SANACIJA IN IZVAJANJE FUNKCIONALNIH PREIZKUSOV NA … · V so bili na HE Boštanj vgrajeni novejši materiali z boljšimi karakteristikami, nastale pa so tudi nove konstrukcijske

MARKO KENIG

SANACIJA IN IZVAJANJE FUNKCIONALNIH

PREIZKUSOV NA GENERATORJIH

HE BOŠTANJ

Krško, november 2010

I

Magistrsko delo



HE BOŠTANJ

Študent: Marko Kenig

Študijski program: MAG Energetika

Mentor: red. prof. dr. Andrej Predin

Somentor: red. prof. dr. Iztok Potrč

Krško, november 2010

II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Andreju Predinu

za pomoč in vodenje pri opravljanju dela. Zahvaljujem

se tudi komentorju red. prof. dr. Iztoku Potrču za pregled

magistrskega dela.

Posebna zahvala velja druţini, ki me je ves čas spodbujala

in stala ob strani v času študija.

Zahvala Termoelektrarni Brestanica, ki mi je omogočila

šolanje.

IV



HE BOŠTANJ

Ključne besede:

Sinhronski generator, rotor,statorski paket, stator, navitje, hlajenje, turbina, vzbujanje

UDK: 621.311-253(043.2)

POVZETEK

V svetu in predvsem v Evropi, je predvideno povečanje deleža energije pridobljene iz

obnovljivih virov. Zaradi tega je bila v Evropski uniji sprejeta direktiva, po kateri mora

Slovenija iz sedanjih 8,5% energije povečati na 25 % energije iz obnovljivih virov. V

obnovljive vire štejemo tudi energijo iz hidroelektrarn. Voda je edini naravni vir, ki ga je v

Sloveniji v izobilju, potrebno pa bi ga bilo bolje izkoristiti. Reke Drava, Soča z Idrijco so

že zadovoljivo izkoriščene, ostane pa še veliko možnosti za izkoriščenje na reki Savi in

Muri.

Na reki Savi je predvidena izgradnja verige hidroelektrarn od Most do meje s Hrvaško, ki

bo poleg hidroelektrarn na Dravi predstavljala glavni vir slovenskega elektroenergetskega

sistema.

Prva v verigi spodnje Save je tako bila zgrajena hidroelektrarna Vrhovo, ki se je začela

graditi leta 1987 uporabno dovoljenje pa je dobila 1997. Po nekaj letih pa so bile zgrajene

še hidroelektrarna Boštanj in hidroelektrarna Blanca. Trenutno je v fazi gradnje tudi

hidroelektrarna Krško. Med izgradnjo HE Vrhovo in HE Boštanj, je preteklo 15 let, zato

V

so bili na HE Boštanj vgrajeni novejši materiali z boljšimi karakteristikami, nastale pa so

tudi nove konstrukcijske rešitve. Nove rešitve pa lahko pripeljejo tudi do neljubih

dogodkov, ki so se pojavili na HE Boštanj in so opisani v naslednjih poglavjih.

V uvodnem poglavju je predstavljena hidroelektrarna Boštanj, predvsem s stališča

pomembnejših komponent, ki so potrebne za obratovanje takšnega objekta. Večji poudarek

je na elektro komponentah.

V drugem poglavju se dotaknemo problematike odkrivanja napak na generatorju. Zaradi

napak, ki so se nam na prvi pogled zdele zanemarljive oziroma minimalne, smo se morali

temeljito poglobiti v konstrukcijske, tehnološke in sistemske rešitve, da smo ugotovili zakaj

je do napak prišlo. Na osnovi ugotovljenih vzrokov so v nadaljevanju opisani postopki in

predlagani ukrepi za sanacijo statorja generatorja. Prikazane so rešitve prve sanacije in

nato še rešitve druge sanacije generatorja. Pri sanacijah smo morali narediti tudi

določene spremembe na ostalih sistemih, kot so vodenje in obratovanje agregata.

V naslednjem poglavju so prikazani končni rezultati sanacije in ocena ali je bila sanacija

uspešna.

Po vsaki izvedeni sanaciji je bilo potrebno ponovno preskusiti glavne sisteme agregata.

Izvedba funkcionalnih preizkusov in sam potek je opisan v naslednjem poglavju.

V zaključku pa so strjene misli sanacije agregata in ali je smiselno vedno težiti k uporabi

najnovejših materialov in postopkov.

VI

RECONSTRUCTION AND IMPLEMENTS OF

FUNCTIONAL TESTS AT GENERATORS

OF HPP BOŠTANJ

Key words:

Synchronous generator, rotor, stator core, stator, winding, cooling, turbine, excitation

UDK: 621.311-253(043.2)

ABSTRACT

The world and especially in Europe, is projected increase in the proportion of energy

derived from renewable resources. It was adopted by the European Union directive, after

which Slovenia has 8.5% of current energy increased to 25% of energy from renewable

sources. The renewable energy source is also energy from hydropower plants. Water is the

only natural resource in Slovenia in abundance, but need to be better used. Drava river,

river Soča with Idrijca are already sufficiently exploited, but much remains to exploit

opportunities on the river Sava and Mura.

The river Sava is provided for the construction of hydropower plants chain from Moste to

the border with Croatia, which will in addition represented the main source of Slovenian

power system.

The first hydropower plant in a chain of lower Sava river was hydropower plant Vrhovo.

After a few years they have been built hydropower plant Boštanj and Blanca. Currently, is

in the phase of civil works hydropower plant Krško.

VII

Between HPP Vrhovo and HE Boštanj pass 15 years, and in HPP Boštanj were later

incorporated materials with better characteristics, and there were also created new design

solutions. New solutions can also lead to disadvantages of events that occurred on HPP

Boštanj and are described in the following sections.

In the introductory chapter is presented HPP Boštanj, especially from the viewpoint of the

major components needed to operate. Major emphasis is placed on electrical components.

The second chapter tackles the problem of detecting faults on the generators. Because of

errors, that we at first glance seem insignificant or minimal, we thoroughly study the

structural, technological and systemic solutions that we find out why the error occurred.

Based on the identified causes, the procedures are described below and the proposed

measures for the rehabilitation of the generator stator. Solutions of the first and second

rehabilitation are shown. Between rehabilitation, we also need to make some changes in

other systems, such as the control and operation of the generator.

The next chapter presents the final results and assessment of rehabilitation and it tell us if

rehabilitation was successful.

The main generator systems has been carried out to re-test after each rehabilitation.

Implementation of functional tests is described in the next chapter.

In conclusion is presented if the rehabilitation was successful and is it wise to always

strive to use the latest materials and processes.

VIII

VSEBINA

POVZETEK ................................................................................................................ IV

ABSTRACT ................................................................................................................ VI

UPORABLJENI SIMBOLI ...................................................................................... VIII

UPORABLJENE KRATICE .................................................................................... XIII

1. UVOD ........................................................................................................................... 1

1.1 Hidroelektrarna Boštanj ............................................................................................. 2

1.2 Izbira tipa turbine in generatorja ............................................................................... 4

1.3 Določitev nazivne in specifične vrtilne hitrosti turbine............................................. 6

1.4 Izračun moči turbine .................................................................................................. 7

1.5 Izračun makismalne pobeţne vrtilne hitrosti ............................................................. 7

1.6 Nazivna moč generatorja ........................................................................................... 8

1.7 Strojnica HE Boštanj ................................................................................................. 9

1.8 Prelivna polja ........................................................................................................... 10

1.9 Tehnični podatki hidroelektrarne Boštanj ............................................................... 12

1.10 Enopolna shema elektrarne in priključek na omreţje .......................................... 13

1.11 Izmenična lastna poraba elektrarne ..................................................................... 16

1.12 Razvod enosmerne napetosti 110 V DC .............................................................. 17

1.13 Krmiljenje in vodenje agregata............................................................................ 19

1.14 Koncept vodenja agregata ................................................................................... 23

1.15 Zaščita agregata ................................................................................................... 25

1.16 Sinhronski generatorji HE Boštanj ...................................................................... 26

1.17 Stator in izvodi .................................................................................................... 27

1.18 Rotor .................................................................................................................... 30

1.19 Hlajenje generatorja ............................................................................................. 32

1.20 Izračun hlajenja generatorja................................................................................. 34

1.21 Turbina ................................................................................................................ 37

1.22 Hladilni sistem turbine ........................................................................................ 39

1.23 Hladilni sistem turbinske tesnilke ....................................................................... 40

1.24 Mazanje leţajev ................................................................................................... 42

IX

1.25 Digitalni turbinski regulator ................................................................................ 42

1.26 Vzbujalni sistem .................................................................................................. 43

1.27 Digitalno krmiljenje in napetostna regulacija ...................................................... 46

1.28 Avtomatski regulator napetosti (AVR)................................................................ 47

1.29 Procesor sekvenčne avtomatike: .......................................................................... 47

2. Sanacija generatorjev na HE Boštanj ...................................................................... 48

2.1 Preverjanje ustreznosti izvedbe, materialov in dokumentacije ............................... 48

2.2 Kronološki pregled glavnih dogodkov na agregatih................................................ 49

2.3 Okvara generatorja G3............................................................................................. 52

2.4 Nadzor kvalitete v tovarni ....................................................................................... 56

2.5 Ugotavljanje napake na generatorju v postopku demontaţe ................................... 57

2.6 Ugotovitve med demontaţo statorja generatorja ..................................................... 60

Med demontaţo statorja so bile ugotovljene še naslednje pomanjkljivosti in sicer: ....... 60

2.7 Spremembe pri prvi sanaciji generatorja 2 .............................................................. 61

2.8 Izvedba funkcionalnih preizkusov po prvi sanaciji ................................................. 62

2.9 Druga sanacija agregata 2 in izvedene spremembe ................................................. 62

2.10 Končni rezultat sanacije generatorja 2................................................................. 65

2.11 Sanacije ostalih generatorjev ............................................................................... 66

3. IZVAJANJE FUNKCIONALNIH PREIZKUSOV ............................................... 67

3.1 Vodja zagonskih preizkusov .................................................................................... 68

3.2 Odgovorni preizkuševalec ....................................................................................... 68

3.3 Nadzor preizkusov ................................................................................................... 68

3.4 Navodila za izvajanje preizkusov: ........................................................................... 69

3.5 Program preskusov lastne porabe prve faze ............................................................ 73

3.6 Program preskusov lastne porabe druge faze .......................................................... 74

3.7 Program preskusov SN stikališča 6,3 kV ............................................................... 75

3.8 Ukrepi za zanesljivo obratovanje ostalih sistemov.................................................. 76

4. SKLEP ........................................................................................................................ 77

X

5. VIRI, LITERATURA ................................................................................................ 79

5.1 Seznam upoštevanih tehničnih predpisov................................................................ 81

6. PRILOGE ................................................................................................................... 82

6.1 Seznam slik .............................................................................................................. 83

6.2 Seznam tabel ............................................................................................................ 84

6.3 Kratek ţivljenjepis ................................................................................................... 85

6.4 Naslov študenta ....................................................................................................... 87

XI

UPORABLJENI SIMBOLI

QN - Nazivni in maksimalni pretok skozi turbino

QMIN - Minimalni obratovalni pretok skozi turbino

Qi - Instalirani pretok elektrarne

KZV - Kota zgornje vode

KSV - Kota spodnje vode

∆H - Izguba padca v pretočnem traktu turbine od preseka tik pred

vstopno rešetko do preseka tik pred predvodilnikom ter

izgube na izstopu iz sesalne cevi.

Hbr - Bruto padec

Hn - Neto padec

nq, teor - Teoretična vrednost specifične vrtilne hitrosti

n - Nazivna vrtilna hitrost

ρ - Gostota vode

ηpl - Izkoristek turbine pri nazivnih parametrih

ηp2 - Izkoristek turbine, ko obratuje ena turbina s polnim

pretokom na maksimalnem obratovalnem neto padcu

Pn - Nazivna moč

Pmaks - Maksimalna moč

nf - Maksimalna pobeţna vrtilna hitrost turbine

nq - Specifična vrtilna hitrosti turbine

Sg - Navidezna moč generatorja

lnΔT - Srednja logaritemska temperaturna razlika

c - specifična toplota vode

XII

Nu - Nusseltovo število

Re - Reynoldsovo število

Pr - Prandtlovo število

- Kinematična viskoznost vode

v - Toplotna prevodnost vode

v - Hitrost vode v hladilnem plašču generatorja

A - Prerez hladilnega plašča generatorja

d' - Hidravlični premer

α - Toplotna prestopnost

s - Debelina stene plašča

∆l - Linearni temperaturni raztezek

r0 - Začetni polmer statorskega paketa

XIII

UPORABLJENE KRATICE

HE - Hidroelektrarna

HPP - Hydropower plant

EES - Elektroenergetski sistem

RTP - Razdelilna transformatorska postaja

AED - Kabelsko polje v 110 kV stikališču

-Qx - Oznaka odklopnega stikala

AET - Transformatorsko polje

ALAxx - Oznaka celic v 6,3 kV stikališču

ALM - Merilna celica

+BFA - Glavna razdelilna plošča 0,4 kV- splošni del

+BMA - Glavna razdelilna plošča 0,4 kV-nujni del

AC - Izmenična napetost

DC - Enosmerna napetost

+BTHx - Oznaka baterijskih omaric

+BTAx - Oznaka beterij

+BUBx - Glavni razvod enosmerne napetosti

SIMOCODE - Krmilni elementi

G1, 2, 3 - Generator 1, 2, 3

SN - Srednja napetost 6,3 kV

Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko

1

1. UVOD

Z razvojem gospodarstva narašča poraba vseh vrst energentov. V nekaterih delih sveta

energije ţe danes primanjkuje. Slovenija nima bogatih energetskih virov, letno pa poraba

narašča 2-3%. Premoga je vedno manj, nahajališč plina in nafte nimamo, moţnosti za

alternativne energetske vire (sončna in vetrna energija) so skromne. Tako največjo domačo

rezervo energetskih virov predstavlja hidroenergija. Z izgradnjo hidroelektrarn na spodnji

Savi, bi pridobili nekaj energije, vendar še vedno premalo, saj z eno hidroelektrarno

pridobimo le 1% letne porabe energije. Ker se taka hidroelektrarna gradi tri leta, bo

potrebno v prihodnosti zgraditi kakšen večji energetski objekt. Vendar z izgradnjo velikih

energetskih objektov, predvsem termoelektrarn, ne pridobimo samo energijo, temveč s tem

obremenjujemo tudi okolje. Hidroelektrarne pridobivajo energijo iz vode, ki je obnovljivi

vir in tudi v času proizvodnje ni pomembnih vplivov na okolje.

Izgradnja novih hidroelektrarn je pomembna predvsem zaradi dodatne proizvodnje

električne energije, doseţena je večja stopnja varnosti pred poplavami infrastrukture in

kmetijskih zemljišč, kakor tudi zaposlitev in oţivitev domače industrije med gradnjo,

predvsem iz strojegradnje in gradbene operative, malega gospodarstva ter visokih

strokovnih dejavnosti.

Slovenski elektroenergetski sistem (EES) ima na razpolago tri verige hidroelektrarn. Na

Dravi, Savi in na Soči. Hidroelektrarne so za sistemske storitve daleč najbolj ugodne.

Posebno vrednost v EES-u imajo akumulacijske elektrarne z večjo akumulacijo. S tem

tipom HE lahko sodelujejo v sistemskih regulacijah v dnevnem obsegu, ki ga povzroča

neenakomerna poraba električne energije (po urah dneva). Vse zgoraj navedene lastnosti

zelo pripomorejo k odločitvi izgradnje nove hidroelektrarne. In taka odločitev je bila tudi

pri izgradnji hidroelektrarn na spodnji Savi. Gradnja se je pričela s hidroelektrarno Boštanj,

končala pa se bo s hidroelektrarno Mokrice. Veriga bo zajemala pet hidroelektrarn.

Gradnja hidroelektrarne Boštanj se je pričela leta 2002 in je bila končana leta 2005. Ţe zelo

zgodaj obratovanja pa so se začele pojavljati napake, za katere ni bil znan vzrok. Za takšno

odkrivanje napak je bilo potrebno ponovno preučiti konstrukcijo statorja generatorja, na

katerem so te napake tudi nastale. Oblikovala je bila posebna skupina za sanacijo statorja

generatorja, katera je preučevala skupaj z dobaviteljem in montaţerjem razne izboljšave,


2

tako tehnološke kot tudi izboljšave samega uporabljenega materiala. Po sanaciji statorja je

sledil ponovni zagon agregata. Ponovno je bilo potrebno izvesti funkcionalne preizkuse, s

katerimi smo dokazali da je sanacija uspela in je agregat pripravljen za obratovanje.

V svojem delu bom predstavil hidroelektrarno Boštanj, postopek sanacije statorja

generatorja, ter postopek vodenja funkcionalnih preizkusov.

1.1 Hidroelektrarna Boštanj

HE Boštanj predstavlja prvo elektrarno planirane izgradnje verige HE na spodnji Savi po

koncesijskem principu, zato so cilji, ki naj bi jih z njeno izgradnjo dosegli, hkrati tudi del

ciljev, ki naj bi jih dosegli z izgradnjo celotne verige. Za izgradnjo verige HE na spodnji

Savi je zainteresirana drţava. Cilje, ki jih ţeli s tem doseči, je določila v Zakonu o pogojih

koncesije za izkoriščanje energetskega potenciala spodnje Save (ZPKEPS - Uradni list RS

št. 61/2000) v obliki pogojev, ki jih mora izpolniti koncesionar, in se nanašajo na naslednja

področja:

• vodni reţim in raba vode

• raba prostora in varstvo dobrin

• socialni vplivi ter

• izkoriščanje vodnega energetskega potenciala.

Jezovno zgradbo HE Boštanj predstavljajo strojnica, prelivna polja in priključna zgradba.

V strojnici, v kateri so trije cevni agregati s pripadajočo opremo, transformator in

stikališče, se v njej odvija tehnološki proces pretvorbe vodne energije v električno. Preliv,

ki ga sestavlja pet prelivnih polj opremljenih z segmentnimi zapornicami ima vlogo

reguliranja gladine v akumulacijskem bazenu in pretoka Save, poleg tega ima tudi izrazito

varnostno vlogo. Prelivna polja so na levem bregu Save priključena z nasutim platojem, ki

se nadaljuje v energetsko - vodnogospodarski nasip.

