroma termična slika ali termogram. Porazdelitev temperature po merjencu je na termogramu prikazana z največ 256 barvnimi ali sivimi odtenki, odvisno v kateri barvni paleti je prikazan termogram. Barvna paleta je množica barv, ki so prirejene različnim navideznim temperaturam, tako, da vsaka označuje izbrano vrednost navidezne temperature. Temperaturna razporeditev nam posredno daje informacijo o različnih stanjih same površine merjenca, lahko pa je tudi odraz strukture materiala merjenca. Z uporabo določenih tehnik pa je termogram lahko odraz strukture in notranjega stanja opazovanega objekta. Temperatura je pomemben faktor v vseh procesih, ki se dogajajo v naravi. Dokazov za to je ogromno. Na primer že mali porast temperature živih bitij je lahko odraz bolezenskega stanja. Prav tako je temperatura zelo pomemben dejavnik v industriji (proizvodnja plastike, petrokemijska industrija, prehrambna industrija, livarstvo, itd.) in nadzor nad njo pomeni večjo kvaliteto, večjo varnost ter večjo ekonomsko učinkovitost. [3] 16

30 Na sliki 2.11 je predstavljen termogram, ki je prikazan z različnimi barvnimi paletami. IR termografijo uporabljamo na različnih področjih. Za prikaz termograma uporabimo tisto barvno paleto, ki nam glede na področje uporabe najpreglednejše prikaže razporeditev temperature po opazovanem objektu. Slika 2.11: Prikaz istega termograma z različnimi barvnimi paletami IR termografija je tako koristna in uporabna predvsem zaradi treh lastnosti: je nekontaktna in zaznava na daljavo, 17

31 deluje v realnem času, na termogramu lahko merimo in izvajamo meritve temperature in analizo toplotnih vzorcev z orodji v vseh točkah merjenca hkrati. Zaradi pomena temperature in veliki uporabnosti IR termografije se le ta danes veliko uporablja pri nadzoru industrijskih procesov, pri raziskavah in razvoju, v medicini in veterini, pri vzdrževanju, kontroli kvalitete in nadzoru procesov, pri neporušnih testiranjih, v gradbeništvu, pri nadzoru energetskih učinkovitosti stavb in še bi lahko naštevali Uporaba infrardeče termografije v napovednem vzdrževanju V elektroenergetskih postrojih se okvare pogosto odražajo v lokalnih porastih temperatur. Lokalno pregrevanje je lahko posledica povečane prehodne upornosti, trenja, povečanega električnega bremena, indukcije, prepuščanja zapornih elementov v cevovodih in podobno. Poleg lokalnih pregrevanj, pa je lahko znak za napako tudi izostanek segrevanja na elementih, kot so na primer kondenzatorji, upori, vodniki in podobno, ki bi se morali v normalnem obratovanju segreti na določeno temperaturo. Za odkrivanje takih napak se pogosto uporablja IR termografija. Termografski pregledi se izvajajo na opremi, za nadzor katere je smiselna in racionalna uporaba termografije kot diagnostične metode [3]. Z IR termografijo se periodično pregleduje: transformatorje, transformatorske postaje, VN stikališča, akumulatorske postaje, usmernike, razsmernike (inverterje) in regulacijske transformatorje, napajalne centre, razdelilne omare, varovalke, stikala, 18

32 električne grelce, različne priključke in spoje, zaporne elemente v cevovodih in spojke. Redni periodični termografski pregledi imajo veliko utežno vrednost pri povečanju požarne varnosti objektov in naprav. Uporaba infrardeče termografije pri rednih obdobnih pregledih strojev in naprav prispeva k večji zanesljivosti in razpoložljivosti opreme. Z redno uporabo vseh tehnik napovednega vzdrževanja lahko v naprej predvidimo morebitno odpoved opreme. Tako pridobimo čas, da se na vzdrževalni poseg pripravimo, ga izvedemo v najbolj ugodnem času in tako posredno zmanjšamo stroške vzdrževalnih posegov Primeri uporabe IR termografije pri nadzoru naprav visokih napetosti in velikih tokov V nadaljevanju poglavja je prikazanih nekaj tipičnih primerov uporabe IR termografije in najdenih pregrevanj pri nadzoru naprav velikih tokov in visokih napetosti. Pri izvedbi termografskih pregledov in analizi termogramov posnetih na teh napravah moramo biti še posebej previdni. Vzrok za povišane temperature, ki jih s termokamero zaznamo na ohišju stroja ali naprave, je lahko pregrevanje na samem ohišju naprave, lahko pa je izmerjena povišana temperatura rezultat močnejšega pregrevanja v notranjosti stroja ali naprave, ki se prevodom temperature prenese na ohišje naprave. Izmerjena temperatura je običajno na ohišju naprave zaradi ohlajanja v okolico veliko manjša, kot pa je dejanska temperatura na izvoru pregrevanja v notranjosti naprave. IR termografija se uporablja tako pri tovarniških testiranjih novih naprav, kot pri testih na terenu in pri rednih obdobnih pregledih. Pri analizi in trendiranju termogramov nam je v veliko pomoč, če imamo posnete termograme novih naprav. 19

33 Pregrevanje spoja med zbiralko in ločilnikom 400 kv Pri rednem obdobnem termografskem pregledu stikališča 400 kv je bilo najdeno pregrevanje na spoju med ločilnikom in zbiralko. Na sliki 2.12 levo je prikazan termogram, iz katerega je razvidno pregrevanje ločilnika a2, napetosti 400 kv, na priključku proti zbiralki. Na sliki 2.12 desno je prikazan termogram z izmerjeno temperaturo istega ločilnika a2, napetosti 400 kv, na priključku proti daljnovodu. Najvišja izmerjena temperatura na spoju ločilke proti zbiralki je znašala 55.9 C (slika 2.12 levo, Ar1_a2-ZB), najvišja izmerjena temperatura na spoju ločilke in zbiralke (slika 2.12 desno, Ar1_a2-ZB) pa je znašala 20.4 C. Nadtemperatura spoja med ločilko in zbiralko (slika 2.12 levo, Ar1_a2-ZB) v primerjavi s spojem ločilke proti daljnovodu (slika 2.12 desno, Ar1_a2-DV) je znašala ΔT>25 K, kar je po kriterijih sprejemljivosti znak za resnejšo okvaro. Na podlagi najdenega stanja je bil izdan zahtevek za korektivni poseg na komponenti. priključek proti zbiralki priključek proti DV Slika 2.12: Pregrevanje spoja na priključku med ločilnikom 400 kv in zbiralko Vzdrževalno osebje je med rednim letnim remontom izvedlo sanacijo pregrevanja. Izvedeno je bilo razstavljanje, čiščenje ter fina mehanska obdelava vseh spojev. Vzrok za pregrevanje je bil oksidiran in korodiran spoj na kontaktnih ploščah vrtljivega dela ločilnika, ki pa je bil med posegom odpravljen. Pred in po vzdrževalnem posegu je bila opravljena meritev padcev napetosti. Pred posegom je znašal izmerjeni padec napetosti na spoju med ločilko in zbiralko ΔU=51 mv, po posegu pa ΔU=0.7 mv. Izmerjeni padec napetosti na spoju med ločilko in daljnovodom je pred pred posegom znašal ΔU=0.9 mv, po posegu pa ΔU=0.6 mv. Na podlagi izmerjenih rezultatov pred in po vzdrževalnem 20

34 posegu lahko sklepamo, da je bila sanacija mesta pregrevanja uspešna. Vzrok za nižji padec napetosti med ločilko in daljnovoda po vzdrževalnem posegu je čiščenje kontaktnih spojev. V sklopu testa po vzdrževanju je bil opravljen ponovni termografski pregled komponente pri polni obremenitvi. Pri ponovnem termografskem pregledu ni bilo na komponenti najdenih nobenih posebnosti (znakov lokalnih pregrevanj). Izmerjene temperature so bile v običajnih vrednostih. Tudi rezultati termografskih meritev po izvedenem vzdrževalnem posegu kažejo, da je bila sanacija mesta pregrevanja uspešna Pregrevanje glavnega močnostnega odklopnika generatorja 21 kv Pri rednem obdobnem termografskem pregledu tri polnega, z vodo in zrakom hlajenega glavnega močnostnega odklopnika napetosti 21 kv in vrednosti nazivnega toka I N =24 ka, je bila na spoju med ohišjem generatorskega odklopnika in ohišjem oklopljene zbiralke v fazi L 1 izmerjena visoka temperatura (slika 2.13, Ar1:max>90 C). Izmerjena temperatura v polju Ar1 je bila od izmerjenih temperatur na spoju med ohišjem generatorskega odklopnika in ohišjem oklopljene zbiralke v fazah L 2 in L 3 višja za več kot 20 C, pri enakih tokovih I=19.5 ka v vseh treh fazah. Izmerjena visoka temperatura na ohišju je glede na izkušnje iz preteklosti rezultat močnega pregrevanja v notranjosti oklopljene zbiralke. V preteklosti je intenzivno pregrevanje na identičnem mestu povzročilo delno taljenje elastičnega veznega elementa. Izdan je bil zahtevek za korektivni poseg na komponenti. Slika 2.13 Pregrevanje generatorskega odklopnika 21 kv 21

35 V času rednega letnega remonta elektrarne je bila izvedena sanacija mesta pregrevanja. Vzrok za pregrevanje je bil slab vijačni spoj fleksibilnih povezav. Obnovljene so bile vse spojne površine elastičnih povezovalnih elementov med generatorskim odklopnikom in oklopljenimi zbiralkami. Izvedeno je bilo čiščenje in fina obdelava spojnih površin. Vsi vijačni spoji so bili priviti in preverjeni s predpisanim momentom. Po izvedenem vzdrževalnem posegu je bil v sklopu testa po vzdrževanju izveden ponovni termografski pregled. Izmerjene temperature so padle na običajne vrednosti Pregrevanje priključkov tokovnih merilnih transformatorjev Izveden je bil termografski pregled tokovnih merilnih transformatorjev v 400 kv stikališču, transformatorsko polje, v vseh treh fazah. Na vseh treh tokovnih merilnih transformatorjih (TMT) je bilo ugotovljeno pregrevanje. Na sliki 2.14 levo je prikazan termogram tokovnega merilnega transformatorja AC01F1, na sliki 2.14 desno pa je prikazan termogram tokovnega merilnega transformatorja AC01F3. Na priključku TMT AC01F1 (slika 2.14; Ar1_AC01F1) na strani proti transformatorju je bila v primerjavi z izmerjeno temperaturo na istem mestu na TMT AC01F3 (slika 2.14, Ar1_AC01F3) izmerjena nadtemperatura ΔT >15 K. Slika 2.14: Pregrevanje priključka TMT AC01F1 22

36 Na sliki 2.15 levo je prikazan termogram tokovnega merilnega transformatorja AC01F2, na sliki 2.15 desno pa je prikazan termogram tokovnega merilnega transformatorja AC01F3. Slika 2.15: Pregrevanje priključkov TMT AC01F2 Na priključku TMT AC01F2 (slika 2.15, Ar1_AC01F2) na strani proti transformatorju je bilo ugotovljeno pregrevanje. Izmerjena nadtemperatura na priključku TMT AC01F2 (slika 2.15, Ar1_AC01F2) v primerjavi z izmerjeno temperaturo na istem mestu na TMT AC01F3 (slika 2.15, Ar1_AC01F3) je ΔT >20 K. Na priključku TMT AC01F2 (slika 2.15, Ar2_AC01F2) na strani proti odklopniku AC01A0 je bila izmerjena povišana temperatura. Izmerjena nadtemperatura na priključku TMT AC01F2 (slika 2.15, Ar2_AC01F2) v primerjavi z izmerjeno temperaturo na istem mestu na TMT AC01F1 (slika 2.14, Ar2_AC01F1) je ΔT >10 K. Na sliki 2.16 levo je prikazan termogram tokovnega merilnega transformatorja AC01F3, na sliki 2.16 desno pa je prikazan termogram tokovnega merilnega transformatorja AC01F1. 23

37 Slika 2.16: Pregrevanje priključka TMT AC01F3 Na priključku TMT AC01F3 (slika 2.16, Ar2_AC01F3) na strani proti odklopniku je bila izmerjena povišana temperatura. Izmerjena nadtemperatura na priključku TMT AC01F3 (slika 2.16, Ar2_AC01F3) v primerjavi z izmerjeno temperaturo na priključku TMT AC01F2 (slika 2.16, Ar2_AC01F1) na strani proti odklopniku je ΔT >13 K. Za vse tri tokovne merilne transformatorje je bila ugotovljena potreba po sanaciji priključkov, kjer je bilo najdeno pregrevanje. Izdani so bili zahtevki za korektivne posege na komponentah Pregrevanja zaradi induciranih vrtinčnih tokov Zaradi spreminjajočega se magnetnega polja se v magnetnih prevodnikih, ki se nahajajo v magnetnem polju, inducira električno polje. Električno polje v njih požene vrtinčne tokove. Gostota vrtinčnih tokov je skladna z električno poljsko jakostjo. V področjih z velikim magnetnim poljem imamo v elektroenergetiki pogostokrat težave zaradi pregrevanj, ki so posledica vrtinčnih tokov. Na sliki 2.17 je prikazan termogram, ki je bil posnet pri termografskem pregledu oklopljenih zbiralk pri izvodu iz generatorja nazivne moči P N =850 MVA. 24

38 Slika 2.17: Pregrevanje nosilca zbiralk 21 kv zaradi vrtinčnih tokov Kot se vidi iz slike 2.17, je bila izmerjena zelo visoka temperatura na kovinskem nosilcu v področju zbiralke. Vzrok za pregrevanje so vrtinčni tokovi. Problem lahko rešimo le tako, da kovinski nosilec zamenjamo z nosilcem iz nemagnetnega materiala. Na sliki 2.18 je prikazano pregrevanje vijačnega spoja kovinskega nosilca od oklopljenih zbiralk, ki se nahaja v območju močnega magnetnega polja pod generatorjem. Slika 2.18: Pregrevanje vijačnega spoja zardi vrtinčnih tokov Vzrok za pregrevanje so vrtinčni tokovi. Sanacija pregrevanja je bila izvedena podlaganjem izolacijskega materiala pod nosilec in z izolacijo vijakov z izolacijskimi tulci. s Na sliki 2.19 je prikazano pregrevanje kovinskega nosilca dušilke sistema za začetno vzbujanje diesel generatorja nazivne moči 4910 kva. 25

39 Slika 2.19: Pregrevanja nosilca dušilke zaradi vrtinčnih tokov Vzrok za pregrevanje so vrtinčni tokovi. Pregrevanja bi odpravili tako, da bi kovinski nosilec zamenjali iz nemagnetnega materiala. Na sliki 2.20 je prikazano pregrevanje vijaka na cevi med kotlom transformatorja nazivne moči 500 MVA in oljnim konzervatorjem. Slika 2.20: Pregrevanje vijačnega spoja zaradi induciranih vrtinčnih tokov Vzrok za pregrevanje so vrtinčni tokovi Preizkus statorskega paketa generatorja Preizkus magnetnega jedra statorja (angleško: core loop test), ki ga v praksi pogosto poimenujejo tudi preizkus statorja z nazivnim fluksom (angleško: core rated flux test), se izvaja na statorju z namenom, da se preveri integriteta njegovega magnetnega jedra ter da 26

40 se ugotovijo morebitne poškodbe statorskega paketa ali poslabšanje izolacije med lamelami. Magnetno jedro je sestavljeno iz tanke lamenirane pločevine, ki je obojestransko izolirana, kar zmanjšuje izgube zaradi vrtinčnih tokov. Vzroki za poškodbe magnetnega jedra so različni. Poškodbe lahko nastanejo zaradi vnosa tujkov v statorske utore, prekomernih vibracij, nepazljivosti pri izvlačenju rotorja, ali pa zaradi nepazljivosti pri morebitni demontaži statorskega navitja. Preizkus se izvede tako, da se okoli statorja (okrova in magnetnega jedra) navije vzbujalno navitje. Običajno se to navitje izvede z nekaj ovoji električnega kabla okoli statorja. Vzbujalno navitje je priključeno na izmenično napetost. V statorju se ustvari nazivno magnetno polje in med lamelami statorja se pojavi napetost, ki je enaka napetosti med normalnim obratovanjem. Morebitne poškodbe izolacije na lamelah ali na zobeh statorskega paketa se vidijo kot vroče točke. Te vroče točke pa lahko enostavno zaznamo in izmerimo s toplotnimi kamerami. Kot vroča točka se smatra področje, katerega nadtemperatura je za 5 K višja od povprečne temperature magnetnega jedra. Na sliki 2.21 so prikazane vroče točke, ki so bile odkrite na statorju generatorja pri preizkusu statorja z nazivnim fluksom. Na podlagi s termokamero najdenih mest pregrevanj, je bila na kritičnih mestih izvedena sanacija izolacije lamel statorskega paketa. Slika 2.21: Vroče točke na statorskem paketu generatorja 27

41 Test segrevanja transformatorja V sklopu tovarniškega testiranja novega transformatorja 400/21 kv, nazivne moči 500 MVA, je med testom segrevanja (angleško: temperature rise test) naročnik izvedel lasten neodvisen termografski pregled. Transformator je bil v preizkuševalnici na 400 kv strani transformatorja priključen na napetost, na 21 kv strani pa je bil kratko sklenjen. V vseh treh fazah so v merilni postaji merili tok in napetost preko tokovnih in napetostnih merilnih transformatorjev. Napajanje transformatorja je bilo izvedeno na 400 kv strani transformatorja preko neodvisnega generatorja s postopnim dvigovanjem napetosti. Napetost so dvigovali toliko časa, da je stekel tok v vrednosti 107 % nazivne vrednosti. Izvajale so se tudi meritve temperature olja in meritve temperature ambienta (neposredne okolice) transormatorja. Testiranje se je izvajalo pri naslednjih obratovalnih parametrih: U test =47.7 kv; I test =863 A; I N =807.6A; P sk.izgub =1.061 MW; T olja =64.5 C ; T olja =35 C V pogodbeni dokumentaciji za izgradnjo novega transformatorja so bili v tehničnih specifikacijah določeni kriteriji sprejemljivosti: najvišja razlika med temperaturo olja in ohišjem transformatorja ne sme presegati 40 K. najvišja temperatura ohišja transformatorja ne sme pri maksimalni temperaturi okolice 40 C presegati 120 C. Po desetih urah testnega obratovanja transformatorja je bil izveden termografski pregled. Posneti so bili termogrami vseh delov stroja. Na sliki 2.22 je prikazano pregrevanje spoja NN kupole in kotla transformatorja pri testo segrevanja z obremenitvijo 107 %. 28

42 Slika 2.22: Pregrevanje spoja NN kupole in kotla TR pri 107% obremenitvi Najvišja temperatura (T Ar1 =103.8 C) je bila izmerjena na vijačnem spoju kotla in kupole s skozniki 21 kv, v bližini faze L 2, kar je razvidno iz termograma na sliki 2.22 (Ar1:max). Visoka temperatura je bila izmerjena na enakem mestu na obeh straneh transformatorja. Posnete termograme so skupaj pregledali predstavniki naročnika, proizvajalca in nadzornega organa. Pri analizi termogramov je bilo ugotovljeno, da so najvišje izmerjene temperature na ohišju transformatorja še vedno znotraj zahtevanih kriterijev sprejemljivosti, so pa čisto na zgornji meji. Izdelano je bilo preliminarno termografsko poročilo. Dogovorjeno je bilo, da se v skladu s testnim postopkom po dveh urah obratovanja pri 100% obremenitvi transformatorja, izvede ponovni termografski pregled. Testiranje pri 100% obremenitvi se je izvajalo pri naslednjih obratovalnih parametrih: U test =44.3 kv; I test =807 A; I N =807.6A; P sk.izgub =0.919 MW; T olja =61.5 C ; T amb =35.5 C Pri termografskem pregledu pri 100% obremenitvi, kot je razvidno iz termograma na sliki 2.23, je bilo ugotovljeno, da sta se znižali tako najvišja izmerjena temperatura na ohišju transformatorja, kot tudi temperatura olja. Izmerjena razlika temperatur med oljem in najvišjo temperaturo ohišja pa je ostala skoraj enaka, to je približno 40K. 29

43 Slika 2.23: Pregrevanje spoja NN kupole in kotla TR pri 100% obremenitvi Zaradi razmeroma velikih razlik med izmerjenimi temperaturami ohišja v predelu prirobnice NN kupole v bližini izvodov 21 kv ter zaradi izmerjene nadtemperature med oljem in ohišjem, ki je skoraj izven kriterijev sprejemljivosti, je bila proizvajalcu uradno dana zahteva za pojasnitev vzroka za izmerjeno visoko temperaturo in za morebitno odpravo napake. 2.4 MERJENJE IN ANALIZA ELEKTRIČNEGA TOKA MOČNEJŠIH IZMENIČNIH ELEKTROMOTORJEV Elektromotorji so pogostokrat vgrajeni tako, da je med obratovanjem onemogočen fizični dostop do njih. Čeprav fizično ne moremo do njih, pa želimo kljub temu imeti informacijo, v kakem stanju so. Še posebej nas zanima oprema, ki zagotavlja varno in zanesljivo obratovanje sistemov. Električne toke lahko izmerimo na dovodih v napajalnih centrih, ti pa so običajno enostavno dostopni. Električne toke merimo s tokovnimi kleščami, ki so priključene na analizator, s pomočjo katerega izvedemo spektralno analizo električnega toka. Pri pojavu napak na posameznih sklopih elektromotorjev se te odražajo na spremembah elektromagnetnih razmer v elektromotorju. Posredno se spremembe eketromagnetnih razmer odražajo s porastom mehanskih vibracij ter s pojavom oziroma porastom za vsako vrste napake specifičnih harmonskih komponent električnega toka. Pri analizi električnega toka najprej preverimo, če so tokovi po vseh treh fazah simetrični. 30

44 Vzrok za nesimetričnost med tokovi, ki je večja od 3% je lahko zaradi: nepravilne konstrukcijske izvedbe statorskega navitja, kratkega stika med ovoji navitja, stika med lamelami statorskega paketa, razrahljanih spojev statorskega navitja. S pomočjo spektralne analize električnega toka pa lahko ugotovimo: počene ali zlomljene palice kratkostične kletke rotorjev, razpoke na kratkostičnem obroču rotorja, nepravilnosti rotorskega navitja, razrahljane spoje rotorskega navitja. Z rednimi meritvami ter trendiranjem izmerjenih vrednosti zaznamo spremembe, ki so običajno povzročene z okvarami na posameznih delih stroja. Zelo priporočljivo je, da se ta metoda kombinira z merjenjem vibracij, saj se običajno vse spremembe zaradi okvar odražajo tudi na porastu mehanskih vibracij. 31

45 3 UPORABA INFRARDEČE TERMOGRAFIJE V tem poglavju je predstavljena ena izmed metod napovednega vzdrževanja, ki se pogosto uporablja pri nadzoru naprav visokih napetosti in velikih tokov. Na energetskih napravah se nenormalna obratovalna stanja pogosto odražajo z lokalnimi porasti temperatur. Za zgodnje odkrivanje te vrste napak je zelo uporabna infrardeča termografija. Metoda je predstavljena teoretično in z meritvami na konkretnem primeru. Termografske meritve so bile izvedene pri nadzoru energetskih transformatorjev med obratovanjem. Podane so analize merilnih rezultatov. Za ugotovljene pomanjkljivosti merilne metode so podani konkretni predlogi za odpravo le teh. 3.1 OPIS MERILNE METODE Infrardeča termografija je brezkontaktna in neporušna metoda merjenja temperature in njene porazdelitve po površini merjenca. Rezultat merjenja je prikazan na termogramu oziroma na toplotni sliki, kot je v literaturi termogram velikokrat tudi poimenovan. IR termografija deluje na principu merjenja jakosti infrardečega sevanja merjenca, ki ga merimo z IR kamero, termokamero ali toplotno kamero. Vsi trije našteti izrazi opisujejo isti merilni instrument. Za razumevanje in pravilno uporabo brezkontaktne metode merjenja temperature je potrebno upoštevati številne fizikalne lastnosti. Fizikalne lastnosti so podrobno predstavljene v [4]. IR termografija temelji na dejstvu, da vsa materialna telesa s temperaturo nad absolutno ničlo sevajo elektromagnetno valovanje. Realna telesa imajo to lastnost, da sevanje absorbirajo, prepuščajo, reflektirajo ter oddajajo. Kolikšen delež sevanja absorbirajo, prepuščajo, oddajajo ali reflektirajo, pa je odvisno od snovno geometrijskih lastnosti posameznega materiala. Vse to moramo upoštevati pri analizi termogramov. Fizikalne osnove, ki so potrebne za razlago in razumevanje IR termografije, so pregledno predstavljene v drugem poglavju diplomskega dela visokošolskega študijskega programa z naslovom Uporaba infrardeče termografije v energetiki [3]. 32

46 3.1.1 Princip delovanja termokamere Infrardeče sevanje je človeškim očem nevidno. Termokamera IR sevanje pretvarja v sliko, ki jo človek lahko vidi. Merjenec seva IR sevanje katerega optika termokamere usmeri na IR detektor. IR detektor to vpadlo sevanje pretvarja v električne signale, kateri se spreminjajo sorazmerno z jakostjo vpadlega sevanja. Signali se nato v elektroniki termokamere ojačajo ter digitalizirajo. Procesna elektronika te signale obdela in jih prikaže kot termosliko na prikazovalniku. Na sliki 3.1 je shematsko prikazano delovanje termokamere. Slika 3.1: Princip delovanja termokamere Termoslika na prikazovalniku IR kamere, v literaturi pogosto poimenovana tudi toplotna slika, je zapis jakosti toplotnega sevanja opazovanega objekta. Toplotna slika prikazuje porazdelitev energije sevanja, ne pa porazdelitve temperature. Če želimo izmeriti temperaturo posameznega dela opazovanega objekta, moramo za to uporabiti v termokameri programsko orodje, ki preračuna jakost toplotnega sevanja v temperaturo. Izmerjena temperatura je tako imenovana navidezna temperatura in ni enaka dejanski (termodinamski) temperaturi, ki je posledica stanj na nivoju molekul in atomov. Navidezna temperatura je nekompenziran odčitek vpadlega sevanja v termokamero, ki je preračunana v temperaturo opazovanega objekta. Navidezna temeperatura je preračunana vrednost vsote vseh v termokamero vpadlih IR sevanj, ne glede na naravo izvora. Dejansko temperaturo merjenca pa dobimo s kompenzacijo več korekcijskih faktorjev. Izvedemo jo tako, da v termokamero vnesemo tako imenovane objektne parametre, kot so emitivnost, razdalja, faktor prepustnosti inšpekcijskih IR oken, navidezna temperatura okoliških virov 33

47 sevanja, ki se reflektirajo na merjenec. Ti parametri se potem upoštevajo pri izračunu in prikazu dejanske (termodinamske) temperature merjenca. Sevanje, ki ga zaznamo s termokamero, je sestavljeno iz: lastnega sevanja opazovanega objekta zmanjšanega za del, ki se absorbira v ozračju ali v inšpekcijskem IR oknu, odbitega sevanja okoliških virov sevanja zmanjšanega za del, ki se absorbira v ozračju ali v inšpekcijskem IR oknu, lastnega sevanja ozračja ali inšpekcijskega IR okna. V termokameri se izvja po vnosu objektnih paramaterov kompenzacija po (3.1): ( ) ( ) (3.1) kjer je: W tot - vpadlo sevanje opazovanega objekta, ki ga zaznamo s termokamero, W obj - lastno sevanje opazovanega objekta, W atm - lastno sevanje ozračja ali inšpekcijskega IR okna, ε - koeficient emitivnosti opazovanega objekta, τ - koeficient transmisivnosti skozi ozračje ali inšpekcijsko IR okno, (1-τ) - koeficient emitivnosti ozračja, (1-ε) - koeficient reflektivnosti opazovanega objekta. Točka je povzeta po [5] Analiza termogramov Enako kot na termoslikah v termokamerah, lahko na posnetih termogramih z ustreznimi računalniškimi programi izvajamo analize in meritve temperatur. Pri analizi termogramov moramo upoštevati, da je tudi termogram prikaz porazdelitve energije sevanja opazovanega objekta, ne pa porazdelitev dejanske (termodinamske) temperature po opazovanem objektu. Termogram je rezultat merjenja jakosti infrardečega sevanja merjenca. Na termogramu je prikazana porazdelitev navidezne temperature merjenca. Če 34

48 želimo na našem termogramu prikaz porazdelitve dejanske (termodinamske) temperature, moramo enako kot na termokameri izvesti kompenzacijo. To izvedemo tako, da upoštevamo korekcijske faktorje kot so emitivnost, razdalja, temperatura okoliških virov sevanja in drugo. Če izvajamo termografske meritve na prostem, pa moramo pri analizi upoštevati tudi vpliv vetra (ohlajanje zaradi konvekcije) ter vlage. Te korekcijske parametre lahko nastavimo že v termokameri, ali v računalniških programih za analizo termogramov. Z računalniškimi programi lahko na termogramih izvedemo korekcijo objektnih parametrov, ki so bili vnešeni v termokamero, ko je bil termogram posnet. Pri analizi si pomagamo z uporabo različnih orodij ter z različnimi prikazi rezultatov. Termogram je sestavljen iz matrike slikovnih točk. Velikost matrike je odvisna od vrste IR detektorja. Vsaka slikovna točka (piksel) odgovarja enemu detektorjevemu elementu. Pri sodobnih termokamerah je pri uporabi orodja točkovnega termometra rezultat izmerjene vrednosti enak povprečni vrednosti izmerjene navidezne temperature matrike 3x3 slikovnih točk. Pogostokrat pa pri analizah termogramov uporabljamo tudi orodje za prikaz najvišje, najnižje ali povprečne temperature izmerjene v določenem polju. Zelo uporabno orodje pa je tudi uporaba izoterme. Rezultati analize so lahko prikazani na samem diagramu, lahko pa so prikazani posebej v obliki tabele, v obliki temperaturnega profila merjenca ter v obliki stolpčnega diagrama. Na slikah 3.2 in 3.3 so prikazani rezultati analize istega termograma. Na sliki 3.2 so prikazani rezultati analize na samem termogramu in posebej v oblike tabele. Slika 3.2: Prikaz rezultatov analize na samem termogramu in tabelarično 35

49 Na sliki 3.3 so prikazani rezultati analize termograma v obliki temperaturnega profila merjenca ter v obliki stolpčnega diagrama. Slika 3.3: Prikaz rezultatov analize kot temperaturni profil in v stolpičnem diagramu 3.2 NADZOR ENERGETSKIH TRANSFORMATORJEV MED OBRATOVANJEM Pravilno delovanje energetskih transformatorjev je eden izmed ključnih dejavnikov pri zagotavljanju zanesljive oskrbe z električno energijo, ki je potrebna za zanesljivo in varno obratovanje industrijskih objektov. To še posebej velja za glavne generatorske transformatorje in transformatorje lastne rabe v elektrarnah, saj izpad le teh posledično pomeni tudi izpad elektrarne. Med obratovanjem elektrarne se redno izvaja nadzor vseh pomembnejših strojev in naprav. Dnevno se večkrat izvaja obhod in vizualni pregled komponent ter popis obratovalnih parametrov. Vsi obratovalni parametri in vsa odstopanja se zapišejo v obratovalne dnevnike. Na energetskih transformatorjih se s predpisano frekvenco odvzemajo vzorci olja in v pooblaščenih kemijskih laboratorijih se izvaja analiza transformatorskega olja. Obdobno se izvajajo termografski pregledi vseh dostopnih delov transformatorjev. Za vsa večja odstopanja se izdajo zahtevki za korektivni poseg na komponenti. V poglavju 3.2 je prikazana uporaba IR termografije, kot nadzorne tehnike na primeru energetskega transformatorja. Za pravilno oceno stanja nadzorovanih komponent moramo pogostokrat hkrati uporabiti rezultate meritev več metod za tehnično diagnostiko. To lahko vidimo na primeru, kjer je predstavljena kronologija dogodkov od ugotovitve 36

50 okvare, iskanja vzrokov z različnimi metodami za tehnično diagnostiko, do sanacije okvare in testa po opravljenem vzdrževalnem posegu sanaciji okvare Pregrevanje na transformatorju lastne rabe 21/6.3 kv nazivne moči 30 MVA Pri rednem obhodu se je opazilo puščanje olja na transformatorju lastne rabe 21/6.3 kv nazivne moči 30 MVA. Izdan je bil zahtevek za korektivni poseg na komponenti. Na sestanku vodstva vzdrževanja je bilo sklenjeno, da je potrebno ob upoštevanju vseh ukrepov za varno delo, med obratovanjem transformatorja odpreti kupolo na 6.3 kv strani transformatorja, izvesti vizualni in termografski pregled skoznikov 6,3 kv in določiti mesto in velikost puščanja olja. Izdan je bil delovni nalog z natančnimi navodili za varno delo. Predpisani so bili vsi potrebni ukrepi za varno delo na višini in za delo v bližini napetosti. Ob upoštevanju ukrepov za varno delo se je odprla kupola na 6.3 kv strani transformatorja, kjer je bil izveden izveden je bil vizualni in termografski pregled. Na sliki 3.4 je prikazan transformator lastne rabe 21/6.3 kv. Z rdečo puščico je označena kupola na 6.3 kv strani transformatorja. Slika 3.4: Transformator lastne rabe T1 21/6.3 kv 37

51 3.2.2 Analiza rezultatov meritev in iskanje potencialnih vzrokov pregrevanja Za oceno stanja komponente ter za primerjavo rezultatov meritev s predhodnimi meritvami, potrebujemo poleg rezultatov meritev tudi podatke obratovalnih parametrov. Pri oceni stanja komponente na podlagi pregleda posnetih termogramov nas zanimajo tako velikost pregrevanja, kot tudi sama lokacija in izvor pregrevanja. Na sorniku skoznika 6.3 kv v fazi C, transformatorja T1, je bilo najdeno manjše puščanje olja. Po vizuelnem pregledu je bil izveden še termografski pregled skoznikov 6.3 kv v vseh treh fazah. Pregled transformatorja se je izvajal pri naslednjih obratovalnih parametrih: T navtija =70 C; T olja =57 C; T okolice =25 C; P T1 = 19,08 MW; Q T1 = 7,92 MVAr; I br 6.3kV = 1893 A. Na sliki 3.5 je prikazan termogram 6.3 kv skoznika transformatorja T1 v fazi C. Slika 3.5: Termogram in fotografija skoznika 6.3 kv transformatorja T1 v fazi C Na priključku na skoznik v fazi C (slika Ar1_T1C) je izmerjena visoka temperatura. V primerjavi z izmerjenimi temperaturami na priključkih v fazi B (slika Ar1_T1B) in v fazi A (slika Ar1_T1A), je izmerjena nadtemperatura ΔT > 15K. Iz termograma na sliki 3.5 je razvidno lokalno pregrevanje na skozniku. Najvišja temperatura je izmerjena na sorniku skoznika 6.3 kv. Temperatura kabelske priključnice je nižja od temperature sornika. Pri analizi termogramov in oceni stanja komponente je bila narejena primerjava termogramov (slika 3.8) skoznika 6.3 kv transformatorja T1 v fazi C, s termogramom 38

52 skoznika 6.3 kv transformatorja T2 v fazi A. Na transformatorju T2, ki je enak kot T1, je bilo v preteklosti že ugotovljeno pregrevanje skoznika 6.3 kv v fazi A. Vzrok za pregrevanje je bil slab vijačni spoj kabelske priključnice na priključku na sornik na zunanji-zračni strani skoznika. Pri primerjavi obeh termogramov iz slike 3.8 je bilo ugotovljeno, da se razporeditev najvišjih izmerjenih temperatur zelo razlikuje, kar kaže na drugi tip okvare. Pri analizi termograma iz slike 3.5 je nemogoče razbrati, ali je izvor pregrevanja na sorniku skoznika na zunanji-zračni strani skoznika ali na priključku fleksibilov na sornik znotraj transformatorja. Priključek fleksibilov na sornik znotraj transformatorja je potopljen v transformatorskem olju in ima dober odvod toplote. Na sliki 3.6 je prikazan termogram 6.3 kv skoznika transformatorja T1 v fazi B. Slika 3.6: Termogram in fotografija skoznika 6.3 kv transformatorja T1 v fazi B Na sliki 3.7 je prikazan termogram 6.3 kv skoznika transformatorja T1 v fazi A. Slika 3.7: Termogram in fotografija skoznika 6.3 kv transformatorja T1 v fazi A 39

53 Na sliki 3.8 levo je prikazan termogram 6.3 kv skoznika faze A transformatorja lastne rabe T2, desno je prikazan termogram 6.3 kv skoznika faze C transformatorja lastne rabe T1. Slika 3.8: Primerjava termogramov - pregrevanje skoznikov T2 in T1 Pri analizi termogramov in oceni stanja komponente je bilo na podlagi primerjave termogramov iz slike 3.8 ugotovljeno, da obstaja velika verjetnost, da je izvor lokalnega pregrevanja sornika 6.3 kv skoznika na priključku fleksibilov na sornik v notranjosti transformatorja. Puščanje olja na skozniku T1 6.3 kv v fazi C je posledica pregrevanja sornika skoznika. V primeru, da je izvor lokalnega pregrevanja v notranjosti transformatorja, je izmerjena nadtemperatura ΔT > 15K na priključku skoznika na zunanji-zračni strani skoznika lahko znak za zelo resno okvaro v notranjosti transformatorja. Kadar je izvor pregrevanja na priključku fleksibilov na skoznik znotraj transformatorja, je temperatura na izvoru pregrevanja nekajkrat višja od izmerjene temperature na skozniku na zunanji-zračni strani transformatorja.vzrok za tako razliko je boljši odvod toplote na izvoru pregrevanja, ker je le ta potopljen v transformatorskem olju, ki zagotavlja dober odvod toplote. Ker je na podlagi analize termograma iz slike 3.5 in primerjave termogramov iz slike 3.8 obstajala verjetnost, da je izvor pregrevanja v notranjosti transformatorja, je bilo na sestanku vodstva vzdrževanja sklenjeno, da je potrebno izvesti še preiskave trnasformatorskega olja. Odvzet je bil vzorec transformatorskega olja iz T1 in izvedeni sta bili plinsko-kromatografska ter tekočinsko-kromatografska preiskava olja, ki nista zaznali nobenih motenj v notranjosti transformatorja. 40

54 Predstavniki elektrarne so obiskali inštitut, ki izvaja kontrolo olja na transformatorjih. Posredovane so bile ugotovitve, da je za sproščanje plinov v olju potrebna temperatura višja od 300 C. Če je vzrok za pregrevanje v notranjosti transformatorja, je ta napaka verjetno prisotna že od samega začetka obratovanja. Na potencialnem mestu napake ni visokih temperatur, ker bi jih v nasprotnem primeru analize zaznale. Analize plinov od začetka obratovanja T1 niso kazale na nobeno odstopanje, tudi v primerjavi z analizami plinov transformatorja T2 ne. Pri obeh transformatorjih so bila opažena enaka nihanja merjenih vrednosti, ki so povezana z obratovalnimi pogoji. Opravljen je bil obisk v tovarni proizvajalca transformatorja, kjer je bilo predstavnikom proizvajalca transformatorjev predstavljeno pregrevanje na skozniku T1 v fazi C iz slike 3.5 in primerjava termogramov pregrevanj skoznikov na T1 in na T2 iz slike 3.8. Tudi predstavniki proizvajalca so se na podlagi prikazanih rezultatov analize termogramov strinjali, da obstaja verjetnost za slab spoj in močno pregrevanje v notranjosti transformatorja. Pregledana je bila tovarniška dokumentacija priključitve skoznika. Iz dokumentacije je razvidno, da so notranji spoji fleksibilov na sornik skoznika lotani in deloma tudi vijačni. Ugotovljeno je bilo, da se skoznik, na katerem je prisotno pregrevanja, lahko zamenja brez odpiranja pokrova transformatorja. Za poseg je potrebno breznapetostno stanje v trajanju osem ur. Dogovorjen je bil način sanacije pregrevanja. Opravljen je bil tudi tehnični posvet s predstavniki tovarne energetskih transformatorjev, ki je izvedla obnovo transformatorja. Ugotovljeno je bilo, da obstaja velika verjetnost za pregrevanje v notranjosti transformatorja, ki je verjetno posledica slabega lota fleksibilov na sornik skoznika. Podan je bil sum, da je slab spoj nastal že v fazi izdelave transformatorja, vendar ta slab spoj še ni bil zaznan. Da bi spoj popustil, bi se morala razvijati toplota večja od 500 C. Ocenjeno je bilo, da transformator lahko obratuje, vendar pod poostreno kontrolo olja in ob pogostejših termografskih pregledih. Predlagano je bilo, da se pripravi rezervni skoznik z nalotanimi fleksibilnimi povezavami, ki se naj zamenja ob prvi zaustavitvi elektrarne. Z namenom pravočasnega odkritja morebitnih nenadnih porastov temperature vroče točke, in da bi v primeru potrebe pravočasno izklopili transformator, so se termografski pregledi 41

55 izvajali s povečano frekvenco. Pri vsaki meritvi so bili odčitani obratovalni parametri kot so temperatua okolice, temperatura olja, temperatura navitja ter bremenski tok. Vrednosti obratovalnih parametrov so za vsako meritev prikazani v tabeli 3.1. Pri vsaki termografski meritvi so bili posneti in analizirani termogrami. Izmerjene nadtemperature (razlika najvišjih izmerjenih temperatur na priključkih 6.3 kv skoznikov v fazah C in B) so za vsako termografsko meritev prikazane v tabeli 3.1, v stolpcu z oznako ΔT C-B [ C]. Pri analizi rezultatov termografskih meritev v povezavi z obratovalnimi podatki transformatorja T1, ki so prikazani v tabeli 3.1, je bilo ugotovljeno, da ima obremenitev velik vpliv na velikost pregrevanja transformatorja. Ugotovljeno je bilo, da ima na znižanje velikosti pregrevanja največji učinek razbremenitev transformatorja, saj pregrevanje na slabem spoju narašča s kvadratom toka. Višja temperatura pa pospešuje degradacijo tesnila in posredno povečuje puščanje olja. Sprememba obremenitve transformatorja že za 100 A se na velikosti pregrevanja občutno pozna. Na predlog vodstva vzdrževanja je vodstvo obratovalnega osebja elektrarne sprejelo odločitev, da se razbremeni transformator lastne rabe T1 v največji možni meri in do sanacije mesta pregrevanja bolj obremeni transformator lastne rabe T2. Tabela 3.1: Obratovalni podatki transformatorja T1 in rezultati termografskih meritev na 6.3 kv skoznikih v fazah C in B T okolice [ C] T navitja [ C] T olja [ C] T maxc@(ε= 0.9) [ C] I br 6.3kV [A] ΔT C-B [ C] , , , , , , , , , , , , , , ,5 Na sliki 3.9 je prikazan trend pregrevanja 6.3 kv skoznika na transformatorju T1 v fazi C v povezavi z velikostjo bremena, temperaturo okolice, temperaturo olja ter temperaturo navitja. 42

56 Temperatura [ C] Tokolice [ C] Tnavitja [ C] Tolja [ C] Tmax C [ C] ΔT C-B [ C] Tok bremena na 6.3 kv strani [A] Slika 3.9: Trend pregrevanja 6.3 kv skoznika v fazi C na transformatorju T1 T okolice predstavlja temperaturo zraka v okolici transformatorja podano v C, T navitja predstavlja na transformatorju odčitano temperaturo navitja podano v C, T olja predstavlja na transformatorju odčitano temperaturo olja podano v C, T max C predstavlja najvišjo s termokamero izmerjeno temperaturo na priključku skoznika v fazi C pri kompenzaciji izmerjene navidezne temperature s faktorjem emitivnosti ε=0.9, ΔT C-B predstavlja izmerjeno nadtemperaturo (razliko najvišjih izmerjenih temperatur na priključkih 6.3 kv skoznikov v fazah C in B). Iz grafa na sliki 3.9 je razvidno, da sprememba obremenitve transformatorja ne vpliva bistveno na spremebo temperature navitja in temperature olja. Temperaturi navitja in olja zelo sledita spremembam temperature zraka v okolici transformatorja. Na velikost pregrevanja priključka skoznika 6.3 kv v fazi C bistveno vpliva sprememba obremenitve transformatorja, manj pa na velikost pregrevanja priključka skoznika vpliva sama spremeba temperature zraka v okolici transformatorja. Na podlagi vseh rezultatov meritev in pridobitvi tehniških mnenj ter priporočil, so bile do sanacije pregrevanja izvedene sledeče akcije: dnevno spremljanje puščanja olja, razbremenitev transformatorja kolikor je mogoče, 43

57 maksimalno hlajenje transformatorja vklopljene so bile vse hladilne enote, izvedba IR termografije dvakrat mesečno, izvedba plinsko-kromatografska kontrole olje enkrat mesečno, nabava novega skoznika s priključki in naročilo storitve za zamenjavo skoznika, menjava skoznika ob opaženem poslabšanju ali pri ustavitvi elektrarne. Ob poostrenem nadzoru obratovanja transformatorja T1 ni do prve zaustavitve elektrarne prišlo do povečanja puščanja olja ali do povečanega pregrevanja na skozniku Sanacija pregrevanja in meritve po izvedenem vzdrževalnem posegu Ob prvi zaustavitvi elektrarne je bila izvedena tudi sanacija pregrevanja in puščanja olja na 6.3 kv skozniku transformatorja lastne rabe T1 v fazi C. Vzrok za puščanje olja je bilo poškodovano tesnilo, ki je bilo zamenjano z novim. Na sliki 3.10 je prikazana razlika med novim in poškodovanim tesnilom. Na sliki 3.10 levo je poškodovano tesnilo 6.3 kv skoznika transformatorja T1 po zamenjavi, na sliki 3.10 desno je novo nepoškodovano tesnilo. Izvedena je bila tudi sanacija pregrevanja na sorniku skoznika. Slika 3.10: Primerjava med poškodovanim in novim tesnilom Pri demontaži degradiranega skoznika je bilo najdeno mesto pregrevanja. Vzrok za pregrevanje je bil poškodovan navoj na zračni strani sornika 6.3 kv skoznika in posredno povečana prehodna upornost med sornikom in kabelsko priključnico. Poškodba je nastala 44

58 pri nepravilni montaži kabelske priključnice na sornik skoznika. Na sliki 3.11 je prikazana kabelska priključnica s poškodovanim navojem. Slika 3.11: Kabelska priključnica s poškodovanim navojem Po izvedeni sanaciji puščanja olja in pregrevanja na sorniku skoznika je bil izveden ponovni termografski pregled. Na sliki 3.12 levo je prikazan termogram skoznika 6.3 kv v fazi C. Na sliki 3.12 desno je prikazan termogram skoznika 6.3 kv v fazi B. Slika 3.12: Termograma skoznika T1 v fazah C in B po sanaciji pregrevanja Termografski pregled transformatorja v sklopu testa po vzdrževanju se je izvajal pri naslednjih obratovalnih parametrih: T navtija =56 C; T olja =41 C; T okolice =6 C P T1 = 20,67 MW; Q T1 = 9,47 MVAr; I br 6.3kV = 2091 A 45

59 Pri analizi posnetih termogramov 6.3 kv skoznikov transformatorja T1 v fazah B in C, ki sta prikazana na sliki 3.12, je bilo ugotovljeno, da so izmerjene temperature na 6.3 kv skozniku transformatorja T1 v fazi C, padle na običajne vrednosti. Pri analizi nepričakovanega dogodka je bilo ugotovljeno, da sta različna vzroka pregrevanja razlog za drugačno razporeditev temperatur na termogramih, prikazanih na sliki 3.8, posnetih pri pregrevanju 6.3 kv skoznikov T2 v fazi A in T1 v fazi C. V primeru pregrevanja skoznika T2 v fazi A je bil vzrok za pregrevanje slab vijačni spoj kabelske priključnice na priključku na sornik na zunanji-zračni strani skoznika. Pri pregrevanju skoznika T1 v fazi C je bil vzrok za pregrevanje poškodovani navoj sornika skoznika na mestu, ko je le ta privit v kabelsko priključnico. Ugotovljeno je bilo tudi, da je bil sum za morebitno pregrevanje spoja sornika skoznika v notranjosti transformatorja utemeljen in opravičen, saj je sornik narejen iz zelo dobro toplotno prevodnega materiala. Zato je na posnetem termogramu pregrevanja skoznika T1 v fazi C iz slike 3.5 nemogoče določiti mesto izvora pregrevanja. Ker je obstajala možnost, da je izvor pregrevanja v notranjosti transformatorja, je bilo pred vzdrževalnim posegom vse pripravljeno, da bi v najkrajšem možnem času izvedli sanacijo spoja tudi znotraj transformatorja in bi bil morebiten izpad elektrarne čim krajši. V predstavljenem primeru ni bilo potrebe po sanaciji pregrevanja v notranjosti transformatorja in je bil vzdrževalni poseg zato lažji, krajši in cenejši. 3.3 PREDLOGI ZA IZBOLJŠAVE Med večletnim izvajanjem termografskih pregledov na elektrarni so bile zaznane pomanjkljivosti pri izvajanju meritev s termokamero. Novo vgrajena oprema, ki je zamenjava za staro dotrajano opremo, je pogosto take izvedbe, da med obratovanjem ne dovoljuje odpiranje vrat omar z električno opremo. Tako je onemogočeno izvajanje termografskih pregledov. Prav tako med obratovanjem zaradi konstrukcijske izvedbe stikalnih celic ni mogoče pregledovanje 6.3 kv odklopnikov. Kar nekaj elektrarn je v preteklosti poročalo o težavah na odklopnikih zaradi pregrevanja. 46

60 Rešitev je v instalaciji inšpekcijskih IR oken, ki omogočajo, sicer z okni omejen, a varen pregled takih naprav. Termografski pregled z uporabo IR oken je predstavljen na sliki Slika 3.13: Uporaba inšpekcijskih IR oken [9] Inšpekcijska IR okna Inšpekcijska IR okna so zgrajena iz materialov, ki prepuščajo IR sevanja. Ustrezati morajo tudi vsem ostalim konstrukcijskim zahtevam, enako kot naprave, na katere so IR inšpekcijska okna nameščena. Poznamo veliko materialov, ki so prosojni za svetlobo, takih, ki pa prepuščajo IR sevanje in so primerni za izdelavo IR inšpekcijskih oken pa je malo. Materiali, ki so prosojni za IR sevanje, so germanij (Ge), cinkov selenid (ZnSe), barijev florid (BaF 2 ), kalcijev florid (CaF 2 ), safir ter nekatere zelo tanke plastike. Na sliki 3.14 je prikazan spekter prepustnosti nekaterih materialov za IR sevanje v odvisnosti od valovne dolžine. 47

61 Prepustnost 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Sapphire CaF2 BaF2 ZnS ZnSe 0, Valovna dolžina [µm] Slika 3.14: Spekter prepustnosti za IR sevanje v odvisnosti od valovne dolžine [9] Pri termografskih pregledih komponent skozi inšpekcijska IR okna moramo upoštevati, da prepuščajo samo del sevanja opatovanega objekta. Zato moramo prepustnost izmeriti za vsako okno posebej. Da dobimo dejansko temperature merjenca, moramo izmerjeno navidezno temperaturo kompenzirati s faktorjem prepustnosti IR okna. Prepustnost pa se žal spreminja tudi s časom. Zato jo je potrebno obdobno kontrolirati. Kontrolo izvajamo s kalibrirano termokamero in s kalibriranim virom IR sevanja. Slaba stran uporabe IR oken je ta, da imamo z okni omejeno vidno polje. Zmanjšano vidno polje z uporabo inšpekcijskih IR oken je prikazano na sliki To slabo lastnost inšpekcijskih IR oken moramo upoštevati pri vgradnji le teh. Vgraditi moramo zadostno število inšpekcijskih IR oken in jih namestiti tako, da skozi vgrajena inšpekcijska IR okna lahko z IR kamero vidimo vse dele opreme, katere želimo imeti pod nadzorom. Na sliki 3.15 je shematsko prikazano, kako inšpekcijska IR okna zmanjšajo vidno polje termokamere pri termografskih pregledih komponent. 48

62 Slika 3.15: Prikaz zmanjšanega vidnega polja zaradi uporabe IR oken [11] Na tržišču je kar nekaj proizvajalcev inšpekcijskih IR oken. Nekateri izdelujejo tudi taka, ki zadovoljujejo visoke standarde in izpolnjujejo vse zahtevane kriterije in so dovoljena za vgradnjo v nuklearni ter petrokemijski industriji, kjer so zahteve po zanesljivem delovanju zelo visoke. Predlaga se, da se na električne naprave, kjer je izvajanje termografskih pregledov na običajen način nemogoče, ali je to prenevarno, vgradijo ustrezna inšpekcijska IR okna. Tako bo posredno povečana tudi obratovalna varnost in zanesljivost. 49

63 4 DETEKCIJA POŠKODB ROTORJEV ASINHRONSKIH ELEKTROMORJEV MED OBRATOVANJEM Na primeru iz prakse je predstavljena uporaba metode odkrivanja napak rotorjev večjih izmeničnih asinhronskih elektromotorjev. Poškodbe kratkostične kletke rotorjev asinhronskih elektromotorjev se ugotavljajo z merjenjem in analizo električnega toka z uporabo FFT analize izmerjenega električnega toka. Ta metoda nam služi za zgodnje odkrivanje mehanskih poškodb rotorjev, ne da bi bilo potrebno komponento ustaviti, razstaviti in vizualno pregledati ter izvesti dimenzijske meritve vseh njenih sestavnih delov. Na konkretnem primeru je predstavljen praktičen način analize izmeničnega električnega toka asinhronskih elektromotorjev. Podani so potrebni kriteriji za oceno stanja kratkostične klatke rotorjev asinhronskih elektromotorjev, s čimer dobimo enega izmed pokazateljev stanja elektromotorjev v sklopu napovednega vzdrževanja. 4.1 OPIS MERILNE METODE Predstavitev metode detekcije poškodb rotorjev z analizo izmerjenega električnega toka Metoda je povzeta po opisu iz literature [7] in [8]. Za izvedbo meritev in analize potrebujemo ustrezno merilno pripravo z možnostjo FFT analize izmerjenih veličin. Asinhronski elektromotor mora biti med meritvijo najmanj 70% obremenjen. Za spremljanje in trendiranje stanja elektromotorja je potrebno meritve opraviti vsaj vsakih šest mesecev. Zaželeno je, da je ena meritev izvedena takoj po remontnem posegu. Meritev toka se izvede neposredno na dovodu elektromotorja ali pa na dovodu indikatorja toka, pri čemer je potrebno upoštevati prestavno razmerje tokovnega merilnega transformatorja. 50

64 Električni tok je potrebno izmeriti v vseh treh fazah. Neuravnoteženost med posameznimi fazami ne sme presegati 3% [6]. Možni vzroki za neuravnoteženost med tokovi so: eden ali več kratkih stikov v statorskem navitju, kratki stiki v statorskem paketu, slabi spoji priključkov. Priporočljive osnovne nastavitve zajema podatkov za FFT analizo električnega toka so: frekvenčno okno: Hz, ločljivost: 1600 linij ali več, okno: Hanning FFT analiza izmerjenega toka močnejših elektromotorjev Najprej je potrebno napraviti posnetek električnega toka in izvesti FFT analizo v frekvenčnem področju od 0 do 100 Hz. Nato izračunamo frekvenco odmika po [7]: ( ) (4.1) Kjer je: p število polovih parov f odm frekvenca odmika f sin sinhronska frekvenca f dej frekvenca rotorja elektromotorja Stanje elektromotorja se oceni na osnovi izračuna (4.2) [7]: { } (4.2) Kjer je: F L amplitudna vrednost pri frekvenci f = 50 Hz, F od amplitudna vrednost pri frekvenci f = (50 f odm ) Hz. 51

65 Za pravilno oceno stanja elektromotorja po zgornjem izračunu mora biti pri zajemanju podatkov uporabljeno Hanningovo okno. Za spremljanje stanja elektromotorja (trendiranje) je potrebno dobljene vrednosti primerjati s predhodnjimi. V tabeli 4.1 so prikazani kriteriji sprejemljivosti in predvideni korektivni ukrepi, ki so zapisani v (4.2). Tabela 4.1: Kriteriji sprejemljivosti pri FFT analizi električnega toka elektromotorjev in priporočeni korektivni ukrepi [7] [db] Ocena stanja kratkostične kletke Priporočen poseg > 60 izvrstno nič dobro nič srednje trendiraj povečana predhodna upornost, razvijajoča se razpoka rotorske palice pogosteje trendiraj ena ali dve palici sta prekinjeni izvedi dodatni test vibracij več počenih/prekinjenih palic popravilo ob prvi priložnosti < 30 več počenih/prekinjenih palic popravilo ob prvi priložnosti Ocena stanja kratkostične kletke rotorjev asinhronskih elektromotorjev se izvede na podlagi izračuna po (4.2) in kriterijev sprejemljivosti iz tabele 4.1. V tabeli 4.1 so podani tudi priporočeni ukrepi za določeno stanje kratkostične kletke rotorjev asinhronskih elektromotorjev. Vrednost db predstavlja izvrstno stanje kratkostične kletke rotorja in za tako stanje ni potreben vzdrževalni ukrep. Povečana pozornost velja rotorjem asinhronskih elektromotorjev, pri katerih so vrednosti med db in db. Tako stanje rotorjev zahteva pogostejše meritve. Pri takih rotorjih se pojavljajo razvijajoče se razpoke na eni ali več palicah kratkostične kletke. Vrednosti izračuna med db in db pomenijo, da sta pri takih rotorjih prekinjeni ena ali dve palici kratkostične kletke. Tako stanje rotorja zahteva še dodatne meritve vibracij. Vrednosti izračuna > 36 db pomenijo, da je počenih več palic kratkostične kletke. Tako stanje rotorjev zahteva popravilo ob prvi priložnosti. 52

66 4.2 PRIMER ODKRITJA POŠKODBE ROTORJA IZ PRAKSE Indikacija poškodbe kratkostične kletke rotorja V nadaljevanju je prikazano odkritje poškodbe kratkostične kletke rotorja štiri polnega elektromotorja, moči 75 kw za pogon ventilatorja, z nazivnim številom vrtljajev n n =1448min -1 ; f sin =1500min -1 = 25 Hz; f dej =1448min -1 = Hz. Pri rednih obdobnih meritvah električnega toka pomembnejših elektromotorjev so bile pri elektromotorju za pogon moči 75 kw izmerjene naslednje vrednosti: U L1 = V; f = 50Hz; I L1 = A U L2 = V; f = 50Hz; I L2 = A U L3 = V; f = 50Hz; I L2 = A Iz izmerjenih vrednosti je bilo ugotovljeno, da znaša neuravnoteženost med posameznimi fazami manj kot 1%. Frekvenco odmika se izračuna po (4.1): ( ) ( ) Izračun karakteristične frekvence harmonika toka (f kar ), na kateri je pričakovan porast amplitudne vrednosti (F od ), kadar pride do poškodbe kratkostične kletke rotorja, je določena s (4.3): ( ) (4.3) Za naš primer znaša karakteristična frekvenca harmonika toka ( ) 53

67 Za veliko število štiri polnih asinhroskih motorjev je karakteristična frekvenca harmonika toka f kar, kadar pride do poškodbe kratkostične kletke rotorja v pasu 47.5 Hz Hz. Prvi grobi kazalec, da je prišlo do degradacije kratkostične kletke rotorja elektromotorja, je spremljanje trenda električnega toka v frekvenčnem pasu 47.5 Hz Hz. Kadar pride do degradacije je opazen skokovit porast. Na sliki 4.1 je prikaz trenda električnega toka asinhronskega elektromotorja v pasu med 47.5 Hz in 48.7 Hz (indikacija velikosti poškodbe kratkostične kletke). Viden je skokovit porast v maju 2009, kar je bil pokazatelj, da je prišlo do poškodbe rotorja. Za samo oceno stanja poškodbe rotorja pa je potrebno narediti izračun po (4.2). Z analizatorjem je bil posnet spekter električnega toka v frekvenčnem področju od 0 do 100 Hz in izvedena analiza. Odčitani sta bili amplituda električnega toka pri frekvenci f=50 Hz (F L ) in amplituda frekvence harmonika električnega toka pri frekvenci f kar =48.26 Hz (F od ). Na sliki 4.2 je prikazan spekter električnega toka asinhronskega elektromotorja v fazi L 3 pri frekvenci f =50 Hz z izmerjeno vrednostjo F L = A. Na sliki 4.3 pa je prikazan spekter električnega toka asinhronskega elektromotorja v fazi L 3 pri frekvenci f kar =48.25 Hz, z izmerjeno vrednostjo F od = A. 54

