Microsoft Word - 01.doc

Транскрипт

1 UDC: : ORIGINALNI NAUČNI RAD PROAKTIVNO ODRŽAVANJE HIDROTURBINSKE OPREME PRIMENOM 01DB-METRAVIB ONEPROD KONCEPTA PROACTIVE MAINTENANCE OF HYDRAULIC TURBINES USING 01DB-METRAVIB ONEPROD CONCEPT Dr Hotimir Ličen, redovni profesor, dipl. inž. maš. Mr Ninoslav Zuber, asistent, dipl. inž. maš. UVOD Vodene turbine predstavljaju kapitalna energetska postrojenja za proizvodnju električne energije sa najmanjim proizvodnim troškovima proizvedene električne energije po MW električne snage. Upravo sa tog aspekta, visoka raspoloživost takve opreme, koja se često nalazi u eksploataciji i više od 40 godina, predstavlja prevashodan zadatak. ABSTRACT Hydraulic turbines are huge energetic facilities for producing electricity with minimal production costs per one MW of power. Therefore a high level of reliability of equipment, which is sometimes older than 40 years, is a must. Radni uslovi vodene turbine (opterećenje, nivo vode u akomulaciji, klimatske i atmosferske prilike i sl.) često diktiraju zastoje u proizvodnji i vremena koja stoje na raspolganju za korektivne akivnosti. Raniji koncepti koji su bili zasnovani na čisto subjektivnim praćenju stanja opreme imali su za posledicu održavanja do loma sa svim negativnim implikacijama koje ovaj pristup nosi. Napredak u održavanju prestavljalo je implementiranje principa po vremenskom resursu koji je i danas zastupljen u najvećem broju slučajeva. Nedostaci ovoga se ogledaju kako u operativnim tako i u finansijskim slabostima. Ukoliko intervali zastoja, koji su najčešće diktirani spoljnim uslovima, nisu optimalno postavljeni intervencije ne mogu biti optimalne; i konačno, na bazi čega planirati korektivne mere? Ukoliko su intervali zastoja postavljeni mnogo kraće nego što je srednje vreme do otkaza komponente koja se prati, vreme zatoja i novac utrošen za servis i delove su potpuno nepotrebni. Sa duge strane, periodični zastoji koji su postavljeni u suviše dugim intervalima nose rizik da dođe do otkaza sa dalekosežnim posledicama. Ovo se često javlja u praksi čak i onda kada se vrše periodična merenja i provere stanja! Pažljivo odabran i implementiran sistem moitornga može pomoći hidro operateru da izbegne područja rada u zonama gde vibracije ili kavitacija mogu dovesti do trajnih oštećenja sistema. Pored toga, sistem omogućuje vrlo rano otkrivanje potencijalnih oštećenja, mesta i vrste grešaka, planiranje zastoja, potrebnih aktivnosti, potrebnih delova, ljudske resurse, troškove, itd Sl. 1 Prikaz monitoringa sa zaštitom nivoa 1 Sl. 2 Prikaz monitoringa sa zaštitom nivoa 2 TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ ) 3

2 MERENJE VRSTA OTKAZA I POTREBNO MERENJE Minimalni sistem Standardni sistem Preporučeni sistem MEHANIČKI DEBALANS VIBRACIJA VODEĆEG LEŽAJA (BACANJE) AKSIJALNI LEŽAJ. DBLJINA ULJNOG FILMA TEMPERATURA VODEĆEG LEŽAJA TEMPARATURA AKSIJALNOG LEŽAJA DETEKTOR FAZE (IMPULS PO OBRTAJU) VIBRACIJA POKLOPCA TURBINE ZAZOR U GENERATORU (AIR GAP) VIBRACIJA KUČIŠTA STATORA GENERATORA TEMPERATURA GENERATORA PROCESNE VELIČINE VARNIČENJE GENERATORA POZICIJA GLAVNOG ZASUNA ZAZOR ZAPTIVNOG PRSTENA ELEKTRIČNI DEBALANS HIDRAULIČNI DEBALANS KRITIČNE RADNE ZONE OTKAZ SMIČUĆE OSOVINICE NESAOSNOST (NE1X) KAVITACIJA ZAPTIVNI PRSTEN VELIKE VIBRACIJE TURBINE PREOPTEREĆENJE LEŽAJA ZAMOR LEŽAJA NEDOVOLJNA ZAPTIVENOST LEŽAJA OŠTEĆENA IZOLACIJA STATORA VIBRACIJE NAMOTAJA U STATORU POMERANJE ROTORSKOG PRSTENA POMERANJE JEZGRA STATORA NERAVNOMERAN ZAZOR STATORA EKSCENTRIČAN STATOR/ROTOR KONCENTRIČAN STATOR/ROTOR SAVIJANJE STATORA LABAVE ŠIPKE STATORA NEURAVNOREŽENE SILE U ZAZORU STATORA ZAČEPLJENO HLAĐENJE STATORA BLOKIRANI VODOVI VENTILACIJE STATORA PREGREJANI NAMOTAJI STATORA Tabela 1. Pregled mogućih otkaza na postrojenju i odgovarajućih dijagnostičkih parametara (mernih veličina) 4 TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ )

3 Slika 1. daje prikaz ponašanja postrojenja u vremenu. Sa porastom vremena, postrojenje sledi crvenu krivulju i ukoliko nakon dostizanja alarmnog nivoa zaštite ne uslede korektivne mere, posle određenog vremena dolazi do otkaza (nivo opasnosti). Neadekvatno postavljeni alarmni nivoi u velikoj meri mogu da utiču na pouzdanost rada sistema. Kod kontinualnog (permanentnog ON-LINE) monitoringa sistema, koncepcija praćenja je bitno drugačija. Zahvaljujući dijagnostici promena stanja i vsta promene, odn. tip greške se uočava u najranijem stadijumu, što omogućuje da se korektivne mere primene na vreme i pod najpovoljnijim okolnostima, čime se bitno utiče na preostali radni vek. Slika 2 daje prikaz monitoringa i zaštite nivoa 2. Prikazan sistem u velikoj meri omogućuje da se u prvom redu poveća vreme odlučivanja odn. da se zastoji predviđeni za korektivne mere prilagode operativnim i tehničkim uslovima. Prednosti ovog pristupa su evidentne. Sa druge strane na sistem se postavljaju zahtevi da broj veličina koje se moraju meriti i anlizirati bude značajan, i da se obuhvate svi parametri koji su opretivno relevantni. Slika 3. Šematski prikaz 01dB-Metravib OneproD integrisanog sistema Slika 4. Različitost u primeni OneproD koncepta TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ ) 5

4 Konkretno, u slučaju zaštite i monitoringa hidroturbinskih postrojenja u On-line režimu u nivou 2 a primenom OneproD filozofije, koristi se OneproD MVX višekananalni merni sistem podržan OneproD XPR V3 dijagnostičkim ekspertskim softverom na način prikazan slikom 5. Slika. 5 Gruba arhitektura monitoring sistema: turbine koja se prati, standardno korišćeni senzori, OneproD MVX dijagnostički akvizicioni sistem i OneproD dijagnostički softver O samom OneproD MVX sistemu: OneproD-MVX je modularni monitoring sistem u 8, 16, 24 i 32-kanalnoj varijanti (u jednom kućištu). Njegove superiorne mogućnosti simultane akvizicije na svim kanalima, u kombinaciji sa programiranjem različitih radnih režima i definisanje vrste akvizicije i alarmnih vrednosti za svaki radni režim čini sistem izuzetno moćnim rešenjem za monitoring i online dijagnostiku svih kompleksnih rotirajućih mašina. OneproD-MVX omogućuje prihvat svih vrsta senzora vibracija (ICP akcelerometri, davači brzine, proximity probe za monitoring relativnih vibracija na hidrodinamičkim kliznim ležajevima, senzori temperatura, senzori stanja ulja (prisustvo metalnih opiljaka, prisutvo vode i kiselina /TAN/...) kao i procesnih veličina (naprezanja, pritisaka, el. struje, el. napona...i sl.). OneproD-MVX uključuje veliki broj različitih onboard (analiza u samom mernom sistemu nije potreban download na PC i postprocesno sračunavanje vibracionog parametra) procesiranja primenljivih kroz 6 TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ )

5 različite tehnike monitoringa i tehničke vibrodijagnostike nad kotrljajnim i kliznim ležajevima: sumarni nivoi (RMS, peak, peak-peak...), uskopojasni parametri (narrow band), širokopojasni parametri (broad band), Crest, Kurtosis parametar, Defect faktor ležajeva, Smax, frekventni spektri, vremenski zapisi, zumirani spektri, envelopni spektri... Recorder modul omogućuje snimanje dugih vremenskih signala za naknadnu analizu harmonijskih redova (snimanje zaletanja i usporenja turbine). Konfiguracija OneproD-MVX sistema se izvodi na licu mesta ili udaljeno (iz kontrolne sobe ili korišćenjem interneta) primenom uključenog softvera OneproD CSM. Za realtime prikaz svih aktivnih kanala i svih definisanih parametara na kanalima OneproD-MVX sistem koristi OneproD-XPR (napredna vibrodijagniostika) ili OneproD-VIO (Viewer) softver. Komunikacija OneproD-MVX sistema sa kontrolnim PC-om ili PLC-om se ostvaruje preko RS485 ili Ethernet-a. Zahvaljujući pre svega, postojanju mogućnosti uslovne akvizicije i komunikacije preko Ethernet-a, MVX sistem se može primeniti kao: 1. Merni sistem za uslovnu akviziciju i monitoring vibracija 2. Merni sistem za samostalni monitoring 3. Merni sistem za monitoring udaljenih (remote) mašina 4. Merni sistem za superviziju vibracija i procesnih parametara na mašinama Arhitektura povezivanja MVX sistema i opreme koja se štiti od vibracija može biti raznolika a na donjim slikama su prikazane samo neke od mogućih: Slika 6. Daljinski monitoring više mašina Slika 7. Monitoring više mašina i prikaz trenutnih vrednosti na kontrolnom računaru TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ ) 7