Hidroelektrarna Boštanj je s svojimi tremi agregati vključena v dvosistemski daljnovod, v

katerega je v smeri zahoda vključena HE Vrhovo in v smeri vzhoda RTP 110/20 kV

Sevnica. Priključek vzankanja iz HE Boštanj na daljnovod 2×110 kV Trbovlje - Sevnica je

izveden najprej po podzemni trasi z dvema kabelskima sistemoma 2×110 kV, izvedenima z

enofaznimi XLPE kabli s presekom 630 mm2, do novega daljnovodnega stebra, ter nato


3

prostozračno do obstoječega stebra. Povezava omogoča prenos električne energije od

proizvajalca v prenosno omreţje Elektro-Slovenija d.o.o..

Slika 1.1: Hidroelektrarna Boštanj


4

1.2 Izbira tipa turbine in generatorja

Predhodno je potrebno pridobiti podatke o pretokih in padcih, katere pridobimo iz

hidrološko in hidravlične študije.

Podatki za izračun:

Za določitev turbine so zelo pomembni podatki za nazivni, maksimalni in minimalni

pretok skozi eno turbino in skupni pretok skozi elektrarno, ki so na osnovi študije

hidravličnih razmer [5] za HE Boštanj in so naslednji:

QN= 166,7 … Nazivni in maksimalni pretok skozi turbino

QMIN=40 m3/s … Minimalni obratovalni pretok skozi turbino

Qi=500 m3/s… Instalirani pretok elektrarne

Za določitev turbine je pomemben neto padec, ki ga določimo na osnovi enačbe (1.1). Neto

padec turbine je močno odvisen od pretoka, zato pri določitvi turbine ne moremo govoriti

samo o enem padcu in eni moči turbine.

HN=KZV - KSV (Q) - ∆H (Q) = Hbr (m3/s Q) - ∆H (Q) [m] (1.1)

KZV [m n.m.] Kota zgornje vode

KSV (Q) [m n.m.] Kota spodnje vode

∆H [m] Izguba padca v pretočnem traktu turbine od

preseka tik pred vstopno rešetko do preseka tik

pred predvodilnikom ter izgube na izstopu iz

sesalne cevi.

Hbr [m] Bruto padec

Kota zgornje vode na HE Boštanj znaša 182,20 m n.m. Vrednost spodnje kote [5] pa je

odvisna od pretoka, ker se z večanjem pretoka zvišuje tudi spodnja kota vode, ki

posledično vpliva na padec. Odvisnost od pretoka je prikazana v tabeli 1.


5

Tabela 1.1: Kota spodnje vode v odvisnosti od pretoka

Skupni pretok elektrarne [m3/s] KSV po izgradnji HE Blanca [m n.m.]

0 174

40 174,02

100 174,05

166,7 174,10

333,3 174,30

500 174,60

Vrednost izgub padca v odvisnosti od pretoka je povzeta po hidravličnih podatkih [5] in so

naslednji:

∆H1 = 0,02 m … izgube padca pri pretoku 40 m3/s

∆H2 = 0,13 m … izgube padca pri pretoku 100 m3/s

∆H3 = 0,36 m … izgube padca pri pretoku 166,7 m3/s

Najpogostejši turbinski neto padec pri obratovanju vseh treh agregatov z nazivnim

pretokom je odločilen za določitev moči turbine in premera gonilnika ter znaša:

Hn,N = 182,20 -174,60 – 0,36 = 7,24 m

Maksimalni moţni obratovalni neto padec pri koti zgornje vode 182,20, pri maksimalnem

pretoku skozi eno turbino 166,7 m3/s in pri vrednosti kote spodnje vode iz tabele 1, je

padec naslednji:

Hn,maks = 182,20 -174,60 – 0,36 = 7,24 m

Maksimalni statični padec pri koti zgornje vode 182,20 in vrednosti kote spodnje vode pri

0 m3/s je:

Hmaks = 182,20 -174,60 = 8,2 m

Na osnovi zgornjih podatkov se lahko določijo osnovni parametri turbine.


6

1.3 Določitev nazivne in specifične vrtilne hitrosti turbine

Nazivno in specifično vrtilno hitrost turbine, v odvisnosti od nazivnih vrednosti neto padca

in pretoka turbine, določimo na osnovi izračunov. Specifična vrtilna hitrost [6] je

sistemsko število in je podobno za geometrijsko podobne gonilnike. Teoretična vrednost

specifične vrtilne hitrosti izračunamo po enačbi (1.2) iz literature [7]:

Na osnovi te vrednosti določimo nazivno vrtilno hitrost turbine po enačbi:

Najbliţja sinhronska vrednost vrtilne hitrosti za turbino in generator znaša nn=107,14 min-1

Dejanska specifična vrtilna hitrost turbine znaša:

Na osnovi dejanskega padca in izračunane dejanske specifične vrtilne hitrosti lahko iz

diagrama na sliki 2 odčitamo tip turbine. Tako dobimo, da je za HE Boštanj predvidena

cevna kaplanova turbina.

Slika 1.2: Diagram za določitev tipa turbine

(1.2)

(1.3)

(1.4)


7

1.4 Izračun moči turbine

Nazivno moč turbine izračunamo po enačbi:

ρ=999 [kg/m3] gostota vode

ηpl [/] izkoristek turbine pri nazivnih parametrih in po izkušnjah je za

podobne turbine ηpl=0,927

Maksimalno moč turbine izračunamo z maksimalnem obratovalnem padcu.

ηp2 [/] Izkoristek turbine, ko obratujem ena turbina s polnim pretokom na

maksimalnem obratovalnem neto padcu in po izkušnjah je za

podobne turbine ηp2 =0,94

1.5 Izračun makismalne pobežne vrtilne hitrosti

Maksimalno pobeţno vrtilno hitrost turbine (nf) dobimo s primerjavo maksimalnih

pobeţnih vrtilnih hitrosti ţe izvedenih turbin podobnih parametrov ter diagrama odvisnosti

razmerja nf/nN od specifične vrtilne hitrosti turbine nq in je to povzeto po literaturi [8]

Iz omenjenega diagrama ter izvedenih turbin podobnih parametrov dobimo za nq =313

razmerje med maksimalno vrednostjo vrtilne hitrosti turbine pri pobegu in nazivno vtilno

hitrostjo, ki znaša:

(1.5)

(1.6)

(1.7)


8

In od tod za dano vrtilno hitrost turbine 107,14 min-1

maksimalno pobeţno vrtilno hitrost:

nf =380 min-1

Maksimalna vrtilna hitrost turbine (nf) je pomemben podatek za dimenzioniranje turbine in

generatorja, kadar pri hitri razbremenitve agregata pride do pobega agregata in takrat se ne

sme vrtilna hitrost povečati tako, da bi šla preko maksimalne vrtilne hitrosti. Vrtilno hitrost

pri pobegu lahko zniţamo s hitrim turbinskim regulatorjem, vendar le delno, uspešneje jo

zmanjšamo z večjim vztrajnostnim momentom generatorja in s tem ugodno vplivamo

stabilnost agregata. Posebnost pri cevnih agregatih je ta, da strmimo k čim večjim

premerom stroja, iščemo pa optimum med hitrim turbinskim regulatorjem in premerom

stroja.

1.6 Nazivna moč generatorja

Navidezno moč generatorja določimo na osnovi obratovalnih stanj po enačbi 1.8.

Pri cevnih agregatih je zaradi prostorskih omejitev omejena tudi sposobnost proizvodnje

jalove energije tako, da v izračunu navidezne moči upoštevamo cosφ =0,95 in ocenjen

izkoristek ηg=0,97.

Pri obratovanju samo ene turbine doseţe tudi generator maksimalno navidezno moč in jo

izračunamo na osnovi maksimalne moči turbine:

Ko dobimo izračune, zaokroţimo moči navzgor. V primeru izračuna za HE Boštanj smo

upoštevali tudi rezervo, ki mora biti upoštevana zaradi večjega padce pred izgradnjo HE

Blanca. Tako znaša navidezna moč generatorja 14,5 MVA.

(1.8)


9

1.7 Strojnica HE Boštanj

Strojnica je v spodnjem delu, v katerem se nahajajo pretočni trakti agregatov. Kompletna

konstrukcija elektrarne je iz masivnega armiranega betona. V najniţji etaţi je nameščen

sistem drenaţ s črpalkami. Nad drenaţo je montaţna dvorana z ţerjavno progo. Streha

strojnice je izvedena z betonskimi PI nosilci.

Na gorvodni in dolvodni strani montaţne dvorane so prostori, kjer je nameščena elektro in

strojna oprema. Na juţni strani dvorane je montaţni plato in prostori glavne komande,

delavnice in pomoţni prostori.

V strojnici hidroelektrarne, ki je nameščena na desnem bregu Save je vgrajena preteţna

večina strojne opreme, ki jo sestavljajo turbinski agregati, pomoţni sistemi in mostni

ţerjavi. Osnovno strojno opremo predstavljajo trije cevni horizontalni agregati z gonilniki

Kaplanovega tipa.

Agregati (slika 1.3) so izvedeni s hruško nameščeno v pretočnem traktu, v kateri je

nameščen generator. Rotor generatorja je povezan preko dvojno uleţajene gredi s turbinski

gonilnikom. Turbina je sestavljena iz: 1. turbinska gred; 2. generatorski vodilni leţaj; 3.

turbinski vodilni leţaj; 4. nosilni leţaj (kombiniran radialno aksialni leţaj); 5. gonilnik

(štiri lopatice); 6. oljni razvodnik; 7. obloga gonilnika; 8. tesnilka gredi; 9. servomotor

vodilnika; 10. demontaţna prirobnica; 11. rotor generatorja; 12. mehanizem vodilnika;

13. prilagoditveni obroč.


10

Slika 1.3: Prerez horizontalnega cevnega agregata

1.8 Prelivna polja

Prelivna polja so prav tako narejena iz masivnega armiranega betona. Preliv sestavlja pet

prelivnih polj. V vsakem prelivnem polju (slika 1.4) je nameščena segmentna zapornica.

Za vsakim prelivom je podslapje s protinaklonom 5°, razbijači in zaključni prag. Prelivna

polja so dimenzionirana tako, da prelivajo 100-letno vodo tudi če je eno polje blokirano,

pri vseh odprtih poljih pa prevajajo 1000-letno vodo. V strugi Save med prelivnimi polji in

levim bregom je nasuta zemeljska priključna zgradba s platojem, na katerem se nahajata

deponiji pomoţnih zapornic za zapiranje prelivnih polj in podslapij.

Glavni sestavni del prelivnih polj so zapornice s hidravličnim pogonom, ki so tudi z

varnostnega vidika najbolj pomemben člen elektrarne. Od obratovanja zapornic je vezana

varnost tako jezovne zgradbe, kot prostora v vplivnem območju zajezitve. Na segmentnih


11

zapornicah so zaklopke, ki omogočajo regulacijo pretoka v primeru izpada agregatov in

prelivanje vode, ko so pretoki Save med 500 in 1000 m3/s. Skupna prelivna sposobnost

zaklopk je 500 m3/s, kar je enako instaliranemu pretoku elektrarne. Z zaklopkami je

omogočeno tudi prelivanje naplavin in prelivanje Save brez dviganja zapornic.

Za vzdrţevalna dela sluţi komplet pomoţnih zapornic. Pomoţne zapornice se vstavljajo s

pomočjo portalnega ţerjava, ki se premika po tirnicah vzdolţ celotnega preliva.

Slika 1.4: Prelivno polje


12

1.9 Tehnični podatki hidroelektrarne Boštanj

Tabela 1.2: Tehnični podatki

Instalirani pretok Qi

Hb pred izgradnjo HE Blanca

Hb po izgradnji HE Blanca

Moč pred izgradnjo HE Blanca

Moč po izgradnji HE Blanca

Srednja letna proizvodnja

Nazivna kota zajezitve

Koristna prostornina bazena

Dovoljena denivelacija

Velikost povodja

Srednji letni pretok

Srednji nizki pretok

Q100

Q1000

Št. agregatov

Tip turbine

Nazivni pretok skozi turbino

Minimalni pretok skozi turbino

Nazivni neto padec

Nazivna moč turbine

Maksimalni neto padec

Maksimalna moč turbine

Nazivna vrtilna hitrost

Pobeţna vrtilna hitrost

500 m3/s

8,44 m

7,60 m

36 MW

32 MW

115 GWh

182,20

1.167.000 m3

1 m

7194 km2

220,9 m3/s

60,4 m3/s

3210 m3/s

3960 m3/s

3

horizontalna dvojno regulirana

Kaplanova turbina

166,7 m3/s

40 m3/s

7,24 m

10.960 kW

9,62 m

14.770 kW

107.14 min-1

380 min-1


13

1.10 Enopolna shema elektrarne in priključek na omrežje

Pri HE Boštanj gre za hidroelektrarno s tremi agregati, vsak z močjo 14,5 MVA in

napetostjo 6,3 kV. Kot priključek na omreţje je na razpolago dvojni 110 kV daljnovod, ki

poteka od TE Trbovlje do TE Brestanica. Tako se HE Boštanj vzanka v 110 kV DV, ki se

na eni strani priključuje v RTP Sevnica, na drugi strani pa v HE Vrhovo. Ti dve osnovni

zahtevi sta ţe v prejšnjih fazah projektiranja dali osnove za določitev enopolne sheme.

Vzankanje je izvedeno z enoţilnimi kabli XLPE 630 mm2.

Za HE Boštanj je uporabljena enopolna shema z enojnim zbiralničnim stikom treh

agregatov na 6,3 kV zbiralke, od tam pa se izvede transformacija z enim transformatorjem

moči 40 MVA, 117/6,3 kV v 110 kV stikališče. To je vzankano z dvema kabelskima

priključkoma v 110 kV v omenjeni daljnovod .

Osnovna enopolna shema elektrarne je prikazana na sliki 1.5. Shema je risana tako, da se

agregati vrstijo v vrstnem redu od leve proti desni ( tako kot je standardna označitev,

gledano v smeri vode).

110 kV stikališče, GIS izvedbe, ima enojne zbiralke, oprema v odvodnih kabelskih poljih

je usklajena z zahtevami obratovalca omreţja ELES-a.

Odvoda, skupaj s kablom sta tokovno dimenzionirana za prenos, ekvivalenten prenosni

zmogljivosti daljnovoda, ki je opremljen z vodniki Al/Fe 240/40 - to je za 640 A. Kabelsko

polje, =AED 01 za smer Vrhovo in =AED 03 za smer Sevnica, je opremljeno z

zbiralničnim ločilnikom -Q1, odklopnikom -Q0 z odklopno zmogljivostjo 31,5 kA,

izhodnim ločilnikom -Q9 in hitrim izhodnim ozemljilnim ločilnikom -Q8. Vsa oprema

ima tokovno zmogljivost 2000 A. Z ločilnikom -Q91 je ločen tudi napetostnik. Vsi

ločilniki, razen hitrega, so tri poloţajni s poloţajem ozemljevanja posameznih segmentov

oklopljenega stikališča.

Transformatorsko polje (=AET02) je opremljeno podobno, le brez ločilnika pred

napetostnim transformatorjem. Pred transformatorjem so nameščeni odvodniki

prenapetosti .


14

Na 110 kV stikališče je priključen mreţni transformator moči 40 MVA, 117/6,3 kV, stik

YNd5, ki ima nevtralno točko neozemljeno in ščiteno z odvodnikom prenapetosti.

6,3 kV stikališče ima enojne zbiralke, na katere se priključujejo vsi trije generatorji s

celicami (+ALA01,02,03) z izvlačljivimi odklopniki za 1600 A in kratkostične

zmogljivosti 63 kA. Iz 6,3 kV zbiralk se napaja celica transformatorja lastne porabe

(+ALT04), ki je opremljena z ločilnim stikalom z varovalkami. Na zbiralke se priključuje

tudi merilna celica, ki ima vgrajena dva seta napetostnikov za potrebe sinhronizacije in

meritev (+ALM05) in posebna celica s transformatorjem za potrebe zemeljsko stične

zaščite zbiralk 6,3 kV (+ALM06). Pred prehodom zbiralk na mreţni transformator je v

same zbiralke za potrebe zaščite vgrajen set štiri jedrnih tokovnikov.(+ALT07)


15

Slika 1.5: Enopolna shema HE Boštanj


16

1.11 Izmenična lastna poraba elektrarne

Primarni vir je transformator moči 1000 kVA, 6,3/0,4 kV, ki je priključen na 6,3 kV

zbiralke, sekundarni vir je transformator moči 1000 kVA, 20/0,4 kV, ki se napaja iz

distributivnega 20 kV omreţja. Rezervni vir je diesel električni agregat moči 400 kVA, ki

v primeru izpada prvih dveh virov pokriva potrebe nujnih potrošnikov.

Glavni razdelilnik 0,4 kV lastne porabe (slika 1.6) ima tri sekcije enojnih zbiralk. Prvi dve

(+BFA, +BFB), ločeni z remontnim ločilnikom sta napajani iz primarnega oziroma

sekundarnega vira - transformatorja. Tretja sekcija (+BMA) je namenjena nujnim

potrošnikom in je ločena z vzdolţnim odklopnikom. V normalnem stanju je vzdolţna

ločitev vklopljena in celotni razdelilnik se napaja iz primarnega ali sekundarnega vira. V

primeru izpada primarnega vira se izvede avtomatski preklop na sekundarni, ob izpadu

obeh se izvede odklop vzdolţne ločitve, zagon diesel električnega agregata in vklop tega

na del zbiralk, ki napajajo nujne potrošnike. Nadaljnja razdelitev je izvedena do

podrazdelilcev, ki se nahajajo pri posameznih funkcionalnih skupinah ali potrošnikih. Tako

se podrazdelilci agregatov, podrazdelilec jezovnih naprav, kompresorjev in drenaţ lahko

napajajo zaradi redundance iz obeh sektorjev. Nekateri potrošniki pa se napajajo le iz

prvega, drugega ali tretjega sektorja.

Slika 1.6: Glavni razdelilnik 0,4 kV stikališče


17

1.12 Razvod enosmerne napetosti 110 V DC

Enosmerna napetost je bila izbrana na nivoju 110 V. Uporabljen je sistem dvojnih

usmernikov (slika 1.7) in dvojnih baterij (slika1.8), ki vsaka napaja svoj sektor v

normalnem obratovanju vzdolţno ločenih zbiralk glavnega razvoda enosmerne napetosti.

Iz tega se napajajo podrazvodi pri agregatih, pri hidravlični napravi za krmiljenje zapornic,

razvod v 110 kV stikališču ter razvod napajanja splošnih potrošnikov. Pomembni razvodi

so napajani redundantno iz obeh sektorjev ob uporabi zapornih diod. 110 V enosmerna

napetost je osnovna napetost za potrebe napajanja krmiljenja, zaščit, informatike in

aktuatorjev. Posamezne naprave si to napetost prilagodijo s transformacijo na potrebno

obratovalno napetost (npr. 24 V DC za potrebe krmiljenja in signalizacije).

Slika 1.7: Usmernika +BTL01 in +BTL02


18

Za napajanje lastne porabe enosmerne napetosti sta v uporabi dva napajalna sistema. Vsak

od obeh sektorjev glavnega razvoda se napaja iz svojega usmernika in vzporedno

priključene baterije. Obe bateriji sta hermetično zaprti, proizvajalca Hawker PowerSafe

2V275 kapacitete 550 Ah in zaradi izvedbe ne zahtevata posebne izvedbe prostora. Edini

pogoj je ustrezno zračenje in relativno konstantna temperatura ter temperaturno

kompenzirani usmernik. Nameščeni sta v ločenem prostoru, blizu usmernikov. Toleranca

odstopanja napetosti, ki jo dopuščajo potrošniki enosmerne napetosti znaša 110 V +10 % -

15 %. Bateriji sta vsaka preko enoţilnih kablov 2 NYY 1x70 po polu, priključeni na svojo

baterijsko omarico +BTH01 in +BTH02 in naprej do usmernika.

Osnovni podrazvodi so napajani dvostransko iz obeh sektorjev glavnega razvoda, ki sta v

normalnem obratovanju ločena. Na ta način se napajajo podrazdelilniki agregatov

(+1BUB01, +2BUB01 in +3BUB01), podrazdelilnik za skupne naprave elektrarne

+BUC01, podrazdelilnik jezovnih pogonov +BUC02, podrazdelilnika za 6,3 kV +BUL01

in 110 kV stikališče +BUD01. Razdelilnik za skupne naprave elektrarne +BUC01 je

namenjen za napajanje tehnoloških naprav v jezovni zgradbi, napajanje krmiljenja in

podobno.

Odvodi v podrazvodih so opremljeni z dvopolnimi zaščitnimi avtomati za enosmerni tok.

Nadzor izpada napajanja podrazvodov bo izveden s pod napetostnim relejem, signalizacija

izpada napajanja odcepov - tokokrogov pa s pomoţnimi kontakti zaščitnih avtomatov.

Na vsaki sekciji glavnega razvoda je izvedena kontrola zemeljskega stika. Da bo ta

kontrola učinkovita, je celoten enosmerni razvod izveden z dodanim PEN vodnikom.

Izklop napajanja posameznih podrazvodov je izveden z izklopom ustreznih zaščitnih stikal

na obeh sektorjih glavnega razvoda (=BUA01 in =BUA02).


19

Slika 1.8: Sistem baterij 2×275 Ah

1.13 Krmiljenje in vodenje agregata

Hidroelektrarna Boštanj je v celoti avtomatizirana in daljinsko vodena iz centra vodenja

Holdinga slovenskih elektrarn. Sistem vodenja (slika 1.9) na objektu predstavlja enovit

sistem za celoten objekt. Konfiguracija sistema vodenja temelji na sodobnih distribuiranih

sistemih. Distribucija je izvedena v treh nivojih:

1. Celotna funkcionalnost sistema vodenja je porazdeljena na posamezne tehnološke

sklope kot so:

Vodenje elektrarne kot celote

Vodenje posameznih agregatov

Vodenje pretočnih polj

Vodenje pomoţnih naprav elektrarne


20

2. V okviru tehnološkega sklopa se funkcije delijo na:

Centraliziran izveden nadzor sklopa (posamezni procesni krmilnik)

Distribuiran zajem podatkov

Distribuirano izvedeno krmiljenje specifičnih aktuatorjev

3. Posamezni aktuatorji (elektromotorni pogoni in nekateri ventili) so v lokalnem

reţimu avtonomno avtomatizirani s posebnimi zaščitno krmilnimi enotami.

Zaradi precejšnje poenostavitve sistema in povečanja njegove zanesljivosti je predvidena

uporaba procesnih komunikacij. Zaradi zdruţljivosti se zahteva uporaba standardnih

komunikacijskih protokolov, ki jih podpira veliko število proizvajalcev. Avtomatizacija

zahteva spremljanje vseh procesnih podatkov, ki tako ali drugače vplivajo na delovanje

postroja oz. njegovih delov.

Procesni podatki pogonov se zajemajo z inteligentnimi krmilno zaščitnimi moduli, za

zajemanje vseh drugih procesnih podatkov (npr.: temperature, lom čepov, poloţaji

ventilov, itd.) pa so na mestih njihove zadostne koncentracije dislocirane - distribuirane V/I

enote sistema vodenja. Omarice, v katerih so nameščene dislocirane V/I enote, so s

procesom povezane na klasičen način z oţičenjem. Povezava z nadrejenim krmilnikom pa

je izvedena preko procesne komunikacije.

Na nivoju pomembnejših tehnoloških sklopov (Agregati) je implementirano centralno

lokalno mesto krmiljenja z vmesnikom človek-stroj. V lokalni stikalnici elektrarne pa je

nameščena oprema za centralno vodenje objekta (SCADA).

Načrtovana porazdeljenost funkcij zahteva zmogljivo in zanesljivo komunikacijsko

infrastrukturo. Za ta namen se predvideva realizacija dveh vrst komunikacijskih omreţij.

Naprave prvega nivoja med seboj povezuje tehnološko komunikacijsko omreţje objekta

(PLANT LAN), medtem ko naprave drugega in tretjega nivoja povezuje procesno

komunikacijsko omreţje (PROCESS LAN).


21

Osnovne funkcije sistema vodenja agregata so:

1. Vodenje agregata kot celote v vseh reţimih delovanja, še posebej pa

a. izvajanje sekvenc zagona in zaustavitve

b. nastavitve moči

c. regulacijski algoritmi hlajenja

d. krmilni in regulacijski algoritmi, za vodenje pomoţnih naprav turbine in

generatorja

2. Ovrednotenje procesnih dogodkov, ki se nanašajo na

a. meritve temperatur (izračuni poprečja, omejitve,ipd.)

b. zaznavanje nepravilnih procesnih stanj (pojavi okvar, kot signali binarne

indikacije, ki proţijo ustrezna sporočila, ipd.)

c. zajem in obdelava meritev električnih veličin (izračuni trenutno razpoloţljivih

obratovalnih mej, razpoloţljivosti in pretoka na osnovi analognih meritev in

dvodimenzionalnih tabel z linearno interpolacijo, ipd.)

3. Izvajanje preprostih krmilnih algoritmov za krmiljenje pomoţnih elektromotornih

pogonov in ostalih aktuatorjev. Ti algoritmi načeloma temeljijo na izdajanju binarnih

komand na osnovi zaznanega procesnega stanja.

4. Interakcija s sistemi kot so:

a. Lokalni vmesnik človek-stroj (zaslon občutljiv na dotik z vizualizacijo

osnovnih funkcij in izdajo nastavitev)

b. Sistem za vizualizacijo v lokalni komandi elektrarne (komunikacija poteka po

tehnološkem omreţju objekta - PLANT LAN)

c. Sistem skupinskega vodenja elektrarne (komunikacija poteka po tehnološkem

omreţju objekta - PLANT LAN)


22

Slika 1.9: Konfiguracija sistema vodenja


23

1.14 Koncept vodenja agregata

Zasnova sistema vodenja HE je prilagojena današnjemu stanju tehnike, to je, za opremo

povezljivo s standardnimi Profibus komunikacijami, večinoma iz druţine Simatic. Izkušnje

iz obratovanja kaţejo, da v splošnem lahko zaupamo programirljivim avtomatom (PLC),

saj se problemi med obratovanjem pojavljajo predvsem zaradi slabo izbranih senzorjev ali

neprimerno izbranih tehničnih rešitev primarne opreme in nikakor zaradi opreme vodenja.

Računalniške komunikacije med posameznimi sklopi so postale nujen element pri

koncipiranju posameznega sklopa in ne le privesek k osnovni funkciji. Posamezni

dobavitelji opreme so spoznali, da ograjevanje z lastnimi protokoli ne vodi k uspehu, zato

so se tudi na področju procesne avtomatizacije pojavili neodvisni standardi. Uporaba teh

standardov omogoča preprostejše povezovanje sklopov različnih dobaviteljev. Hierarhija

vodenja in s tem posluţevanje naprav je predvideno preko naslednjih nivojev/načinov

krmiljenja:

1. nivo/način:

Krmiljenje posameznih aktuatorjev ročno neblokirano ali delno blokirano na lokalnem

nivoju in neodvisno od nadrejenega sistema vodenja.

2. nivo/način:

Blokirano krmiljenje posameznih avtomatiziranih sklopov. Na tem nivoju krmiljenja bo

mogoče zaganjati in zaustavljati posamezne avtomatizirane sklope, kot so hidravlični

sistem, hladilni sistem, vzbujalni sistem, sinhronizacija in podobno.

3. nivo/način:

Tretji nivo predvideva avtomatski sekvenčni zagon in zaustavitev agregata kot celote

(oprema človek/stroj je tu občutljiv zaslon na dotik), oziroma ustrezen krmilni panel s

povratno signalizacijo na nivoju pretočnih polj.


24

4. nivo/način:

Četrti nivo predvideva krmiljenje posameznih agregatov/pretočnih polj na nivoju

elektrarne. Avtomatski zagon in zaustavitev agregatov kot celote v okviru elektrarne oz.

vodenje HE kot enoagregatnega objekta (oprema človek/stroj je tu SCADA z ustreznimi

vmesniki za posluţevanje).

5. nivo/način:

Kot peti nivo se predvideva daljinsko krmiljenje iz CV.

Drugi in tretji nivo/način krmiljenja bosta izvedena preko zaslona občutljivega na dotik.

Izvajanje krmiljenja iz teh dveh nivojev bo moţno le v primeru korektno delujočega

sistema komunikacijskih povezav med posameznimi avtomatiziranimi sklopi agregata. Na

ekranu, občutljivem na dotik, se predvideva implementacija preglednega sistema procesnih

slik posameznih avtomatiziranih sklopov, preko katerih bo moţno izdajati komande in

spremljati obratovalno stanje.

Slika (slika 1.10) prikazuje konfiguracijo osnovne enote SIMOCODE z razširitvenim

modulom in panelom za lokalno upravljanje.

Slika 1.10: Druţina elementov SIMOCODE


25

Tovrstni elementi, kot so Simocode, se uporabijo kot končni krmilni elementi, ki

omogočajo popolno samostojno enostavnejše logično krmilje (poleg izračunavanja

različnih meritev, ipd.), neodvisno od nadrejenega krmilnika in sluţijo lahko tudi kot

manjša dislocirana enota za zajem zunanjih procesnih podatkov. Z uporabo tovrstnih

elementov in pridodanih V/I dislociranih enot se bistveno olajša razumevanje delovanja

posameznega zaključenega/ali povezljivega sklopa naprav. Za njihovo parametriranje in

diagnostiko je na razpolago prijazna programska oprema, ki tudi laikom omogoča vpogled

v samo delovanje SIMOCODE-a. Preko serijske povezave s prenosnim PC računalnikom,

lahko vzdrţevalci zelo enostavno diagnosticirajo delovanje sistema, kar je pomembno tako

med spuščanjem v obratovanje kot med obratovanjem.

1.15 Zaščita agregata

Zaščita agregata obsega sklop mehanskih in električnih naprav, ki signalizirajo nepravilno

delovanje in nenormalna stanja posameznih komponent in postrojev agregata.

Zaščito agregata sestavljajo:

zaščita turbine, ki nadzoruje delovanje mehanskih komponent turbine in pomoţnih

pogonov;

zaščita generatorja in zaščita vzbujalnega transformatorja;

zaščite pomoţnih pogonov agregata - v glavnem zaščite motornih pogonov.

Določene zaščite so v sistem implementirane tako, da takoj izklopijo naprave, druge pa

izdajajo le opozorila in alarme.


26

1.16 Sinhronski generatorji HE Boštanj

V HE Boštanj so vgrajeni trije sinhronski generatorji, moči vsak po 14,5 MVA, pri

cosφ=0,95 in nazivnih vrtljajih 107 min-1

. Obratovalne sposobnosti ocenimo s pomočjo

obratovalnega diagrama [12] v relativnem merilu (per unit) (diagram 1.1).

Diagram 1.1: Obratovalni diagram generatorja za HE Boštanj


27

Kroţni diagram generatorja nam pokaţe področje [13], kjer lahko generator v povezavi s

turbino obratuje. Na desni strani induktivno področje obratovanja omejuje maksimalna

sposobnost vzbujanja oziroma maksimalni vzbujalni tok. Na levi strani je kapacitivno

področje, ki je tudi omejeno. To omejitev povzroči podvzbujeno stanje. Takšno področje je

za generator nevarno, ker lahko pade iz sinhronizma. Zato je kapacitivno področje ščiteno

z limiterji statorskega toka in zaščitnimi releji.

Nazivna napetost generatorjev je 6,3 kV z regulacijskim obsegom ±5%. Generatorji so

dimenzionirani tako, da so usklajeni z maksimalno turbinsko močjo, ko je padec največji.

Generatorji so skupaj s turbinsko osjo, leţaji in oljnim razvodnikom vgrajeni v hruško

cevnega agregata s horizontalno osjo. Generator ima prisilno zračno-vodno hlajenje. V ta

namen ima po obodu nameščenih šest toplotnih izmenjevalcev voda-zrak z ventilatorji.

Voda, ki v zaprtem sistemu kroţi skozi izmenjevalce, se ohlaja v prekatih na ohišju

prednjega dela hruške.

1.17 Stator in izvodi

Ohišje statorja je narejeno iz varjene konstrukcije in predstavlja celoto (slika 1.11).

Zuananji del ohišja predstavlja plašč, ki je na zunanji strani v času obratovanja oblit z vodo

in tako tudi hlajen. Gorvodno in dolvodni so privarjene prirobnice, ki sluţijo za pritrditev

kape hruške in za pritrditev statorja generatorja na vbetoniran predvodilnik. V notranjosti

statorskega ohišja so privarjene ojačitvena rebra, ki so strojno oblikovane tako, da kasneje

sluţijo za pritrditev trapeznih letev, na katere se zlaga statorska lamelirana pločevina.

Magnetno jedro statorja je zloţeno iz tanko lameliranega silicijevega jekla, debeline 0,5

mm in specifičnih izgub največ 1,1 W/kg pri 1T in 50 Hz. Pločevina je štancana in

obojestransko premazana z izolacijskim lakom za zmanjševanje izgub vrtinčnih tokov.

Pločevine so zloţene na trapezne letve, ki so z vijaki in zatiči pritrjene na rebra ohišja.

Pločevine so stisnjene in zategnjene z vzdolţnimi sorniki preko nemagnetnih tlačnih plošč

s tlačnimi prsti. Statorski paket se s segravanjem in vibracijami dokončno kompletira. V

sredini paketa je ventilacijska reţa, narejena s pomočjo vstavljenega distančnika. V zobeh


28

statorskega paketa so zračni kanali za prehod hladilnega zraka v vzdolţni smeri, ki mora

zagotavljati zadosten pretok zraka za hlajenje aktivnega dela statorja.

Slika 1.11: Stator generatorja

Statorsko navitje je valovite izvedbe z dvema palicama v utoru. Statorsko navitje je

izdelano iz elektrolitskega bakra in izolirano z materiali, ki so po IEC uvrščeni v razred F.

Fazni izvodi iz hruške potekajo po vertikalnem dostopnem jašku in so izvedeni s

kabelskim snopom. Enofazni SN kabli so z vmesnimi distančniki formirani v simetrične

trojčke in speljani direktno do priključnih sponk v pripadajoči generatorski celici.

Za temperaturni nadzor so v statorskem paketu nameščene Pt100 sonde. Dvanajst sond je

nameščenih v statorskem navitju, šest pa v statorskem magnetnem jedru.


29

Tabela 1.3: Podatki o sinhronskem generatorju

Vrsta in tip:

trifazni sinhronski, tip S 4859-56, Končar

Zagreb

Nazivna moč: 14,5 MVA

Nazivna napetost: 6,3 kV 5%

Nazivni cos: 0,95

Nazivna frekvenca: 50 Hz

Nazivni vrtljaji: 107,14 min-1

Pobeţni vrtljaji: 380 min-1

Smer vrtenja: v smeri urinega kazalca gledano od generatorja

proti turbini

Razred izolacije: F (rotor in stator)

Vztrajnostni moment (GD2): 690 tm

2

Hlajenje generatorja: IC W08 A85

Število ventilatorjev: 6

Število vodnih črpalk: 6

Nenasičene reaktance generatorja:

sinhronska vzdolţna:

sinhronska prečna:

tranzientna vzdolţna:

subtranzientna vzdolţna:

inverzna:

ničelna:

xd = 135 %

xq = 82 %

xd' = 42 %

xd” = 28 %

xi = 31%

xo = 27 %

Glavne dimenzije generatorja:

premer rotorja:

dolţina rotorja:

premer ohišja statorja:

dolţina ohišja statorja:

premer kalote:

dolţina kalote:

4.480 mm

1.300 mm

5.100 mm (=premer hruške)

2.650 mm

5.100 mm

3.300 mm


30

Mase glavnih delov generatorja:

enodelni rotor:

enodelni stator:

kalota:

okvir montaţne odprtine:

dostopni jašek v hruško:

bočni oporniki hruške:

komplet drsnih obročev:

zavorne naprave:

hladilne naprave:

Skupaj generator:

43 ton

50 ton

19,5 ton

4,7 ton

5,82 ton

4,74 ton

0,6 ton

1,5 ton

2,33 ton

138 ton

1.18 Rotor

Rotor (slika 1.12) sestavljajo cilindrični plašč, ki sluţi kot magnetni jarem, votlo pesto z

nosilnimi kraki rotorske zvezde in poli. V sredini jarma so izvrtane luknje za prehod

hladilnega zraka in večje število lukenj za pritrjevanje polov. Na dolvodni strani rotorskega

obroča je strojno obdelana površina z luknjami za pritrditev segmentov zavornega obroča.

Poli so v celoti predfabricirani in preizkušeni v tovarni dobavitelja. Polno jedro je izdelano

iz lamelirane pločevine, debeline 0,65 mm. Pločevine so paketirane na sornike, ki so po

stiskanju jedra zvarjeni na krajne plošče. Poli so pritrjeni na jarem rotorja, s pomočjo

vijakov zavarovanih proti odvitju. V zgornjem delu polnega jedra so vtaknjene palice

dušilnega navitja, ki so na koncih kratko spojene z lotanjem na bakrene segmente. Bakreni

segmenti so med seboj povezani s spojkami in vijaki ter je tako dobljena dušilna kletka.

Vzbujalno navitje je izdelano iz ploščatega bakrenega traku, ki je zvit v tuljavo. Med ovoje

so nameščeni izolacijski trakovi iz termostabilnih materialov, ki dovoljujejo sergrevanje po

IEC razred F. Izolacija proti jedru pola je izvedena iz trdih izolacijskih plošč. Začetni in

končni ovoji vsake tuljave so dodatno oviti z izolacijskim trakom. Na izolirano jedro je

navlečena tuljava, stisnjena in segreta ter zavarovana s tlačnim okvirjem, ki je zavarjen na

jedro. Spoji med posameznimi tuljavami so narejeni iz bakrene pločevine, vijačeni in


31

pritrjeni na gorvodni strani rotorja. Kovano jekleno pesto je na turbinski strani oblikovano

kot prirobnica, kar omogoča direktno spajanje s prirobnico turbinske gredi. Na gorvodni

strani sta nameščena dva drsna obroča za dovod vzbujalnega toka na rotor. Na koncu

cevastega podaljška v gorvodni smeri je na posebnem nosilcu nameščen oljni razvodnik

turbinske regulacije. Cevi oljne hidravlike servomotorja gonilnika potekajo od oljnega

razvodnika na gorvodni strani rotorja skozi votlo pesto rotorja in naprej skozi votlo

turbinsko gred do gonilnika.

Generator nima svojih leţajev. Prirobično oblikovano pesto rotorja je direktno spojeno s

prirobnico enodelne turbinske gredi. Dobavitelj turbine je dobavil glavni dvostransko

nosilni in vodilni leţaj agregata neposredno pri generatorski prirobnici in vodilni leţaj pri

turbinskem gonilniku.

Slika 1.12: Rotor generatorja


32

1.19 Hlajenje generatorja

Hlajenje generatorja je prisiljeno zračno, v zaprtem krogu preko toplotnih izmenjevalnikov

zrak-voda. Ker zaradi nizkih vrtljajev agregata ni mogoče zagotoviti zadostnega pretoka

hladilnega zraka samo z ventilatorskimi krilci na rotorju, so predvideni dodatni

elektromotorni ventilatorji, ki so enakomerno razporejeni po obodu statorja.

Hlajenje segretega zraka je izvedeno z vodo v zaprtem krogu. V toku hladilnega zraka so

pri vsaki ventilatorski skupini nameščeni primarni toplotni izmenjevalniki zrak-voda, v

katerih prisiljeno kroţi demineralizirana voda. Le-ta se nato ohlaja v sekundarnih toplotnih

izmenjevalnikih voda-voda, ki so oblikovani kot hladilni prekati na notranji strani

dvostenskega plašča hruške in jih obliva rečna voda.

Karakteristike hladilnega sistema:

V normalnih obratovalnih razmerah in pri atmosferskem tlaku zraka v hruški je

zagotavljeno segrevanje statorskih in rotorskih navitij po specifikaciji segrevanja za IEC

razred B.

Zračni tokokrog hladilnega zraka je dimenzioniran tako, da izpad enega od 6 vgrajenih

hladilnih blokov ne vpliva na proizvodno sposobnost generatorja. Pri obratovanju s 5

hladilniki je dovoljeno segrevanje navitij po nazivni F specifikaciji izolacije.

Vsakega od ventilatorjev poganja standardni trifazni asinhronski motor s kratkostično

kletko moči 5,5 kW, 3x400 V, 50 Hz. Motorji so prirejeni za direktni zagon.

Potreben pretok primarne hladilne vode v zaprtem krogu zagotavlja obtočna črpalka s

trifaznim elektromotorjem moči 5 kW, 3x400 V, 50 Hz. Redundanco v oskrbi hladilne

vode bosta zagotavljali dve enaki črpalki, pri čemer normalno obratuje ena, druga je 100%

rezerva.

Ravno na hladilnem sistemu (slika 1.13) generatorja je v večji meri bil vzrok sanacije vseh

agregatov, kar bom predstavil tudi v naslednjem poglavju.


33

Slika 1.13: Shema hlajenja generatorja


34

1.20 Izračun hlajenja generatorja

1. Srednja logaritemska temperaturna razlika tako znaša:

C

T

T

TTT

85,20

18

24ln

1824

ln2

1

21ln

T1 = T1 - T3 = 24C

T2 = T2 - T3 = 18C

kjer je: T1 - temperatura na izstopu iz hladilnika generatorja = 42C

T2 - temperatura na vstopu v hladilnik generatorja = 36C

T3 - temperatura rečne vode = 18C

2. Potrebna količina hladilne vode znaša:

s

m 0,0147

179,4 1000.6

370

c t

P

3

h

vq

t = T1 - T2 = 6C

kjer je: ρ = 1000 kg/m3 …. gostota vode

c = 4,179 kJ/kgK … specifična toplota vode

Ph = 370.000 W …. toplota, ki jo moramo odvajati

(1.8)

(1.9)

(1.10)

(1.11)

(1.12)


35

3. Toplotna prestopnost v hladilnem plašču generatorja

Km

W

d

N vu

21 950078,0

596,0 2,124

'

1544510 01,1

078,0 2,0' Re

6

dv

081,7596,0

1000 4179 1001,1

6

v

cPr

2,124)1081,7( 35,01

)75,0 15445( 0396,0

)1( 35,01

)75,0 (Re 0396,0

r

r

ru PP

PN

Kjer je: Nu - Nusseltovo število

Re - Reynoldsovo število

Pr - Prandtlovo število

- kinematična viskoznost vode = 1,01.10-6

m2/s

v - toplotna prevodnost vode = 0,596 W/mK

v - hitrost vode v hladilnem plašču generatorja

v = s

m ,20

0,04 8,1

0,0147

A

qv

A - prerez hladilnega plašča generatorja v m2

' Re

dv

(1.13)

(1.14)

(1.15)

(1.16)

(1.17)

(1.18)


36

kjer je : d' - hidravlični premer

m 0,078 0,04) 2 1,8 2(

0,04 1,8 4

A 4 '

od

Toplotna prestopnost zunaj cevi

Toplotno prestopnost zunaj cevi vzamem 2 = 2000 W/m2K

Toplotna prehodnost

KW/m 605 k 2000

1

20

0,002

950

1

1

s

1

1 2

21

k

kjer je: s - debelina stene plašča = 2 mm

- toplotna prevodnost nerjavne cevi = 20 W/mK

Potrebna površina hladilnega plašča generatorja

2

ln

hp m 29,33

20,85 605

370000

Tk

P A

; dodam 10 % => A = 32,2 m2

(1.19)

(1.20)

(1.21)


37

1.21 Turbina

Vitalna dela turbine sta gonilnik in vodilnik (slika 1.14). Gonilnik je vrteči del turbine, ki

mu z regulacijskim sistemom hidravlično nastavljamo poloţaj lopat. Vodilnik je nevrteči

del, katerega gibajoči del predstavlja vodilniški obroč na katerega je z ročičnim

mehanizmom vpetih 16 vodilniških lopat. Tudi vodilniku je mogoče z regulacijskim

sistemom spreminjati odprtje vodilnih lopat in s tem nastavljati pretok vode. Z zaprtjem

vodilnika preprečimo pretok vode skozi turbino in tako turbino zaustavimo. Tlačno

energijo za krmiljenje vodilnika in gonilnika nam oskrbuje tlačna naprava, katere del je

tudi akumulator te energije - tlačni rezervoar. Tlačni rezervoar je povezan s krmilnim

sistemom turbine preko izolacijskega ventila. Če je ta zaprt, ni dovoda energije v krmilni

del, zato je krmiljenje turbine onemogočeno, vodilnik pa bo zaradi na vodilniški obroč

nameščene uteţi teţil k zapiranju. Vodilnik je mogoče premakniti v odprto lego izključno

če je omogočen pretok olja proti servomotorju vodilnika. Za ta namen mora biti odprt tudi

servisni ventil (ta se samodejno zapre v primeru izpada krmilne napetosti), kakor tudi ročni

ventil omogočitve odpiranja vodilnika. Da bi preprečil vdor vode v mehanizem gonilnika

je potrebno zagotavljati, da je v njem tlak olja vedno višji od tlaka okoliške vode. To

zagotavljamo s pomočjo zgornjega zbiralnika regulacijskega olja, od koder olje

gravitacijsko priteka v dovodno glavo gonilnika. Zaradi netesnosti je potrebno tudi v

primeru mirovanja dopolnjevati zgornji zbiralnik olja. 16 vodilniških lopat je pritrjenih na

vodilniški obroč preko ročičnega mehanizma. Da bi preprečili poškodbe vodilnih lopat, do

katerih bi lahko prišlo, če se med lopatami pojavi tujek, je vsaka lopata elastično vpeta.

Elastična vez omogoča, da se lopata lahko tudi delno zapre, če ji je na poti tujek. Če je

tujek prevelik, se elastično vpetje ne more zoperstaviti zapiralni sili vodilniškega obroča.

Da bi preprečili poškodbe, je točka pritrditve vsake lopate na ročični mehanizem

namenoma oslabljena. V primeru prevelike sile na vodilno lopato pride do loma

pritrdilnega čepa. V tem primeru lopata ni več togo povezana z vodilniškim obročem. Njen

poloţaj je odvisen izključno od pretoka vode. Ker je konstruirana samozapiralno, se ne bo

popolnoma odprla, vendar bo pretok vode zadosten, da pride do vrtenja gonilnika kljub

sicer zaprtemu vodilniku.


38

Da bi preprečili dolgotrajno obratovanje turbine v območju kritičnega števila vrtljajev, ima

agregat prigrajene štiri pnevmatsko krmiljene zavore. Njihov namen je kar najhitreje

zaustaviti turbino v primeru zaustavitve agregata.

Aktuatorje sistema krmiljenja turbine predstavljajo bistabilno krmiljen izolacijski ventil

monostabilno krmiljen servisni ventil, monostabilno krmiljen ventil za dopolnjevanje olja

v zgornjem zbiralniku in monostabilno krmiljen ventil zavor. Izolacijski in servisni ventil

so opremljeni z indikatorji poloţaja.

Med obratovanjem turbine se v turbinskih leţajih in oljnih razvodnikih sproščajo oljni

hlapi, ki jih je potrebno odvajati. Zato skrbi sistem odvajanja oljnih hlapov, katerega

bistveni element je ventilator oljnih hlapov. Ventilator je priključen na neodvisno napravo

za krmiljenje in nadzor elektromotornega pogona, ki jo sestavlja močnostni kontaktor,

naprava za zaščito in krmiljenje pogona (SIMOCODE) s pripadajočim krmilnim panelom

in preklopko za izbiro mesta krmiljenja.

Slika 1.14: Gonilnik in vodilnik agregata


39

1.22 Hladilni sistem turbine

Hladilni sistem turbine sestoji iz dveh podsistemov, ki sta med seboj fizično ločena, in

sicer iz:

zaprtega hladilnega sistema turbine in

hladilnega sistema turbinske tesnilke.

Zaprti hladilni sistem turbine

Med obratovanjem turbine se v turbinskih leţajih zaradi trenja pojavljajo izgube, katerih

posledica je segrevanje. Do izgub prihaja tudi v hidravličnemu sistemu turbine (tlačna

naprava). Da bi preprečili pregrevanje, je potrebno odvečno toploto odvajati. Za ta namen

ima vsak agregat prigrajen hladilni sistem turbine.

Leţaji turbine so mazani z oljem, ki naravno kroţi skozi toplotni izmenjevalnik olje/voda.

Podobno ima tudi hidravlični sistem turbine prigrajen toplotni izmenjevalnik. Hladilna

voda, ki v izmenjevalnikih prevzame toploto olja, kroţi v zaprtem hladilnem sistemu in se

ohlaja preko izmenjevalca v turbinskem vtoku tako da toploto predaja rečni vodi. Kroţenje

je prisilno – s pomočjo redundančnega para cirkulacijskih črpalk. Za kritje morebitnih

manjših izgub vode v zaprtem sistemu in kompenzacijo temperaturnega raztezanja

hladilnega medija ima hladilni sistem kompenzacijsko posodo, ki hkrati zagotavlja tudi

ustrezni tlak hladilnega medija.

Dejansko količino hladilnega medija, ki je namenjen hlajenju mazalnega olja leţajev in

regulacijskega olja, določata temperaturno (mehansko) krmiljena ventila. Zaprti (vodni)

hladilni sistem je opremljen z merilnimi pretvorniki tlaka, pretoka in temperature preko

katerih je moč nadzorovati ustreznost delovanja črpalk in izmenjevalca v turbinskem

vtoku. Vsak leţaj pa je prav tako opremljen z merilnimi pretvorniki nivoja olja in

temperature segmentov leţajev ter leţajnih skodel.

Vsaka obtočna črpalka je krmiljena z neodvisno napravo za krmiljenje in nadzor

elektromotornega pogona, ki jo sestavlja močnostni kontaktor, naprava za zaščito in


40

krmiljenje pogona (SIMOCODE) in pripadajoči krmilni panel s preklopko za izbiro mesta

krmiljenja.

1.23 Hladilni sistem turbinske tesnilke

Tesnjenje na prehodu turbinske gredi iz hruške agregata v turbinski pretočni prostor

zagotavlja na poseben način konstruirana tesnilka gredi, ki jo sestavlja vrteči se in mirujoči

del. Površine so zaradi zmanjšanja trenja zelo fino obdelane. Ker ni mogoče zagotoviti

popolnega tesnjenja bi tudi v normalnih razmerah lahko prihajalo do pronicanja umazane

rečne vode iz turbinskega pretočnega prostora. Da bi preprečili poškodbe tesnilke zaradi

tujkov v vodi in hkrati odvajali toploto zaradi izgub v tesnilki v tesnilko pod višjim tlakom,

kot je v pretočnem prostoru, turbine dovajamo čisto vodo iz sistema priprave tehnološke

vode elektrarne. Na ta način preprečimo vdor umazane vode in hkrati zagotovimo mazanje

tesnilke s čisto. Voda, ki jo prisilno dovajamo v tesnilko, v večji meri prehaja skozi

labirinte tesnilke v pretočni prostor turbine, manjši del pa se nabira v hruški, od koder se

odvaja preko sistema odvodnjavanja. Mazanje in oblivanje tesnilke s čisto vodo praviloma

zagotavljamo le med vrtenjem agregata. Kadar agregat miruje so tlačne razmere v

pretočnem prostoru take, da do vdiranja vode praviloma ne prihaja. V takih razmerah je

mogoče zagotoviti tesnjenje turbinskega prostora s posebnim tudi napihljivim tesnilnim

obročem – pnevmostopom. Pnevmostop je mogoče uporabljati izključno ob mirujoči gredi,

sicer lahko pride do poškodbe.

Sistem uporablja rečno vodo, ki se mehansko filtrira do 100 mikronov in biološko obdela v

UV razkuţevalniku, preden se spelje v zbiralnik vode. Iz zbiralnika vode je z ločenimi

cevovodi voda speljana do posamezne turbinske tesnilke. Hladilni sistem turbinske tesnilke

obratuje, ko se odpre elektromotorni ventil ali njegov obtočni ventil KA05.

Potrebna količina hladilne vode na turbinsko tesnilko znaša minimalno 0,4 l/s, potreben

tlak na priključku tesnilke znaša minimalno 0,6 bar.


41

Tabela 1.4: Podatki o turbini

tip turbin TC4 - 4.8/1100

dvojno regulirana

horizontalna cevna s

Kaplanovim

gonilnikom

proizvajalec turbinske opreme Litostroj E.I.,

Slovenija

nazivni neto padec turbine Hn,N = 7,24 m

maksimalni obratovalni neto padec Hn, maks = 9,62 m

nazivni in maksimalni pretok skozi turbino QN = 166,7 m3/s

garantirana nazivna moč turbine PN,gar = 10.880 kW

garantirana nazivna efektivna moč turbine (t.j. upoštevaje

tudi pripadajoče izgube v leţajih)

PN,ef,gar = 10.850 kW

maksimalna moč turbine pri nazivnem pretoku in

maksimalnem neto padcu, doseţena na modelu

14.670 kW

nazivna vrtilna hitrost turbine nN = 107,14 min-1

garantirana maksimalna pobeţna vrtilna hitrost turbine ("off

- cam")

np,gar = 365 min-1

maksimalna pobeţna vrtilna hitrost turbine, doseţena na

modelu (Prevzemni preizkusi modelne turbine - poročilo

Turboinštituta št. 2772, januar 2004)

np = 321,4 min-1

referenčni premer gonilnika

4800 mm

število gonilnikovih kril 4

število vodilnih lopat 16

osna dolţina lista vodilne lopate 1.741 mm

dolţina turbinske gredi 5.615 mm

osnovni premer turbinske gredi 720 mm

masa turbinske gredi 20.269 kg

število servomotorjev vodilnika 1

material tesnilnega obroča glavne tesnilke gredi Novilon –Oilon 6


42

1.24 Mazanje ležajev

Mazanje obeh radialnih leţajev je razdeljeno na dva dela. Prvi je visokotlačni in drugi

nizkotlačni. Za visokotlačno mazanje sta namenjena dva visokotlačna črpalna agregata, en

za generatorski in en za turbinski vodilni leţaj. Namenjena sta mazanju ob zagonih in

ustavitvah agregata. Nameščena sta na dnu turbinskega jaška na zbiralniku mazalnega olja.

Pri rednem obratovanju se leţaja maţeta s pomočjo enega od skupnih manjših črpalnih

agregatov mazalnega olja (en je nadomesten), ki obenem zagotavlja tudi olje za zgornji

zbiralnik. Aksialni (nosilni) leţaj se maţe teţnostno (gravitacijsko) z oljem iz zgornjega

zbiralnika olja. Iz leţajev olje nadzorovano odteka v spodnji zbiralnik mazalnega olja. Med

prečrpavanjem segreto olje na njegovi poti v zgornji zbiralnik hladimo v ploščnem

hladilniku na način, kot je opisan v poglavju hlajenja. V sistemu so nameščeni še filtri, ki

skrbijo za čistost olja. Na obeh visokotlačnih sistemih je po en filter. Če se filter zamaši je

mimo njega speljan obvodni cevovod z vzmetnim protipovratnim ventilom, ki pri

previsokem tlaku spusti olje. Na nizkotlačnem sistemu sta vgrajena dva filtra. Če se en

zamaši, njegovo funkcijo prevzame drugi. Mazalni sistem je opremljen ročnimi ventili za

regulacijo pretoka skozi leţaje in z indikatorji pretoka. Na spodnjem zbiralniku so vgrajeni

indikatorji temperature in nivoja olja. Na obeh zbiralnikih pa so še odzračevalniki z

zračnimi filtri.

1.25 Digitalni turbinski regulator

Digitalni turbinski regulator (DTR), sprejema informacije o vrtljajih z induktivnega dajalca

na osi turbine. Krmilnik agregata ki podaja moč, je povezan z DTR s serijsko Profibus DP

komunikacijo. Podatke o moči dobi turbinski regulator iz tokovnikov in napetostnikov na

izvodih generatorja. Paralelne povezave so izvedene tudi na aktuatorje hidravličnega dela

(pilotni ventili) regulatorja, na sistem sinhronizacije in na turbinsko zaščito in z napravami

za meritev vodostaja na vtoku in iztoku iz turbine. Sam regulator je v enojni konfiguraciji s

PID funkcijo. Omogoča regulacijo po zadani moči ali zadanem pretoku, v ročnem reţimu

pa otočno obratovanje.


43

1.26 Vzbujalni sistem

Vzbujalni sistem (slika 1.15) je popolnoma prilagojen za daljinsko in lokalno upravljanje,

za ročni in avtomatski zagon in zaustavitev s pomočjo majhnega števila krmilnih signalov.

Vzbujalni sistem generatorja se napaja iz generatorskih odvodov preko vzbujalnega

transformatorja in tiristorskega usmernika. Moč in sekundarna napetost vzbujalnega

transformatorja sta izbrani po podatkih vzbujanja generatorja. Vzbujalni transformator

mora trajno zagotoviti največji dovoljeni tok vzbujanja, oziroma zagotoviti povišano

napetost pri nazivni napetosti primarnega navitja. Istočasno transformator napaja pomoţne

naprave v sistemu vzbujanja.

Tiristorski usmernik YGTB 118 v konfiguraciji 1+1 je izveden v trifaznem polno

krmiljenem mostnem spoju in je sestavljen iz dveh paralelno spojenih tiristorskih mostov,

ki sta prisilno hlajena z zrakom. Tiristorski usmernik in vzbujalni transformator sta izbrana

tako, da zagotavljata ob nazivni napetosti in delovni temperaturi navitja povišan tok v

trajanju 20 s. Digitalni regulator napetosti upravlja z usmernikom preko generatorja

impulzov, ki krmili začetek prevajanja vsakega tiristorja. Za zaščito usmernika od

prenapetosti je predvidena dvosmerna prenapetostna zaščita. Za hlajenja sta vgrajena dva

ventilatorja, prav tako v konfiguraciji 1+1. Izpad ventilacije se kontrolira dvojno, preko

indikatorja pretoka zraka in podtlačnim tipalom. V primeru izostanka ventilacije pride do

demagnetizacije generatorja.

Digitalni Regulator Napetosti (DRN) regulira napetost vzbujanja in s tem tudi napetost

generatorja z spremembo krmilnega signala na vhodu v napravo za krmiljenje tiristorjev.

Sprememba krmilnega signala pripelje do faznega premika krmilnih impulzov v odnosu

na napetost napajanja tiristorskega usmernika, oziroma do spremembe srednje vrednosti

enosmerne napetosti usmernika. Izhodna napetost avtomatskega regulatorja je

proporcionalna razliki nastavljene referenčne vrednosti in merjene vrednosti napetosti

generatorja, katero merimo preko napetostnih merilnih transformatorjev. Obseg nastavitve

napetosti je od 90% do 110% nazivne vrednosti napetosti generatorja. Za zagotovitev

paralelnega delovanja z mreţo potrebuje avtomatski regulator napetosti meritev napetosti

in toka generatorja.


44

V primeru napake na avtomatskem regulatorju napetosti (ARN) pride do preklopa na

rezervni kanal regulatorja. Pri naslednji napaki na avtomatskem regulatorju napetosti

rezervnega kanala, pride do preklopa na rezervni regulator (RR). Razen avtomatskega

preklopa na rezervni kanal regulatorja ali rezervni regulator lahko izvršimo tudi ročni

preklop. Pri delu avtomatskega regulatorja napetosti posebna naprava za spremljanje deluje

na izhod rezervnega regulatorja, tako da je prehod ARN-RR izvedljiv brez udarca jalovega

toka.

U delu z rezervnim regulatorjem se regulira tok vzbujanja generatorja. Obseg nastavljanja

toka vzbujanja je od 80% toka praznega teka generatorja do 110% nazivnega toka

vzbujanja generatorja.

Po vzpostavitvi nazivnih vrtljajev generatorja se vzpostavijo napetosti na generatorju iz

posebnega izvora ( v našem primeru iz lastne porabe 3x400 V, 50 Hz), ker je remanenčna

napetost prenizka, da bi se začel proces samovzbujanja.

Demagnetizacija generatorja v normalnih pogonskih pogojih se izvrši s postavljanjem

usmernika v inverterski reţim delovanja. Pri delovanju zaščit agregata se demagnetizacija

izvrši s odklopnikom za demagnetizacijo preko nelinearnega upora v tokokrogu vzbujanja.


45

Slika 1.15: Električna shema vzbujanja


46

1.27 Digitalno krmiljenje in napetostna regulacija

Oprema za digitalno krmiljenje vzbujalnega sistema z napetostno regulacijo (AVR) je

izvedena v mikroračunalniški konfiguraciji, ki izvaja vse funkcije regulacije, krmiljenja,

nadzora, meritev, signalizacij in povezav z nadrejenim sistemom vodenja agregata.

Vgrajeni so 16 bitni procesorji s pripadajočimi RAM, ROM in EPROM spominskimi

enotami, A/D in D/A pretvorniki, z vhodno/izhodnimi enotami za binarne in analogne

signale in s priključki za direktno serijsko komunikacijo računalnik−računalnik. Vsi

elektronski elementi so nameščeni na vtičnih karticah standardnega formata, ki so

medsebojno informacijsko povezane s podatkovnim vodilom. Elektronika vzbujalnega

sistema je prirejena za enosmerno napajanje iz razvoda 110 V d.c. lastne porabe elektrarne

in za izmenično napajanje pomoţnih tokokrogov z vzbujalnega transformatorja. Interne

napajalne napetosti zagotavljajo ustrezni usmerniki in d.c./d.c. konverterji znotraj samega

vzbujalnega sistema.

Energetski in elektronski del vzbujalnega sistema nadzorujejo in ščitijo zaščite, ki so

izvedene kot samostojni elektronski moduli, določene avtodiagnostične funkcije pa so

rešene programsko v procesorjih vzbujalnega sistema. Prekoračitev nastavljenih vrednosti

in delovanje zaščit bo z imenom signala in besedilom prikazano na alfanumeričnem LCD

zaslonu na omari lokalnega nadzora. Signali so glede na svoj značaj zdruţeni v skupinske

alarme ali opozorila in dostopni nadrejenemu sistemu vodenja agregata. Lokalno mesto za

nadzor in ročne posege v nastavitve in delovanje digitalnega vzbujalnega sistema je na

dotik občutljivi barvni LCD zaslon ("touch screen"). Digitalni dvokanalni krmilni sistem

vzbujalnega sistema je sestavljen iz dveh hardwersko in softwersko enakih

mikroprocesorskih konfiguracij ("twin AVR"), ki sta opremljeni vsaka s svojo impulzno

ojačevalno enoto in tako tvorita 100 % obratovalno rezervo.


47

Modularna sestava vsakega kanala:

procesni modul,

modul za digitalne vhode,

modul za digitalne izhode,

ojačevalni impulzni modul,

A/D in D/A konverterski modul,

moduli za analogne meritve generatorskih veličin,

interni napajalniki z nadzornimi moduli internega napajanja,

moduli za prilagoditev vhodnih in izhodnih signalov.

1.28 Avtomatski regulator napetosti (AVR)

Osnovne funkcije:

meritev, pretvorba in prilagoditev izmerjenih generatorskih veličin,

nastavitev ţelene vrednosti in avtomatska regulacija napetosti generatorja,

nastavitev ţelene vrednosti in avtomatska regulacija jalove moči generatorja,

vključitev v skupinsko regulacijo jalove moči,

nastavitev reaktivne kompenzacije (napetostna statika),

avtomatsko sledenje pri preklopu na rezervni regulator,

razbremenitev jalove moči.

1.29 Procesor sekvenčne avtomatike:

Osnovne funkcije:

start-stop vzbujalnega sistema v povezavi s sekvenčno avtomatiko agregata,

preklop iz napetostne regulacije na regulacijo jalove moči,

spremljanje in krmiljenje gradienta napetosti in vzbujalnega toka,

izbira in preklop iz osnovnega na rezervni regulator,

preklop iz lokalnega v daljinski reţim vodenja,

preklop v Test reţim, za potrebe testiranja.


48

2. SANACIJA GENERATORJEV NA HE BOŠTANJ

Po uspešno zaključeni izgradnji in vgradnji opreme na HE Boštanj, smo pričeli s

poskusnim obratovanjem agregatov, ki naj bi trajalo šest mesecev. Pred poskusnim

obratovanjem so bili na vgrajeni opremi opravljeni vsi funkcionalni preizkusi, kateri so bili

predvideni. S poskusnim obratovanjem smo začeli 5.6.2006. Po uspešno opravljenem

poskusnem delovanju, smo z dokazili o izpolnjevanju parametrov pridobili uporabno

dovoljenje.

Ţe med poskusnim obratovanjem je prihajalo do manjših napak, ki pa nikakor niso

nakazovale, da se bodo razvile v problematiko, katera bo zahtevala demontaţo in novo

izdelavo kompletnega statorja. Tako smo sanacijo na agregatu 2 izvedli kar dvakrat.

Dogodki, posamezni postopki ter izboljšave so navedeni v naslednjih poglavjih.

2.1 Preverjanje ustreznosti izvedbe, materialov in dokumentacije

Skladno z razpisno dokumentacijo smo izbrali za dobavitelja turbin Litostroj, za

dobavitelja generatorjev pa Končar. Glede na razmere v tovarni Končar in izkušenj z

opremo, ki je vgrajena na Dravi, smo bili mnenja, da je potrebno povečati nadzor nad

kontrolo vgrajenih materialov, dokumentacije, izdelavi ter spuščanju v pogon.

Sama dokumentacija je bila s strani inţenirja pregledana in potrjena, potrdil pa jo je tudi

projektant. Vsa ustrezna dokumentacija, ki je potrebna za izvedbo takšnega projekta je šla

skozi fazo potrjevanja, s katero smo zagotovili, da bodo generatorji izdelani skladno z

razpisno dokumentacijo. Tako smo predlagali novo število kontrol, ki je bilo precej večje

od predlaganih kontrol dobavitelja.


49

Tabela 2.1: Število kontrol

Predlagane kontrole s strani

dobavitelja

Predlagane kontrole s strani

inţenirja

Število kontrol z obvezno

prisotnostjo naročnika 27 63

Število kontrol z neobvezno

prisotnostjo naročnika 8 56

2.2 Kronološki pregled glavnih dogodkov na agregatih

Tabela 2.2: Kronološki pregled dogodkov

DATUM AGREGA

T

OPIS

15.6.2006 A3 Izpad agregata zaradi delovanja statorske zaščite generatorja.

Ugotovljen preboj navitja zaradi mehanske poškodbe s strani tlačnega prsta.

Ugotovljeni razrahljani tlačni prsti. Popravilo generatorja; zamenjava navitja-

palice, podlaganje tlačnih prstov s klini, dodatna izolacija ob tlačnih prstih.

30.6.2006 A3 Sušenje generatorja G3

7.7.2006 A3 Testi generatorja in agregata po popravilu, rezultati zadovoljivi.

17.7.2006 A3 Opravljena vsa dela na G3, pripravljen za obratovanje.

16.8.2006 A2 Pregled generatorja 2 zaradi ugotovljene pomanjkljivosti na generatorju 3.

4.9.2006 A1 Pregled generatorja 1 zaradi ugotovljene pomanjkljivosti na generatorju 3.

Ugotovljeni razrahljani tlačni prsti. Popravilo generatorja - podlaganje tlačnih

prstov s klini.

13.9.2006 A1 Pregled A1, ugotovljeno da je potrebna sanacija 18 mest na gorvodni strani in 14

mest na dolvodni strani.

20.9.2006 A3 Ponovni pregled generatorja 3. Ugotovljeni novi razrahljani tlačni prsti. Popravilo

generatorja; podlaganje tlačnih prstov s klini, dodatna izolacija ob tlačnih prstih).

23.9.2006 A2 Izpad agregata zaradi delovanja statorske zaščite. Ugotovljen preboj navitja zaradi

mehanske poškodbe s strani statorske pločevine. Agregat predan v garancijsko

popravilo.

3.10.2006 A2 Ugotovljen vzrok defekta, preboj statorskih palic.


50

4.10.2006 A3 Popravilo generatorja 3 končano. Agregat 3 sinhroniziran z omreţjem.

5.10.2006 A1 Ponovni pregled generatorja 1. Ugotovljeni novi razrahljani tlačni prsti. Popravilo

generatorja; podlaganje tlačnih prstov s klini, dodatna izolacija ob tlačnih prstih).

Popravilo v zaključni fazi.

18.10.2006 A1 Zaključena sanacija na A1. Z izolacijskim materialom so podloţeni vsi tlačni prsti

gorvodno in dolvodno.

4.12.2006 A3 Pregled tlačnih prstov na A3-dolvodno. Opaţen premik statorskega paketa proti

osi generatorja za cca. 7 mm

5.12.2006 A1 Pregled tlačnih prstov na A1-dolvodno. Opaţen premik statorskega paketa proti

osi generatorja.

27.8.2008 A2 Odtrgani vijaki na statorskem paketu. Generator nezmoţen za obratovanje

28.8.2008 A2 Ekipa litostroja in ekipa Končarja izvede natančen pregled stanja agregata.

9.9.2008 A2 Inšpekcijski pregled A2

10.9.2008 A2 -demontaţa se začne 15.9.08,

30.09. do

02.10.08

A2 -nadaljuje se demontaţa statorja, delo poteka v skladu z revidiranim terminskim

planom. Končar dogovarja transport statorja v noči iz 10. na 11.10.08 Litostroj

je z izvajalcem demontaţe dogovoril zagotovitev nakladanja statorja 10.10.08.

07.10 do

10.10.08

A2 -demontaţa statorja je končana 9.10.08, pred demontaţo je izmerjena zračnost

med rotorjem in statorjem, po demontaţi je izmerjena okroglost statorja. Stator je

naloţen na prikolico ter v noči na 10.10.08 transportiran v Končar Zagreb.

-dne 9.10.08 je bil v Končarju strokovni sestanek ekspertov (Končar-Litostroj-

HSE Invest) z namenom ponovno proučiti analize vzrokov pokanja vijakov in

predvsem vsestransko proučiti moţne variante popravila ter najti najboljšo

rešitev.

-tlak v statorskem paketu bo čim večji

-lastna frekvenca vijakov bo manjša od 80 Hz ali večja od 120Hz

-material vijakov se ne spreminja. Zapisnik

18.11.do

08.12.08

A2 -dne 1.12.08 so se v Končarju začele, dne 3.12.08 pa končale meritve raztezkov

vijakov. Iz rezultatov meritev je razvidni, da so raztezki v območju 1,35 do 2,03

mm. Na predlog Martinga je bila opravljena tudi UZ kontrola vijakov, ki je

pokazala, da so na 7 vijakih ugotovljene površinske razpoke.

-V Končarju se izvajajo nadaljne aktivnosti pri demontaţi oz. razpaketiranju

statorja. Odločitev o uporabnosti dela paketa bo sprejeta po razpaketiranju ter

predlogu načina sanacije.


51

18.02. do

31.03.09

A2 V Končar GIM opravljen pregled statorske pločevine – zapisnika z dne

20.3.2009 ter 25.3.2009.

25.3.2009 je bil v Končar – institutu opravljen pregled mehanskih lastnosti

materiala za izdelavo tlačnih plošč statorskega paketa – zapisnik Martinga.

Izbran je material za izdelavo steznih vijakov in izvajalec valjanja navojev –

firma Blaj iz Celja.

Dokumentacija je v končni pripravi za predloţitev kupcu v potrditev.

29.4.2009 A1 Pregled statorskega navitja G1.

01.04. do

25.05.09

A2 Dne 12.5.2009 je bil izveden prevzem steznih vijakov. Material ustreza

predpisom, izmerjeni odstopki ravnosti so preveliki. O sprejemljivosti neravnine

se pričakuje pisno mnenje od Končar –GIM-a.

Dne 18.5. 09 je bila prejeta v pregled, do sedaj še ne pregledana dokumentacija.

Poslano je bilo poročilo o prevzemu in kontroli prirobnice za odrivne vijake.

V Končar GIM je bil opravljen uspešen prevzem statorske pločevine 50000

kosov.

22.6.2009 A1 Pregled statorskega navitja, delovanje statorske 95% zaščite, meritve IzS,

takojšnja sanacija na mestu samem.

01.07. do

31.07.09

A2 V Končar GIM so bile v času od 10.07. do 17.07.2009 uspešno izvedene

naslednje QA aktivnosti na dokončanem statorskem paketu:

- Merjenje raztezka steznih vijakov.

- UT kontrola steznih vijakov pred varjenjem varoval.

- Dimenzijska kontrola statorskega paketa.

- Magnetiziranje paketa s kontrolo toplih mest s termovizijo.

18.11.2009 A2 ITP pred pričetkom izvjanja zagonskih preizkusov in uvodni sestanek

preizkuševalcev

4.12.2009 A2 Prvo vrtenje

10.12.2009 A2 Sinhronizacija

21.12.2009 A2 Uspešno izveden ITP po končanju sanacije

Pričetek pogodbenega poskusnega obratovanja

18.02.2010 A2 Pričetek garancijskih meritev


52

2.3 Okvara generatorja G3

Prva okvara na agregatih se je pojavila na agregatu A3. Dne, 15.6.2006, je prišlo do izpada

agregati pri moči 13 MW. Okvaro je zaznala statorska zaščita, ki je sproţila hitro zaporo in

zaustavitev agregata. Podrobnejša analiza dogodka iz oscilogramov zaščitnih relejev je

pokazala, da je prišlo do preboja v fazi L3.

Potrebno je bilo izmeriti še izolacijsko upornost statorja. Meritve so pokazale prav tako

preboj v fazi L3. V ostalih dveh fazah so meritve izolacije pokazale: Rizol =523/1038 MΩ,

Up=1000 V, 15/60 s, Tn=23 °C, kar je bilo zadovoljivo.

Lociranje same napake na statorju je bilo potrebno izvesti vizualno. Preden pa so se dela

pričela izvajati, je bilo potrebno zagotoviti varnostne ukrepe.

Eden izmed zelo pomembnih varnostnih ukrepov pri tem tipu agregata je namestitev

mehanske blokade rotorja (slika 2.1) in zaprtje glavnega ventila vodilnika.

Slika 2.1: Mehanska blokada rotorja


53

Pri pregledu navitja je bilo potrebno odstraniti vse pokrove statorskega navitja, tako da je

bilo navitje čim bolj vidno. Ker se s samimi vizualnim pregledom teţko odkrije takšna

napaka, smo navitje L3 priključili na instrument Megger, ki omogoča generiranje napetosti

do 5000 V. Na mestu preboja smo takoj opazili preskok iskre, kar je lepo vidno tudi na

sliki 2.2.

Slika 2.2: Preboj izolacije pri 5 kV

Ugotovljeno je bilo, da je poškodba na mestu prehoda statorske palice oziroma navitja iz

statorskega paketa. Mehansko poškodbo izolacije je povzročil tlačni prst, kateri se je

razrahljal. Vibracije so pripomogle, da je prišlo do trenja med tlačnim prstom in navitjem.

Sledila je sanacija, katera je zajemala zamenjavo statorske palice in sanacija tlačnega prsta.

Opravili smo tudi temeljiti pregled kompletnega navitja in ugotovili, da se podobne napake

nahajajo še na osmih mestih statorja. Dobavitelj je pripravil postopek sanacije teh mest, ki

je zajemal podlaganje tlačnih prstov z nemagnetnimi klini, na katere se vari prst, zalaganje

dodatne izolacije med prst in statorsko navitje.


54

Ko je bil ta del sanacije opravljen je bilo potrebno ponoviti visokonapetostni preizkus, s

katerim potrdimo, da je popravilo uspešno in se med popravilom ni poškodovalo drugo

mesto.

Zaradi teţkih delovnih pogojev popravila, se je vlaga v generatorju povečala, s tem pa se je

povečala vlaţnost izolacije. Sušenje izolacije smo izvedli z izvedbo tri polnega kratkega

stika na izvodih z statorskim tokom I=0,5·In. Po uspešnem sušenju je bil agregat ponovno

spuščen v pogon.

Dejstvo, da se je pojavila taka vrsta napake na novem generatorju, je pripeljalo do tega, da

smo izvedli preglede še na ostalih dveh generatorjih.

Pri generatorju 2 ni bilo ugotovljenih napak, kot je bilo to ugotovljeno na generatorju 3. Pri

preventivnem pregledu generatorja 1, pa so se pojavila mesta, ki so nakazovala podobno

zgodbo kot agregat 3. Skupaj z dobaviteljem opreme smo prišli do zaključka, da je nujno

potrebno pregledovati generatorje na 500 obratovalnih ur. Dobavitelju smo izrazili tudi

pomisleke o napaki v materialih ali celo v konstrukciji.

Ko smo opravili ponovni preventivni pregled generatorja 3 po 500 obratovalnih urah, so se

ponovno pojavila mesta, kjer so bili razrahljani tlačni prsti. Dogovorjeno je bilo, da se med

vse tlačne prste in navitje zaloţi dodatna izolacija, da ne bi več prihajalo do prebojev.

Po delovanju statorske zaščite 23.9.2006 na generatorju 2 in sanacijskimi deli na

generatorju 3, smo ostali na elektrarni samo z enim agregatom, ki je bil pogojno delujoč.

Sklican je bil urgentni sestanek, kjer smo dobavitelja pozvali, da takoj pristopi k ugotovitvi

vzroka za nastale napake. Na strani inţenirja in dobavitelja je bilo dogovorjeno, da vsak

pregleda svojo dokumentacijo, delovne postopke, postopke kontrole kvalitete in

materialov.

Ker sta si elektrarni Vrhovo in Boštanj zelo podobni, smo naredili primerjavo in

odstopanja med elektrarnami. Ugotovljeno je bilo, da so odstopanja nastala predvsem

zaradi časovne razlike. Generatorji na HE Vrhovo so bili projektirani leta 1987, za HE

Boštanj pa leta 2003. Zato so bila narejena določena odstopanja, predvsem uporaba boljših

materialov, konstrukcijske izboljšave in teţnjo povečati izkoristek generatorja.


55

Pri primerjavi obratovalnih razmer, smo zelo hitro ugotovili, da se delovanje hladilnega

sistema generatorja med seboj razlikujeta. Razlika je bila v sekvenci delovanja

ventilatorjev. Na HE Vrhovo se dva ventilatorja vključita ţe pri zagonu agregata, medtem,

ko so se na HE Boštanj vključijo vsi ventilatorji šele pri 105°C temperature statorskega

navitja in izključijo pri 80°C. S tem so nastajale velike temperaturne razlike, ki so

povzročale raztezke in dilatacije. Podali smo predlog vključitve vseh ventilatorjev takoj na

začetku obratovanja.

Nihanje temperatur statorskega navitja pred sanacijo je prikazano na sliki 2.3.

Slika 2.3: Nihanje temperature statorskega navitja

Po sanaciji, ko smo spremenili način obratovanja ventilatorjev, so se temperature

statorskega navitja stabilizirale (slika 2.4 ) in ni bilo več temperaturnih nihanj. Tudi pri

rednih pregledih, se je ugotovilo, da se je stanje umirilo. Vendar pa s takimi generatorji ni

zanesljivo obratovanje, zato smo skupaj z dobaviteljem sprejeli odločitev, da se tudi

sanacija generatorja 3 izvede tako kot sanacija generatorja 2, ki je opisana v naslednjih

poglavjih.


56

Slika 2.4: Stabilizirane temperature statorskega navitja

2.4 Nadzor kvalitete v tovarni

Kot sem ţe prej omenil, smo bili enotnega mnenja, da se prisotnost pri nadzoru in kontroli

kvalitete v tovarni poveča. Poleg inţenirja, so bili v projekt izdelave generatorjev

vključeni tudi strokovnjaki iz Dravskih in Savskih elektrarn. Pri preizkusih v tovarni in na

samem objektu, pa so sodelovali še strokovnjaki Elektro inštituta Milan Vidmar.

Končar je v fazi montaţe na terenu in spuščanju v pogon opravil vse predvidene preizkuse,

ki so bili predvideni po programu. Predal je tudi vso dokumentacijo, ki je bila izdelana na

podlagi izvedenih testov. Ta dokumentacija je bila pregledana in iz nje ni bilo vidno, zakaj

je prišlo do napak na generatorjih. Tako smo prišli do zaključka, da gre za skrito

konstrukcijsko napako ali pa celo za več manjših napak, ki jih ni bilo moč zaznati med

samim zagotavljanjem kvalitete.


57

Slika 2.5: Prisotnost v tovarni Končar pri preverjanju debeline laka

Slika 2.6: Kontrolne meritve okroglosti v tovarni Končar

2.5 Vzrok napake na generatorju v postopku demontaže G2

Napako na generatorju G2 je zaznala diferenčna zaščita statorja, ki je sproţila hitro

zaustavitev agregata. Pri demontaţi agregata je bilo ugotovljeno, da je prišlo do poškodbe

glavne izolacije statorskega navitja. Poškodba izolacije ni bila enaka, kot na generatorju

G3. Pri poškodbi izolacije na G2 je prišlo do mehanske poškodbe, ki jo je povzročil pomik


58

pločevine proti osi agregata. Do takšnih pomikov prihaja zaradi velikih temperaturnih

nihanj, ki povzročajo dilatacijske pomike. Sile, katere premikajo konstrukcijo moramo

obvladati, drugače lahko pride do takšnih napak kot so se pojavile na HE Boštanj.

Mehanski pomik in poškodba izolacije je prikazana na sliki 2.7.

Slika 2.7: Pomik pločevine proti osi agregata in mehanska poškodba statorske palice.

Temperaturna razlika [13] med tlačnimi ploščami in zunanjimi pločevinami, je bila

ocenjena na 30 °C. V primeru, da bi se lahko tlačne plošče in zunanje pločevine prosto

gibale, lahko izračunamo pomik po spodnji enačbi.

(2.1)

kjer je:

∆l linearni temperaturni raztezek polmera [mm]

α koeficient temperaturnega raztezka odvisen od materiala [K-1

] in za jeklo

znaša 0,0000123 K-1

r0 začetni polmer statorskega paketa [mm]

∆T sprememba temperature med tlačnimi ploščami in statorsko pločevino [K]

mml 83,03022400000123,0

Trl 0


59

V času mirovanja generatorja imajo tlačne plošče in statorski paket enako temperaturo in

predpostavljamo, da med njimi ni sile, v času obratovanja pa nastane temperaturna razlika

in med njimi nastane določena sila. Tlačne plošče imajo niţjo temperaturo in tudi oporo v

hladnem delu statorja, zato imajo tendenco zmanjšati premer, medtem, ko imajo zunanje

pločevine višjo temperaturo in se širijo oziroma teţijo k povečanju premera. Zaradi teh sil

na zunanje pločevine prihaja do sile, ki poskuša potisniti zunanje pločevine proti sredini

agregat. Takšnih premikov ne moremo v celoti obvladovati, zato se pogosto začetne in

končne pločevine statorskega paketa lepijo v pakete, ki so pribliţno debeli 5 cm, z

epoksidnimi lepili, ki preprečijo prej omenjene pomike.

Na HE Boštanj so bile pločevine primerno zlepljenje, napaka je bila v delovanju

ventilatorjev, ki so povzročali prevelika temperaturna nihanja. Z vsakim ciklom segrevanja

in ohlajanja, je prihajalo do sil med notranjimi in zunanjimi pločevinami. V generatorju se

je pojavilo tudi razslojevanje paketa (slika 2.8), kar je povzročilo pomik pločevin. Pri

demontaţi je bilo ugotovljeno, da je prišlo do pomika pločevin na celotnem statorju

generatorja.

Slika 2.8: Razslojevanje statorske pločevine


60

2.6 Ugotovitve med demontažo statorja generatorja

Med demontaţo statorja so bile ugotovljene še naslednje pomanjkljivosti in sicer:

Preslabo lepljenje zunanje pločevine statorskega paketa, kar je bil delni vzrok

razslojevanja pločevin in pomika proti osi agregata.

Uporabljen je bil napačen postopek lepljenja pločevin, ker je bil uporabljen

postopek za druge vrste lepila.

Premalo so bili zategnjeni sorniki, zato je bila sila v paketu premajhna. Izračun [21]

je pokazal da je potrebno povečati silo iz 243 Nm na 632 Nm.

Med montaţo je bila narejena napaka, ker so pozabili odstraniti montaţno

pločevino, ki sluţi za boljše in laţje doseganje okroglosti. Med obratovanjem pa je

povzročala, da paket ni imel dovolj zračnosti in se je pomaknil proti osi agregata.

Ponovno so bili izvedeni izračuni mehanskih lastnosti statorskega paketa [21], ki so

pokazali, da je bila zatezna sila sornikov premajhna. Pri termičnem izračunu je bilo

ugotovljeno, da so projektirane zračnosti med paketom in trapezno letvijo premajhne in so

se povečale iz 0,3 mm na 0,6 mm.

Pri izračunu hladilnega sistem [18] smo ugotovili, da je izračun pravilen, le način

delovanja ventilatorjev je bil napačen. Pri hladilnem sistemu so bile vzporedno narejene

tudi meritve hladilnega sistema HE Vrhovo, kjer je bilo ugotovljeno, da so količine

hladilnega zraka podobne. Edina razlika je bila v razporeditvi hladilnega zraka, ki pa

bistveno ne vpliva na končni rezultat.


61

2.7 Spremembe pri prvi sanaciji generatorja 2

Kljub vsem pregledom in primerjavam, z ţe zgrajenimi objekti, Končar še vedno ni mogel

zagotovo trditi v čem je bila napaka in kaj je bil vzrok napake. Na osnovi vseh

ugotovljenih dejstev smo podali naslednje spremembe:

Izdelava novih tlačnih plošč, kjer se je povečala debelina tlačne plošče in debelina

tlačnih prstov. Pri stari izvedbi je bila debelina 30 mm, pri novi 35 mm.

Izdelava kompletne statorske pločevine po novi tehnologiji. Primerjava stare in

nove pločevine je prikazana na sliki 2.9.

Zamenjali so se odrivni vijaki z odrivnimi segmenti na dolvodni strani.

Zaradi morebitnih poškodb starega navitja je pri novem statorju izdelano

kompletno novo navitje, vendar po isti tehnologiji, ker navitje ni bil vzrok teh

napak.

Glede na to, da je obseg del zahteval popolno demontaţo statorja, so se vsa sanacijska dela

izvajala pri proizvajalcu v tovarni. Pri demontaţi smo veliko pozornost posvetili tudi

obstoječemu stanju ohišja, paketa in navitja. Preverili smo zategnjenost paketa, preverili in

izvedli temeljit vizualni pregled paketa in pri demontaţi preverili zlepljenost zgornjih

pločevin.

Slika 2.9: Primerjava statorske pločevine pred in po prvi sanaciji


62

2.8 Izvedba funkcionalnih preizkusov po prvi sanaciji

Po končani prvi sanaciji na agregatu 2, je bilo poleg vseh zahtevanih preizkusov tekom

izdelave, ponovno potrebno izvesti vse funkcionalne preizkuse sistemov, kateri so bili

vezani na obratovanje agregata 2. Ţe med prvim spuščanjem v pogon so bile imenovane

skupine preizkuševalcev in odgovorne osebe, ki so bile zadolţene za posamezen sklop

opreme. Izvedba funkcionalnih preizkusov, organizacija in vodenje funkcionalnih

preizkusov je opisano v poglavju 3.

2.9 Druga sanacija agregata 2 in izvedene spremembe

Po opravljeni prvi sanaciji je bil agregat 2 v času poskusnega obratovanja. Tudi med tem

časom so bili odrejeni pregledi statorskega navitja s strani dobavitelja na 500 obratovalnih

ur.

Dne, 27.8.2008, je bil opravljen redni pregled statorskega navitja. Pri vstopu v generator

smo takoj opazili dva odtrgana vijaka (slika 2.10). Pri popolnem pregledu dolvodne strani

pa je bilo ugotovljeno, da je potrgalo vsaj štiri matice oziroma sornike, ki drţijo skupaj

statorski paket. Nekateri vijaki so bili izvlečeni (slika 2.11), kar je vodilo k temu, da na

gorvodni strani ni matic oziroma jih je potrgalo. Ugotovljeno je bilo, da je poškodovanih

vijakov osem. Agregat ni bil zmoţen za nadaljnje obratovanje.

Končar je takoj pristopil k sanaciji, vendar je bilo zopet ugotovljeno, da se sanacija ne da

izvesti na objektu, zato bo potrebna ponovna demontaţa in popravilo v tovarni Končar.

Prve analize so pokazale, da gre za napako na navojih vijakov, ki drţijo skupaj statorski

paket. Ti navoji so bili urezani, zato tudi niso prenesli večje sile zatezanja paketa, katera je

bila predpisana po prvi sanaciji. Pri novi izdelavi vijakov, je razlika v navoju, ki je valjan.


63

Slika 2.10: Odtrgani vijaki pri vstopu v generator

Slika 2.11: Izvlečen vijak statorskega paketa

Poleg nove izvedbe vijakov, so bile izvedene še naslednje spremembe:

Nova izdelava zlepljenih plasti statorske pločevine, prekontrolirana je bila tudi

tehnologija lepljenja. Pri starih pločevinah je bila uporabljena dinamo pločevina

M250-50A, pri novih pa pločevina 404-450-180-TG180.


64

Sprememba pri pločevinah je tudi ta, da je debelina prve pločevine v paketu 1,8

mm, v starem paketu pa je bila 0,5 mm. Izdelana je bila kompletno nova pločevina

po novem projektu (slika 2.12). Iz slike 2.12 se vidi, da ima nova pločevina

izvedene odprtine, v katere pridejo sorniki, kateri skupaj drţijo paket in dodatno ne

dopuščajo, da bi se pločevina premikala proti osi agregata. Z nazobčanjem

pločevine smo pridobili tudi večjo hladilno površino.

Zamenjali smo tudi vijake, tako imenovane sornike, kateri skupaj drţijo statorski

paket. Prejšnji vijaki so bili velikosti M20 novi pa M24. Zamenjali smo tudi

kvaliteto materiala vijakov iz 8,8 na 12,9. Novi vijaki tako prenesejo večje zatezne

momente.

Drugače je zasnovano tudi kroţenje zraka. Pri novi izvedbi so dodatno vgrajeni

usmerjevalniki zraka, ki zrak usmerjajo in zmanjšujejo temperaturo na tlačnih

prstih.

Slika 2.12: Izvedba pločevine po drugi sanaciji


65

2.10 Končni rezultat sanacije generatorja 2

V času sanacije smo v tovarni opravili vse predvidene teste in preizkuse v tovarni [25]. Pri

preverjanju so bili doseţeni vsi predpisani rezultati, ki so bili pogoj ponovnega vgrajevanja

statorja. Po končani montaţi so bili izvedeni funkcionalni preizkusi, ki so podrobneje

opisani v naslednjem poglavju.

Vsi testi [27] so bili uspešno izvedeni in generator je bil pripravljen za obratovanje, z

razliko med prejšnjim obratovanjem, da so vsi ventilatorji hkrati vključeni ob začetku

obratovanja. Vse izmerjene vrednosti in doseţeni parametri generatorja G2 sedaj ustrezajo

projektnim parametrom, standardom in kriterijem. Generator je v celoti saniran in

sposoben za varno obratovanje.

Pri meritvi temperatur med saniranim generatorjem G2 in starim generatorjem G1, smo

ugotovili, da so pri isti moči temperature generatorja 2 niţje od temperatur generatorja 1. Z

meritvami smo potrdili, da smo izboljšali hladilni sistem, ker dosegamo niţje temperature

predvsem v statorskem paketu in navitju.

Tabela 2.3: Meritve temperatur pri isti moči generatorjev.

Temperatura G1 G2

Hladni zrak 38 ˚C 37 ˚C

Topli zrak 50 ˚C 53 ˚C

Vstopna voda 29 ˚C 29 ˚C

Izstopna voda 33 ˚C 33 ˚C

Temp. statorskega paketa 86 ˚C 82 ˚C

Statorsko navitje 105 ˚C 94 ˚C

Rotorsko navitja 121 ˚C 111 ˚C

Sedaj lahko z gotovostjo trdim, da je bila sanacija generatorja 2 uspešna. Odpravljene so

bile napake, postopek je bil dolg in naporen, vendar imamo generator, ki je sposoben varno

obratovati. Stari generatorji so bili konstrukcijsko in tehnološko slabo narejeni, hladilni

sistem generatorja pa je le pripomogel k hitrejši okvari in posledični sanaciji.


66

2.11 Sanacije ostalih generatorjev

Po uspešni sanaciji generatorja 2, bo potrebno postopek ponoviti tudi na ostalih dveh

generatorjih. V začetku pregledov, smo razmišljali, da bo sanacija ostalih dveh

generatorjev samo minimalna, vendar smo pri kasnejših pregledih ugotovili, da je potrebno

pomanjkljivosti odpraviti tako kot na generatorju 2. Oba statorja G1 in G3 sta delno ţe bila

sanirana in podloţena s klini. Pri pregledih na 500 obratovalnih ur smo ugotovili, da je

stanje na starih generatorjih stabilno in da poškodbe ne napredujejo, vendar ne moremo z

gotovostjo trditi da bo stanje takšno tudi ostalo. Sanacijo smo planirali tako, da ni prišlo do

prevelikega izpada proizvodnje. Pri tako odločitvi imamo več moţnosti in ugotovili smo,

da lahko popravilo na naslednjem generatorju traja:

Štiri mesece, če se v tovarni izdela povsem novi stator generatorja.

Devet mesecev, če stari stator demontiramo in odpeljemo v tovarno, demontirajo se

vsi aktivni deli statorja in opravijo vsa popravila na ohišju. V tovarni ţe morajo biti

izdelani vsi novi deli, da se lahko po končani demontaţi prične montaţa novega

statorja.

Pri tehtanju odločitev smo ugotovili, da je izpad proizvodnje električne energije prevelik in

je edina smiselna odločitev o štirimesečni sanaciji.

Zahteva naročnika in inţenirja je bila, da se izdelata dva nova statorja generatorja in se s

tem zmanjša tveganje izpada proizvodnje in s tem skrajšati sanacijo iz osemnajst na osem

mesecev, kar je bilo za nas najbolj sprejemljivo, vendar pa so bila to pogajalska izhodišča,

ki jim je na koncu dobavitelj tudi ugodil.

Trenutno je ţe bil demontiran generator 3 in se izvaja ponovna montaţa novega statorja

generatorja 3. Po zaključenih delih spet sledijo funkcionalni preizkusi posameznih

sistemov agregata.


67

3. IZVAJANJE FUNKCIONALNIH PREIZKUSOV

Pri prvem spuščanju v pogon je bilo potrebno temeljito preizkusiti vso vgrajeno opremo.

Dobava in vgradnja opreme je bila ločena po posameznih pogodbenih sklopih, tako

imenovanih LOT-ih. Oprema se je preizkušala po navodilih proizvajalca in pod nadzorom

vodje funkcionalnih preizkusov. Organizirane so bile skupine preizkuševalcev, kateri so

bili zadolţeni, da se vgrajena oprema pregleda ali je lokacijsko pravilno postavljena, da ni

poškodovana, na koncu pa jo je bilo potrebno še funkcionalno preizkusiti.

Popolnoma enaki postopki [28] so potekali po sanacijah agregatov, kjer smo ponovno

preizkusili vse sklope opreme, kateri so se navezovali na delovanje agregata.

Za potrebe obratovanja agregata, je bilo potrebno vzpostaviti lastno porabo elektrarne, od

koder se napaja tudi lastna poraba agregata. V nadaljevanju so opisani sistemi kateri so bili

preizkušeni pred sanacijami in funkcionalni preizkus lastne porabe elektrarne.

Sistemi, katere je bilo potrebno funkcionalno preizkusiti in pregledati:

Gradbeni pregled pretočnega trakta

Turbinski regulator

Turbinski deli

Sistem stisnjenega zraka

Drenaţa hruške agregata

Zavorni sistem agregata

Hladilni sistem agregata in gretje generatorja

Turbinska zaščita in termična zaščita generatorja

Električna zaščita

Sinhronizacija agregata in električne meritve

Vzbujalni sistem

Mazalni sistem

Lastna poraba agregata

SN 6,3 kV stikališče


68

Pri izvajanju zagonskih preizkusov agregata je bilo nujno potrebno upoštevati navodila, ki

so bila namenjena za varnost in koordinacijo osebja, ki izvaja oz. sodeluje pri zagonskih

preizkusih po posameznih pogodbah ter varnosti opreme.

3.1 Vodja zagonskih preizkusov

Za koordinacijo in vodenje zagonskih preizkusov sta s strani naročnika bila imenovana

vodja zagonskih preizkusov in njegov namestnik. V primeru odsotnosti vodje zagonskih

preizkusov ga je nadomeščal njegov namestnik. V času nadomeščanja je imel namestnik

vodje zagonskih preizkusov enaka pooblastila in dolţnosti kot vodja zagonskih preizkusov.

3.2 Odgovorni preizkuševalec

Za opravljanje preizkusov opreme po posamezni pogodbi je vsak izvajalec (dobavitelj)

imenoval odgovornega preizkuševalca (vodjo preizkusov opreme). Vsak izvajalec glede na

obseg del po pogodbi je lahko k odgovornemu preizkuševalcu imenoval dodatne

preizkuševalce, ki odgovornemu preizkuševalcu pomagajo pri izvedbi preizkusov.

Odgovorni preizkuševalec oz. njegov namestnik je bil dolţan koordinirati in obveščati

svoje preizkuševalce. Preizkusi opreme brez navzočnosti odgovornega preizkuševalca oz.

njegovega namestnika niso bili dovoljeni.

3.3 Nadzor preizkusov

Za nadzor nad potekom oz. delom preizkuševalcev opreme, so bile s strani naročnika

imenovane komisije za nadzor zagonskih preizkusov po funkcionalnih celotah. Za vsako

funkcionalno celoto je bil imenovan glavni nadzornik preizkusa (nadzornik celote). Glavni

nadzornik je lahko od preizkuševalca zagonskih preizkusov kadarkoli zahteval ponovitev

posameznih preizkusov, v kolikor bi obstajal sum o korektnosti izvedenega preizkusa. Prav

tako je lahko nadzornik od preizkuševalca zahteval izvedbo dodatnih preizkusov, ki niso

bili navedeni v programu preizkusov, za potrditev pravilnega delovanja opreme.


69

3.4 Navodila za izvajanje preizkusov:

Vodja zagonskih preizkusov oz. njegov namestnik je usklajeval plan vseh zagonskih

preizkusov opreme skupaj z vsemi odgovornimi preizkuševalci po posameznih

pogodbah. Usklajen plan je bil osnova za terminski potek zagonskih preizkusov. Plan

preizkusov se je po potrebi sproti korigiral na dnevnih sestankih pred preizkusi.

Dnevno so se pred pričetkom preizkusov izvajali sestanki preizkuševalcev z namenom

koordinacije preizkusov po dnevih, pregledu rezultatov izvedenih preizkusov ter

pretoku informacij med preizkuševalci ter ostalim osebjem na elektrarni. Sestanek je

sklical in vodil vodja zagonskih preizkusov oz. njegov namestnik. Dnevnega sestanka

pred pričetkom preizkusov so se bili dolţni udeleţiti vsi odgovorni preizkuševalci po

posameznih pogodbah oz. njihovi namestniki, ki so tisti dan opravljali preizkuse na

opremi, ter deţurni operater. Na sestanke so bili vabljeni tudi nadzorniki preizkusov po

posameznih funkcionalnih celotah imenovani s strani naročnika. O dnevnih sestankih

pred pričetkom preizkusov se je vodil zapisnik, ki so ga podpisali vsi prisotni na

sestanku.

Med zagonskimi preizkusi opreme agregata je vse stikalne manipulacije, ki izhajajo iz

zahtev preizkusov, izvajal deţurni operater po navodilih vodje preizkusov. Tudi zagone

in ustavitve agregata je izvajal deţurni operater pod nadzorom odgovornega

preizkuševalca LOT TG, ki odgovarja za opremo po LOT TG. Vse stikalne

manipulacije, zagoni in ustavitve agregata so se izvedli šele po predhodni odobritvi

odgovornega preizkuševalca LOT TG in vodje zagonskih preizkusov. V kolikor je imel

posamezni preizkuševalec zadrţke oz. sume pred izvedbo stikalnih manipulacij,

zagonov in zaustavitev, je bil dolţan o zadrţkih obvestiti vodjo zagonskih preizkusov

oz. njegovega namestnika, ki je prepovedal izvedbo stikalne manipulacije, zagona ali

zaustavitve do odprave zadrţka.


70

Direktna komunikacija preizkuševalcev posameznih sklopov napram deţurnemu

operaterju v zvezi z izvajanjem stikalnih manipulacij in zagonov oz. zaustavitev, mimo

vodje preizkusov oz. njegovega namestnika, ni bila dovoljena.

Pred polnjenjem pretočnega trakta s spodnjo in zgornjo vodo je bilo nujno potrebno

pridobiti soglasje vseh odgovornih preizkuševalcev in vodje zagonskih preizkusov oz.

njegovega namestnika ter izvesti sestanek s pregledom trakta in izdelati zapisnik s

sklepom in aktivnostmi v zvezi s polnjenjem vode. Sestanka so se morali udeleţiti vsi

odgovorni preizkuševalci, vodja ekipe obratovalnega osebja za manipulacijo z

zapornicami. Polnjenje spodnje in zgornje vode ter odstranitev iztočnih in vtočnih

zapornic je izvajalo obratovalno osebje na elektrarni.

Pred prvim vrtenjem agregata smo izvedli sestanek z namenom ugotovitve pogojev in

sposobnosti agregata za prvo vrtenje. Sestanka so se morali udeleţiti vsi odgovorni

preizkuševalci, deţurni stikalničar, glavni nadzorniki po funkcionalnih celotah.

Odgovorni preizkuševalci po posameznih pogodbah morajo na sestanku predati izjave

o stanju opreme oz. sposobnosti opreme za prvo vrtenje, kakor tudi izpolnjene

protokole o preizkusih. Na sestanku so glavni nadzorniki po funkcionalnih celotah

predali dokumente komisij za nadzor zagonskih preizkusov, ki so določeni v Navodilih

za izvajanje nadzora nad funkcionalnimi preizkusi.

Za potrebe začetnih preizkusov z vzbujanjem agregata je bilo izvedeno začasno

zunanje napajanje vzbujalnega transformatorja 2MKT01. Vzbujalni transformator je bil

z SN kablom priključen na primarno stran transformatorja lastne rabe BFT01 6.3/0,4

kV, 1000 kVA. Transformator BFT01 je bil preko NN razvoda na sekundarju napajan z

napetostjo 400 V, preko NN odklopnika -Q111. Pred pričetkom preizkusov je bilo

potrebno prenastaviti zaščito odklopnika -Q111 na minimum, po končanju preizkusov

pa se je zaščita nastavila na stanje pred preizkusi.

Vklop začasnega vzbujanja z odklopnikom -Q111 se je izvedla neposredno pred

vklopom vzbujalnega sistema ob predhodni odobritvi odgovornega preizkuševalca

vzbujalnega sistema (KONČAR INEM). Vsi preizkusi na vzbujenem agregatu in prvo

vrtenje agregata se je izvajalo ob ustavljenih drugih dveh agregatih. Zaustavitve in

zagone agregata je izvedel deţurni operater ob predhodni najavi zaustavitve elektrarne

v center vodenja HSE.


71

V času izvajanja vseh preizkusov za sinhronizacijo agregata po prvem vrtenju je bila

lastna raba elektrarne napajana iz 20 kV stikališča preko transformatorja BFT02 20/0,4

kV, 1000 kVA. Transformator BFT01 je bil namreč uporabljen za zunanji vir napajanja

vzbujalnega transformatorja 2MKT01.

Pred prvo sinhronizacijo agregata na mreţo se je izvedel sestanek z namenom

ugotovitve pogojev in sposobnosti agregata za prvo sinhronizacijo na mreţo. Sestanka

se udeleţili vsi odgovorni preizkuševalci, deţurni operater, glavni nadzorniki po

funkcionalnih celotah. Odgovorni preizkuševalci po posameznih pogodbah morajo na

sestanku predati izjave o stanju opreme (Priloga 1) oz. sposobnosti opreme za prvo

sinhronizacijo, kakor tudi izpolnjene protokole o preizkusih. Do sestanka oz. na

sestanku morajo glavni nadzorniki po funkcionalnih celotah predati dokumente komisij

za nadzor zagonskih preizkusov, ki so določeni v Navodilih za izvajanje nadzora nad

funkcionalnimi preizkusi..

V veljavi je bila organizacijska shema, ki je prikazana v diagramu 3.1.


72

Diagram 3.1: Organizacijska shema


73

3.5 Program preskusov lastne porabe prve faze

Kot sem ţe na začetku naštel sisteme na katerih so bili opravljeni funkcionalni preizkusi

bom v nadaljevanju opisal potek preizkusa samo lastne porabe agregata prve in druge faze

in funkcionalni preizkus SN 6,3 kV stikališča.

Preskus lastne porabe prve faze je obsegal naslednje sklope:

20 kV dovodni kablovod;

20 kV SN stikališče, ki je sestavljeno iz 20 kV polj AJT01 in AJT02;

transformator lastne porabe 21/0,4 kV; BFT02;

glavni razvod LP 0,4 kV, ki obsega stikalne bloke +BMA01,02,03, +BFB01,02,03

in +BFA01,02,03;

sistem neprekinjenega napajanja 110 V DC, ki obsega omari usmernikov +BTL01

in +BTL02, baterijska razdelilnika +BTH01 in +BTH02 ter bateriji +BTB01 in

+BTB02;

stikalni blok glavnega razvoda enosmerne napetosti +BUA00;

stikalna celica enosmerne napetosti +BUC01 (skupne naprave), +BUC02 (jezovne

naprave) in +BUL01 (stikališče 6,3 kV);

stikalna celica 0,4 kV jezovnih naprav +BMC01.

Posamezni preskusi so obsegali preskuse v brez napetostnem in v napetostnem stanju. Po

uspešno opravljenih brez napetostnih preskusih smo pričeli s preskusi pod napetostjo po

naslednjem vrstnem redu:

preveriti izklopljeno stanje stikala - Q1 v SN polju +AJT06 Gradbiščne TP;

preveriti izklopljeno stanje stikala - Q0 v SN polju +AJT01 v 20 kV stikališču;

preveriti izklopljeno stanje vseh dovodnih (- Q111,- Q121 in - Q170) in odvodnih

odklopnikov v 0,4 kV glavnem razvodu lastne porabe ter v vseh priključenih

stikalnih celicah, povezati sekcije +BMAxx, +BFBxx in +BFAxx;

priključitev 20 kV kablovoda na napetost - priklop se izvede v gradbiščni TP s

vključitvijo stikala - 6 Q1 v SN polju +AJT06;


74

vklop transformatorja lastne porabe +BFT02 v prazni tek - izvede se vklop stikala

- Q0 v 20 kV polju +AJT01;

preveri se pravilno delovanje vgrajene NN opreme in števca v SN celicah;

vzpostavitev napetostnega stanja v glavnem razvodu lastne porabe - vklop

odklopnika - Q121 na dovodu iz BFT02;

z indikatorjem vrtilnega polja preveriti pravilnost vrtilnega polja 0,4 kV;

dovod napetosti na sistem neprekinjenega napajanja - vklop odklopnikov - Q197 in

Q188 proti usmernikom +BTL01 in +BTL02;

izvedba vseh funkcionalnih preizkusov sistema neprekinjenega napajanja, razen

kapacitivnega testa baterij, ki je bil izveden naknadno;

priklop stikalne celice 110 V DC skupnih naprav +BUC01 in izvedba

funkcionalnih preskusov;

priklop stikalne celice 110 V DC jezovnih naprav +BUC02 in izvedba


priklop stikalne celice 110 V DC 6,3 kV stikališča +BUL01 in izvedba


dovod napetosti 110 V DC iz +BUL01 v polje +AJT01 in +AJT02 ter preskus

delovanja termičnega releja in napajanje motornega pogona stikala - Q0 v polju

+AJT01;

dovod napetosti 110 V DC iz +BUC01 v omare 0,4 kV glavnega razvoda lastne

porabe;

izvedba preostalih funkcionalnih preskusov glavnega razvoda lastne porabe;

3.6 Program preskusov lastne porabe druge faze

Lastna poraba je bila obseţno preskušena med funkcionalnimi preskusi 1. faze tako, da so

preizkusi 2. faze obsegali samo:

preskuse diesel agregata po LOT EA in

preskus preklopne avtomatike (LOT EA in LOT SW).


75

Preskusi so bili razdeljeni v dva dela in sicer preskus po končani montaţi diesel agregata,

ki obsega preskuse diesel agregata z vso vgrajeno opremo, preskus lokalne avtomatike

diesel agregata, preskus oţičenja in kabliranja proti stikalnim celicam lastne porabe.

Izvedla se je tudi kontrola vse signalizacije v krmilniku preklopne avtomatike in V/I enoti

lastne porabe.

Po uspešno zaključenih preskusih diesel agregata se pristopi k preskusu programske

opreme krmilnika preklopne avtomatike po priloţenem programu.

Preskusi delovanja preklopne avtomatike potekajo pod nadzorom in ob polnem

sodelovanju preizkuševalca po LOT EA. Preizkuševalec LOT EA mora poskrbeti za vse

operacije, ki izhajajo iz programa preskusov LOT SW.

3.7 Program preskusov SN stikališča 6,3 kV

SN stikališče 6,3 kV HE Boštanj je ţe bilo preskušeno v okviru funkcionalnih preskusov,

pred sinhronizacijo agregata pa je potrebno ponovno preskusiti SN opremo agregata:

polja agregata +ALA03, +BAA02 in +BAA01;

zbiralčne in kabelske povezave.

Poleg preskusov izvedenih LOT - a EA, so bili tudi preskusi LOT- a LC in sicer: kontrola

signalizacije poloţaja stikal in kontrola daljinskega vklopa/izklopa stikal, distribucija

signalov stikalnih napravah LOT- a LC. Poleg preskusov navedenih v programu

dobavitelja je potrebno izvesti tudi preskuse, ki dokazujejo skladnost funkcionalnosti SN

stikališča s projektno dokumentacijo. Tako je potrebno opraviti tudi:

preskuse delovanja vklopnih in izklopnih tuljav polja ALA03 (ročni vklop/izklop,

daljinski vklop/izklop);

preskuse blokad vozičkov v poljih +BAA02;

kontrola instrumentih transformatorjev v polju +BAA01;


76

kontrola signalizacije odklopnika - Q0 v polju +ALA03 in ločilnika - Q6 v

+BAA02.

Po uspešno opravljenih funkcionalnih preizkusih [28], nadzornik za celoto poda zapisnik, s

katerim potrjuje, da je oprema pripravljena za obratovanje. Primer zapisnika je podan v

prilogi 1.

3.8 Ukrepi za zanesljivo obratovanje ostalih sistemov

Med izvajanjem preskusov preklopne avtomatike in diesel agregata smo predvideli motnje

napajanja sistemov, ki se napajani iz razvoda lastne porabe. Zato je bilo potrebno obvestiti

vse izvajalce na objektu o preskusih. Posebej velja opozoriti na naslednje sisteme, ki so bili

trenutno napajani iz lastne porabe:

mostna dvigala v strojnici 63 T in 5 T - poskrbeti je potrebno, da v času izvajanja

preskusov ne bo predvidena intenzivna uporaba dvigal;

sistem odvodnjavanja - zagotoviti je potrebno nadzor nad nivoji vode v drenaţnih

jaških;

sistem pretočnih polj - zagotoviti je potrebno nadzor na segmentnimi zapornicami.

V primeru, da bi se pojavila potreba po napajanju teh sistemov bi bilo potrebno takoj

zagotoviti napajanje iz razvoda lastne porabe in prekiniti z izvajanjem funkcionalnih

preizkusov. Med vsemi funkcionalnimi preskusi se ta potreba ni pojavila.


77

4. SKLEP

Kmalu po končanih funkcionalnih preskusih so se na agregatih HE Boštanj pojavile

okvare, katere so nas pripeljale do razmišljanja, projektiranja in iskanja rešitve, ki bi bila

tako najbolj ugodna za dobavitelja kot tudi za investitorja. HE Boštanj se je gradila petnajst

let kasneje kot HE Vrhovo. Tako so bili uporabljeni novejši materiali in novejši tehnološki

postopki. Dobavitelj je ţelel optimizirati stroške, s tem pa si je nakopal velike teţave, ki so

ga privedle, da je na novo moral izdelati statorje. Poglavitne vzroke za nastanek takšnih

napak je potrebno iskati v slabi optimizaciji in nepremišljenih spremembah. Velik vzrok za

nastale napake je tudi slabo sodelovanje med posameznimi področji in neizkušenost

strokovnjakov. Optimizacija generatorjev se je izvedla na podlagi boljših materialov,

uporabljeni so bili računalniški programi, ki uporabljajo metodo končnih elementov in

razni drugi računalniški programi, ki simulirajo delovanje posameznih sistemov. Ţe sama

primerjava med generatorji HE Vrhovo in HE Boštanj nas je pripeljala do tega, da je bilo

na Vrhovem uporabljeno več materiala in s tem več rezerv v materialu.

Tako izvedena optimizacija na HE Boštanj, je vplivala na vse segmente in dele generatorja,

zato bi morale vse projektne skupine, ki so sodelovale na projektu izgradnje HE Boštanj

bolj medsebojno sodelovati in koordinirati. To smo opazili na HE Boštanj, kjer je več

neusklajenih sprememb močno vplivalo druga na drugo.

Pomembno je tudi znanje strokovnjakov, ki imajo veliko izkušenj na podobnih agregatih.

Na HE Boštanj so vgrajeni cevni tipi agregatov in lahko rečemo, da so unikatni izdelki.

Ker je dobavitelj v zadnjem času imel zelo malo naročil novih generatorjev, je tudi manj

vlagal v sam razvoj, kar sem opazil ţe pri prvem obisku v tovarni.

Če se vrnem nazaj h generatorjem na HE Boštanj, je bil vzrok napak splet več manjših

napak, katere so vodile do menjave statorjev.

V magistrski nalogi sem se osredotočil predvsem na odkrivanje napak na generatorjih HE

Boštanj, analize napak, sanacijo ter ponovnimi funkcionalnimi preizkusi. Sam sem bil

udeleţen v celotnem postopku sanacije od vsega začetka, se pravi tako pri preverjanju

materialov pri dobavitelju, ponovni montaţi, kot izvedbi funkcionalnih preizkusov katere

sem tudi vodil.


78

Odkrivanje napak smo se lotili s pregledom dokumentacije izvedenih del, kontrol,

materialov, vendar s tem nismo ugotovili večjih nepravilnosti. Ţe zelo zgodaj smo

ugotovili, da hladilni sistem ne deluje pravilno in od dobavitelja zahtevali, da morajo vsi

ventilatorji delovati takoj na začetku obratovanja. V postopku demontaţe so se ugotovile

še dodatne manjša odstopanja, ki so bila tekom sanacije odpravljena.

Stator generatorja 2, smo v celoti zamenjali dvakrat. Pri drugi sanaciji ni bil več problem

hladilni sistem. Pojavila se je napaka na sornikih paketa, ki niso zdrţali večje zatezne sile,

ki je bila predpisana. Po ponovni sanaciji v tovarni, zamenjavi sornikov in celotnega

paketa, smo zopet izvedli funkcionalne preizkuse.

Po več kot 4000 obratovalnih urah in do sedaj vseh izvedenih pregledih, lahko z gotovostjo

trdimo, da je bila druga sanacija uspešna in da bo generator pod takimi pogoji še dolgo

deloval.

Tako smo prišli do zaključka, da se ni obrestovala optimizacija, katero je izvedel

dobavitelj, niti ni bila najbolj smiselna uporaba vseh najnovejših postopkov in tehnologij.

Trenutno se izvaja sanacija na statorju generatorja 3, ki bo predvidoma v sredini septembra

2010 ponovno sinhroniziran na mreţo. Po tej sanaciji sledi enaka sanacija, kot na prejšnjih

dveh agregatih še sanacija statorskega navitja generatorja 1.


79

5. VIRI, LITERATURA

1. Vlada RS in HSE, Koncesijska pogodba za izkoriščanje energetskega potenciala

spodnje Save, november 2000

2. IBE Ljubljana, Hajdrihova 4 – Projekt št. 3242-132-Savska veriga-Energetska

izraba Save od Medvod do Mokric-Študija-knjiga I-poročila; julij 1979

3. Elektrotehniška zveza Slovenije in zveza društev gradbenih inţenirjev in tehnikov

Slovenije, Zbornik referatov-posvetovanje o graditvi hidroelektrarn na Savi in

Muri; Radenci, 1985

4. EGS-Sestavljena organizacija elektrogospodarstva Slovenije n.sub.o., Maribor

Vetrinjska ul. 2 – Študija upravičenosti izgradnje projekta Sava – Mura; Maribor,

15.8.1984.

5. IBE Ljubljana, Hajdrihova 4 – Projekt št. 324/55 – HE na Savi – Študija

hidravličnega obratovanja, februar 1991

6. Adolf Lubin, Wasserkraft anlage, Berlin, 1934

7. J.L.Gordon, A new approach to turbine speed, WP&DC, avgust, 1990

8. The Guide to Hydropower Mechanical Design, ASME, 1996

9. IBE Ljubljana, Novelacija idejnega projekta, junij 2002

10. IBE Ljubljana, Projekt za pridobitev gradbenega dovoljenja, junij 2003

11. IBE Ljubljana, Projekt izvedenih del, marec 2006

12. IBE Ljubljana, Projekt za razpis za turbinsko in generatorsko opremo LOT TG,

december 2002

13. IBE Ljubljana, Projekt obratovanja in vzdrţevanja, april 2006

14. Borut Kraut, Strojniški priročnik, Tehniška zaloţba Zagreb, 1987

15. Končar GIM Zagreb, Projekt izvedenih del dobavitelja opreme, februar 2006

16. Končar GIM Zagreb, Navodila za obratovanje in vzdrţevanje

17. Litostroj EI, Projekt izvedenih del dobavitelja opreme, februar 2006

18. Končar GIM Zagreb, izračun hlajenja in ventilacije, julij 2004

19. Končar GIM Zagreb, izračun hlajenja in ventilacije, junij 2007

20. Končar GIM Zagreb, Mehanski izračun kompletnega statorja, julij 2004

21. Končar GIM Zagreb, Mehanski izračun kompletnega statorja, junij 2007


80

22. Končar Institut Zagreb, Meritve vibracij in opletov na HE Boštanj in HE Vrhovo,

januar 2007

23. Končar GIM Zagreb, Poročilo o opravljenih preizkusih v tovarni za generatorjev

G-1, G-2 in G-3, avgust 2005

24. Končar GIM Zagreb, Poročilo o opravljenih preizkusih na terenu za generatorjev

G-1, G-2 in G-3, avgust 2005

25. Končar GIM Zagreb, Poročilo o opravljenih preizkusih v tovarni za generator

G-2, avgust 2008

26. Končar GIM Zagreb, Poročilo o opravljenih preizkusih na terenu za generator

G-2, avgust 2008

27. HSE – Litostroj EI-Končar KET, Pogodba o dobavi turbinske in generatorske

opreme za HE Boštanj, julij 2003

28. HESS – HSE, Koordinacija funkcionalnih preizkusov Agregat 2, november 2009

29. HESS – HSE Invest, Preizkusi za daljinsko vodenje oz. obratovanje elektrarne iz

CV, maj 2010


81

5.1 Seznam upoštevanih tehničnih predpisov

Zakon o spremembah in dopolnitvah zakona o graditvi objektov /ZGO-1A/ (Ur.l.

RS, št. 47/2004)

Zakon o varnosti in zdravju pri delu (ZVZD) (Ur.l. RS, št. 56/99), DS (Ur.l. RS, št.

64/01)

Pravilnik o varnosti in zdravju pri uporabi delovne opreme (Ur. l. RS, št. 89/99)

Splošni pravilnik o higienskih in tehničnih varstvenih ukrepih pri delu (Ur.l. FLRJ,

št. 16/47, s spremembami (razveljavitve določb); podaljšanje uporabe; 36/50, SFRJ

št. 21/71, 29/71, SRS št. 47/86, RS št. 56/99)

Pravilnik o varovanju delavcev pred tveganji zaradi izpostavljenosti hrupu pri delu

(Ur. l. RS, št. 07/01).

Pravilnik o splošnih ukrepih in normativih za varstvo pri delu z dvigali (Ur.l. SFRJ,

št. 30/69, SRS št. 32/74, Ur. l. RS, št. 56/99 - podaljšanje uporabe).

Pravilnik o varstvu pri nakladanju in razkladanju tovornih motornih vozil (Ur.l

SFRJ, št. 17/66, SRS št. 32/74, RS št. 56/99, 64/01 – podaljšanje uporabe).

Zakon o varstvu pred hrupom v naravnem in bivalnem okolju (Ur.l. SRS, št.

15/1976, 29/1986, RS, št. 32/1993, 29/1995, 45/1995, 41/2004)

Uredba o hrupu v naravnem in ţivljenjskem okolju (Ur.l. RS, št. 45/1995, 66/1996,

59/2002, 41/2004)

Uredba o spremembah in dopolnitvah uredbe o hrupu v naravnem in ţivljenjskem

okolju (Ur.l. RS, št. 66/1996)

Pravilnik o projektni in tehnični dokumentaciji (Ur.l. RS, št. 66/2004)

Pravilnik o tehničnih predpisih za obratovanje in vzdrţevanje elektroenergetskih

postrojev (Ur.l. SFRJ, št. 19/68)

Pravilnik o tehničnih normativih za stabilne tlačne posode (Ur.l. SFRJ, št. 16-

227/83, 37/88, RS št. 1/95, 84/97, 59/99 (31/00 – popravek), 54/00, 15/02, 47/02).

Pravilnik o tlačni opremi (Ur.l. RS, št. 15/2002, 47/2002, 54/2003, 114/2003)

Pravilnik o pregledovanju in preskušanju opreme pod tlakom (Ur.l. RS, št. 45/2004)

Odredba o merskih enotah (Ur. L. RS št. 26/01)


82

6. PRILOGE

Priloga 1: Zapisnik o pripravljenosti opreme – primer.

ZAPISNIK O PRIPRAVLJENOSTI OPREME

ZA OBRATOVANJE OZIROMA NADALJEVANJE FUNKCIONALNIH

PREIZKUSOV

Predmet: Objekt: HE BOŠTANJ

Podatki o preizkušancu:

Dobavitelj: C&G (ABB)

Montažer: Esotech

Oprema / postroj: SN 6,3 kV stikališče agregata 2

Komisija v sestavi:

Marko Kenig, nadzornik celote in elektro nadzor

Tomaţ Budna, elektro nadzor

Daniel Lakner, lokalno vodenje

ugotavlja, da je oprema SN 6,3 kV stikališča agregata 2

pripravljena za obratovanje in nadaljnje preizkušanje.

HE Boštanj, dne 4.12.2009

Marko Kenig .......................................................... Vodja preizkusov:

Daniel Lakner .......................................................... Tomislav Rihtarič

Tomaţ Budna ..........................................................


83

6.1 Seznam slik

Slika 1.1: Hidroelektrarna Boštanj ........................................................................................ 3

Slika 1.2: Diagram za določitev tipa turbine ......................................................................... 6

Slika 1.3: Prerez horizontalnega cevnega agregata ............................................................. 10

Slika 1.4: Prelivno polje ...................................................................................................... 11

Slika 1.5: Enopolna shema HE Boštanj ............................................................................... 15

Slika 1.6: Glavni razdelilnik 0,4 kV stikališče .................................................................... 16

Slika 1.7: Usmernika +BTL01 in +BTL02 .......................................................................... 17

Slika 1.8: Sistem baterij 2×275 Ah ...................................................................................... 19

Slika 1.9: Konfiguracija sistema vodenja ............................................................................ 22

Slika 1.10: Druţina elementov SIMOCODE ...................................................................... 24

Slika 1.11: Stator generatorja .............................................................................................. 28

Slika 1.12: Rotor generatorja ............................................................................................... 31

Slika 1.13: Shema hlajenja generatorja ............................................................................... 33

Slika 1.14: Gonilnik in vodilnik agregata ............................................................................ 38

Slika 1.15: Električna shema vzbujanja ............................................................................... 45

Slika 2.1: Mehanska blokada rotorja ................................................................................... 52

Slika 2.2: Preboj izolacije pri 5 kV ..................................................................................... 53

Slika 2.3: Nihanje temperature statorskega navitja ............................................................. 55

Slika 2.4: Stabilizirane temperature statorskega navitja ...................................................... 56

Slika 2.5: Prisotnost v tovarni Končar pri preverjanju debeline laka .................................. 57

Slika 2.6: Kontrolne meritve okroglosti v tovarni Končar .................................................. 57

Slika 2.7: Pomik pločevine proti osi agregata in mehanska poškodba statorske palice. ..... 58

Slika 2.8: Razslojevanje statorske pločevine ....................................................................... 59

Slika 2.9: Primerjava statorske pločevine pred in po prvi sanaciji ...................................... 61

Slika 2.10: Odtrgani vijaki pri vstopu v generator .............................................................. 63

Slika 2.11: Izvlečen vijak statorskega paketa ...................................................................... 63

Slika 2.12: Izvedba pločevine po drugi sanaciji .................................................................. 64


84

6.2 Seznam tabel

Tabela 1.1: Kota spodnje vode v odvisnosti od pretoka…………………………… 5

Tabela 1.2: Tehnični podatki……………………………………….……………… 12

Tabela 1.3: Podatki o sinhronskem generatorju…………………………………… 29

Tabela 1.4: Podatki o turbini ………………………………………………………. 41

Tabela 2.1: Število kontrol …................................................................................. 49

Tabela 2.2: Kronološki pregled dogodkov ………………………………………… 49

Tabela 2.3: Meritve temperatur pri isti moči generatorjev....................................... 65


85

6.3 Kratek življenjepis

Marko Kenig

Cesta v log 2 Telefon: +386 7 48 16 377

8280 Brestanica E-pošta:[email protected]

GSM: +386 51 354 332

IZOBRAZBA

dipl. inţ. el.

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Smer: Močnostna elektronika

Diplomiral leta 2001

Zaključek 1996

Srednja tehnična šola Krško

Smer Elektrotehnik - Elektronik

DELO

2002 – 2010 – redno zaposlen v podjetju TEB d.o.o. kot inţenir za elektro

opremo, izvajanje elektro nadzora in vodenje funkcionalnih preskusov na

HE spodnje Save.

Moje naloge obsegajo:

Vzdrţevanje elektro opreme

Nadzor nad vgradnjo nove elektro opreme na HE

Vodenje funkcionalnih preskusov

Izdelava poroči in analiz

Planiranje (letni plani, mesečni plani, analize doseganja planov)

Vnos podatkov v računalniško bazo, pisanje dopisov, urejanje pošte


86

ZNANJA in

IZKUŠNJE

Računalništvo:

Okolje Windows, MS Office (Word, Excel), Internet, elektronska pošta

Pridobljena znanja na področju vodenja

Strokovni izpit po ZGO

Vodenje projektov

Arhiviranje, urejanje pošte

Sestavljanja dopisov

Komuniciranje z strankami

Tuji jeziki:

Angleški - aktivno

Nemški – pasivno

OSEBNI

PODATKI

Rojen 2.junija 1977 v Novem mestu, Slovenija, moški, slovenski drţavljan

Osebne lastnosti:

Zanesljiv, prilagodljiv, lojalen, kreativen, pozitivno razmišljajoč.

Interesne dejavnosti:

Šport (gore, košarka, kolo, tenis, smučanje)

Računalništvo


87

6.4 Naslov študenta

Marko Kenig

Cesta v Log 2

8280 Brestanica

GSM: +386 51 354 332

Elektronska pošta: [email protected]

mailto:[email protected]


88

Documents

SANACIJA IN IZVAJANJE FUNKCIONALNIH PREIZKUSOV NA … · V so bili na HE Boštanj vgrajeni novejši materiali z boljšimi karakteristikami, nastale pa so tudi nove konstrukcijske