68 Na prikazanem trendu električnega toka asinhronskega elektromotorja v frekvenčnem pasu med 47.5 in 48.7 Hz je v maju 2009 viden skokovit porast. Po izračunu ocene stanja rotorja je bilo ugotovljeno, da sta počeni dve ali več palic kratkostične kletke. Izdano je bilo priporočilo, da se izvaja čim manj zaustavitev in zagonov elektromotorja z namenom, da se minimizirajo povečane termalne obremenitve rotorja. Izvajale so se meritve električnega toka s povečano frekvenco. Iz trenda lahko vidimo, da se amplitudne vrednosti niso veliko spreminjale. Proti koncu leta 2010 je opaziti izrazito znižanje vrednosti toka v frekvenčnem pasu med 47.5 in 48.7 Hz. Razlog za to je zamenjava poškodovanega rotorja z novim. Po zamenjavi rotorja z novim lahko iz trenda vidimo, da elektromotor obratuje stabilno in nima novih poškodb rotorja. Slika 4.1: Trend električnega toka elektromotorja v pasu Hz 55

69 Slika 4.2: Spekter toka elektromotorja (F L = A) 56

70 Slika 4.3: Spekter toka elektromotorja (F od = A) 57

71 Poleg toka frekvence 50 Hz sta vidna izrazitejša bočna pasova Hz in Hz ter njuni harmoniki, kar je znak poškodbe kratkostične kletke. Izračun ocene stanja kratkostične kletke (po 4.2) znaša: Analiza rezultatov meritev Iz prikazanega trenda električnega toka je evidenten porast toka na frekvenci, karakteristični za probleme kratkostične kletke asinhronega motorja F od. Opaziti je izrazit porast v maju Najvišja izmerjena/izračunana vrednost znaša 37 db, kar je zelo blizu vrednosti 36 db, kjer se že v skladu s kriteriji sprejemljivosti iz tabele 4.1 priporoča posegpopravilo ob prvi priložnosti. Komponenta v takem stanju lahko še naprej obratuje, toda ob minimalnem številu zagonov (zmanjšanje termalnih obremenitev rotorja). Pri naslednjem planiranem vzdrževalnem posegu je potrebno planirati sanacijo stanja. Do sanacije pa je potrebno povečati frekvenco merjenja in analize električnega toka elektromotorja. Z upoštevanjem kriterijev sprejemljivosti iz table 4.1 so bili predlagani sledeči ukrepi. Pri naslednjem planiranem vzdrževalnem posegu (remontu) se priporoča kontrola integritete kratkostične kletke (vizualni pregled, dimenzijska kontrola, meritve upornosti, gretje s tokovi, induktivno gretje rotorja ter termografske meritve). Na sliki 4.4 je prikazana fotografija poškodovanega rotorja asinhronskega elektromotorja moči 75 kw. Na sliki 4.4 je lepo vidno, da so štiri palice kratkostične kletke rotorja počene. 58

72 Slika 4.4: Poškodovane palice kratkostične kletke rotorja elektromotorja 75 kw Prikaz rezultatov meritev po sanaciji poškodbe rotorja Pri pregledu komponente med remontom 2010 so bile najdene prekinjene štiri palice kratkostične kletke rotorja elektromotorja. Elektromotor je bil zamenjan z novim, poškodovan rotor pa je bil poslan na obnovo. Po zamenjavi elektromotorja z novim, so bili med testom po vzdrževanju posneti električni tokovi elektromotorja v vseh treh fazah ter posnet spekter. Z analizatorjem je bil posnet spekter električnega toka v frekvenčnem področju od 0 do 100 Hz in izvedena analiza. Odčitani sta bili vrednosti električnega toka pri frekvenci 50 Hz F L = A in toka pri frekvenci Hz F od = 0,076 A. Na sliki 4.5 je prikazan spekter električnega toka elektromotorja v fazi L 3 pri frekvenci f =50 Hz z izmerjeno vrednostjo F L = A. Na sliki 4.6 je prikazan spekter električnega toka elektromotorja v fazi L 3 pri frekvenci f kar =48.44 Hz, z izmerjeno vrednostjo F od = 0,076 A. Izračun ocene stanja kratkostične kletke po (4.2) znaša: Po kriterijih za oceno stanja kratkostične kletke iz tabele 4.1 lahko ocenimo, da je nov rotor elektromotorja v stanju odlično brez poškodb. 59

73 Slika 4.5: Spekter toka elektromotorja (F L = A) 60

74 Slika 4.6: Spekter toka elektromotorja (F od = A) 61

75 4.2.4 Ugotovitve Za vse elektromotorje večjih moči, ki poganjajo pomembne naprave za zagotavljanje varnega in zanesljivega obratovanja postrojev, je potrebno izvajati sistematične redne obdobne meritve in analize električnega toka. Na podlagi kriterijev sprejemljivosti podanih v tabeli 4.1 lahko ocenimo stanje rotorjev vseh pomembnejših elektromotorjev. Za celovito stanje vseh rotacijskih komponent, pa je poleg meritev in analize električnega toka potrebno izvajati tudi redni nadzor stanja mehanskih veličin z meritvami vibracij. Meritve vibracij se lahko trajno izvajajo s sistemi za nadzor in diagnostiko vibracij, ali se meritve vibracij izvajajo ročno in se potem analizirajo s programskimi orodji. Pogostokrat dobimo pravo sliko dejanskega stanja komponent šele s primerjavo dobljenih rezultatov obeh metod. Za popolnejšo sliko in oceno stanja komponent je potrebno izvajati še redne obdobne termografske meritve ter vzpostaviti ustrezen nadzor olj in maziv. Rezultati rednih meritev vseh metod skupaj, nam dajo celovito oceno stanja komponente. 4.3 PREDLOGI ZA IZBOLJŠAVE Merjenje električnega toka elektromotorjev se izvaja s tokovnimi kleščami priključenimi na analizator. Meritev se izvaja neposredno na energetskem dovodu elektromotorja ali pa na dovodu amper metra, pri čemer moramo upoštevati prestavno razmerje tokovnega merilnega transformatorja. Meritev neposredno na energetskem dovodu se običajno izvaja v kontrolnih napajalnih centrih. Z odpiranjem vrat napajalnega centra se poruši bariera, ki ščiti osebe pred dotikom delov pod napetostjo ter pred električnim oblokom. Zato je pri izvajanju takih del potrebno uporabljati osebno zaščitno opremo. Minimalni komplet za izvajanje takih del so elektrikarske zaščitne rokavice, elektrikarski delovni čevlji z izolacijskim podplatom, delovna obleka ter čelada z vizirjem. Osebje, ki izvaja tovrstna dela, mora biti ustrezno usposobljeno, zaščitna oprema pa mora imeti certifikate o ustreznosti in mora biti pred vsako izvedbo takih del tudi ustrezno pregledana in preizkušena. V ZDA in Kanadi je za delo v bližini napetosti nad 600 V obvezna uporaba posebne zaščitne opreme. Zaradi delovnih nezgod in zaradi velikih odškodninskih zahtevkov poškodovanih delavcev so z 62

76 ustreznimi zakoni predpisali uporabo posebne zaščitne opreme (čevlji, rokavice, negorljiva delovna obleka, skafander z zatemnjenim vizirjem), ki je predstavljena na sliki 4.7. Slika 4.7: V ZDA predpisana zaščitna oprema za delo v bližini napetosti nad 600 V Uporaba takega zaščitnega kompleta delavca varuje pred udarom električnega toka in pred električnim oblokom, ki nastane v primeru kratkega stika. Zaščitna oprema je razdeljena po varnostnih razredih, odvisna pa je od izračunane energije, ki se sprosti pri električnem obloku. Zaradi visoke cene kompleta zaščitne opreme delodajalci običajno predpišejo uporabo in nabavijo zaščitno opremo najvišjega varnostnega razreda, ki je potrebna za varno izvedbo del na vseh delodajalčevih strojih in napravah. Na ta način si znižajo stroške in ne kupujejo komplete zaščitne opreme za vsak varnostni razred posebej. Slaba stran uporabe tovrstne zaščitne opreme je, da delavce oprema pri delu ovira ter da se delavci pri delu močno potijo, pri tem se jim zarosi vizir in imajo zato slabši pregled nad deloviščem. V primeru, da se meritve električnega toka izvajajo na dovodu amper metra, pa obstaja potencialna nevarnost, da delavec pri merjenju toka s tokovnimi kleščami prekine tokovno vejo tokovnega merilnega transformatorja in pri tem doživi udar električnega toka. Iz industrijske prakse so znane težke delovne nesreče s smrtnimi izidi, katerih vzrok je bil udar električnega toka zaradi prekinitve tokovne veje tokovnega merilnega transformatorja. 63