6 Slika 8. Online dijagnostika više mašina uz akviziciju procesnih parametara i prikaz na kontrolnom računar Slika 9. Lokalna i udaljena online dijagnostika više mašina uz akviziciju procesnih parametara i prikaz na kontrolnom računaru 8 TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ )

7 Merenje Akvizicija Senzor Vibracije vodećeg ležaja (bacanje) Merenjem vibracija na vodećim ležajevima turbine i generatora, moguće je detektovati razne vrste otkaza poput: kritičnih zona rada, razne vrste debalansa, greške smičuće osovinice, problemi ležaja Debljina uljnog filma u aksijalnom ležaju Velike jedinice mogu imati masu i reko 1000 tona, gde se sav teret oslanja na aksijalan ležaj. Nedostak adekvatnog uljnog filma dovodi do brzog propadanja. Kod ovih ležaja noseći elementi su instrumentirani proximity sondama koje mere debljinu uljnog filma sa sa Proximity sonda uperena prema osovini; X-Y konfiguracija Po jedna proxy sonda po segmentu ležaja smaknuta za 90 stpeni radijalno; kod jedinica preko 100MW, po 4 sonde (smaknute za po 90 stepeni) Temperatura vodećeg ležaja Temperatura ležaja može da indicira prbleme u vezi sa debljinom uljnog filma, preopterećenje, zamor ležaja ili nedovoljno podmazivanje Temperatura aksijalnog ležaja Temperatura ležaja može da indicira prbleme u vezi sa debljinom uljnog filma, preopterećenje, zamor ležaja ili nedovoljno podmazivanje Detektor faze Proxy sonda uperena na zarez ili ispupčenje na osovini služi za tačno merenje broja obrtaja, praćenje harmonika ili kao referenca položaja za turbinu ili generator (air gap) Vibracije poklopca turbine U pojedinim uslovima rada dolazi do pojave kavitacije, što dovodi do oštećenja turbine, razaranja materijala, povećanja gubitaka i preveremenih zastoja. Kavitacija se može pratiti merenjm ubrzanja na poklopcu potisnog voda i naknadnomoradom signala definisati uslove za izbegavanje tih kritičnih radih uslova Zazor u generatoru (air gap) Posebni kapacitivni senzori na obimu statora mere zazor izmedju statora i delova rotora. Mernje zazora je značajno jer je stator fleksibilan sklop koji može da se deformiše ili izgubi saosnost. Sistem ima mogućnost merenja trentnog zazora, min. Max. Ili osrednjen zazor u odnost na referntni pol. sa sa RTD ili termopar, jeedan senzor po nosećem segmentu RTD ili termopar, jeedan senzor po nosećem segmentu Proxy sonda obično postavljena kod gornjeg vodećeg ležaja. Zarez na rotoru se obično postavlja prema referenci na rotoru (na pr. #1 pol generatora) Akcelerometar Air gap senzor, 4 kom. po statoru ako je prečnik manji od 7.5m; 8 senzora ako je prečnik veći od 7.5m; senzora ako je prečnik veći od 12m TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ ) 9

8 Vibracije kućišta statora Vibracije kučišta generatora može dovesti do mikropomeranja i oštećenja izolacije namotaja. Neravnomeran zazor u generatoru takodje dovodi do vibracija. Merenje vibracija može da otkrije prbleme tog tipa pre nego što nastupi havarija Temperatura generatora Temperaturni senzori su postavljeni u uloške u statoru, vazušnom hladnjaku, vodenom hladnjaku, itd., i daju informaciju o stanju statora. Posavljaju se alarmne vrednosti za temperaturne nivoe. Procesne varijable Opterećenje, reaktivno opterćenje, napon i struja pobude, napon i struja generatoa, pritisak ulja, nivo vode u zabranu,...itd. su samo nki parametri koji se mogu pratiti u sklopu monitoringa stanja postrojenja Parcijalno razelektrisanje generatora Predstavlja mala varničenja u zazorima visokog napona i može da ukaže na oštećenja u namotajima. Time se omogućuje pravovremeno planiranje zastoja pre katastrofalnih ispada opreme. Položaj zasuna Praćenje položaja zasuna daje informaciju o protoku; u sprezi sa ostalim veličinama poput vibraija ležaja, nivoa vode, opterećenja, i sl. Nestabilnosti rada mogu biti uočene i izbegnute. Položaj zaptivnog prstena/zazor lopatica Francis-ove, Kaplanove i propelerne turbine koriste zaptivni prsten radi smanjenja gubitaka. Tarne površine dovode do trenja kod ekstermnih deformacija osovine. Ovo se javlja često kod pokretanja turbine Niskofrekventni senzor vibracija (brzina, ubrzanje) postaljen na spoljno kučište generatora RTD ili termopar Bilo koji senzor industrijskog standarda sa strujnim ili naponskim izlazom Posebni kapacitivni senzori Davač pomaka, induktivni ili LDVT Proxy senzori prilagođeni podvodnoj primeni Tabela 2. Potrebna hardverska konfiguracija za različita merenja 10 TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ )