Proaktive Wartung von Hochspannungsmotoren und -generatoren

Ein entscheidender Faktor bei der proaktiven Wartung von Hochspannungsmotoren und -generatoren, insbesondere in kritischen Industrieanwendungen, ist die Zustandsbewertung und Restlebenserwartung der Statorwicklungen. HV-Motoren und -Generatoren sind in der Regel Sonderanfertigungen und können im Falle eines unerwarteten Ausfalls nicht schnell ausgetauscht werden. Dies bedeutet, dass die korrektive Wartung sehr zeitaufwändig ist und der Bediener lange Zeiträume mit kostspieligen, unvorhergesehenen Ausfallzeiten erleben kann.

Wie können solche Probleme vorhergesagt und vermieden werden?

Zustandsbewertung:

Verschiedene Tests und Inspektionsmethoden werden verwendet, um nützliche Informationen über den Zustand der Statorwicklungsisolation zu sammeln. Ein DC-Test hilft beispielsweise, die Sauberkeit der Wicklung anhand des gemessenen IR (Isolationswiderstand) und PI (Polarisationsindex) festzustellen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass trotz akzeptabler IR- und PI-Werte immer noch Verschmutzungen in einer Wicklung zu beobachten sind.

Herkömmliche Messungen wie IR/PI- und Tan-Delta-Messungen hängen von Messwerttrends ab, um aussagekräftige Informationen zu erhalten. Dies impliziert, dass periodische Messungen durchgeführt werden müssen und die Messbedingungen zum Zeitpunkt jeder Messung gleich sein müssen. Jede Änderung der Messbedingungen, z. B. der Stromqualität, kann den Trend ändern und nutzlos machen.

Ausfälle von großen Motoren und Generatoren:

Große Motoren und Generatoren ab 2 MW Leistung sind für hohe Leistungen ausgelegt und weisen einen relativ höheren Anteil an Wicklungsausfällen auf als Ausführungen mit geringerer Leistung. Nach Zahlen einer IEEE-Umfrage beziehen sich 33 Prozent aller im Normalbetrieb erkannten Fehler auf die Statorwicklung. Die entsprechende Zahl der während der Wartung oder Prüfung erkannten Fehler beträgt jedoch nur 8 Prozent.

Diese Umfrage zeigt deutlich die großen Lücken in den bestehenden Mess- und Prüfmethoden zur proaktiven Identifizierung von Statorwicklungsisolationsproblemen.

 

TEAM-Belastungen und Lebenserwartung:

Bevor Sie versuchen, den Zustand der Isolierung oder ihre Restlebensdauer zu beurteilen, ist es wichtig, zunächst die Belastungen zu verstehen, die sie beeinflussen. Jede Messmethode oder Inspektion sollte in der Lage sein, alle spannungsbezogenen Aspekte abzudecken, um eine korrekte Vorhersage zu treffen.

Die verschiedenen Arten von Belastungen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf die Isolierung der Statorwicklung wirken, können als TEAM klassifiziert werden – thermisch, elektrisch, umwelttechnisch und mechanisch.

Das Herzstück jedes Lebenszyklusmanagement-Ansatzes für Motoren und Generatoren ist das Verständnis der TEAM-Belastungen und der Isolationsfestigkeit im Laufe der Zeit und ihrer möglichen Auswirkungen auf das Gerätematerial.

Die Verschlechterung der Statorwicklungsisolation kann allgemein beschrieben werden, indem zwei Kurven verwendet werden, um zu zeigen, wie sich Spannung und Festigkeit im Laufe der Zeit ändern.

Die Spannungskurve zeigt die kombinierte Belastung der Wicklungsisolation aus ihrem Betrieb, einschließlich unregelmäßiger Bedingungen wie Transienten. Die Festigkeitskurve zeigt, wie sich Betriebsbedingungen und Alterung auf die Festigkeit der Wicklungsisolation auswirken. Ein Fehler tritt auf, wenn sich diese beiden Kurven kreuzen.

Eine rechtzeitige Analyse ermöglicht eine Vorhersage der Restlebensdauer der Statorwicklung und eine proaktive Wartung kann dann geplant werden, um vorzeitige Ausfälle und kostspielige ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden. Die Kenntnis der ursprünglichen Restlebensdauer und die durch die Instandhaltungsmaßnahmen erzeugte Lebensdauererhöhung sorgen dafür, dass sich die Spannungs- und Festigkeitskurven nicht unerwartet treffen.

Messungen:

Die wissenschaftliche Vorhersage der Restlebensdauer einer Statorwicklungsisolation umfasst eine Reihe von Schritten.

Bevor die Zukunftsaussichten eines Motors oder Generators analysiert werden können, muss sein gegenwärtiger Zustand bestimmt werden. Dies erfordert die Kenntnis grundlegender Parameter wie Betriebsstunden, Belastung, Anzahl der Starts, Einschaltdauer, Temperaturen, Wartungshistorie etc. All diese Faktoren haben Einfluss auf die Zustandsbewertung/Lebenserwartung und müssen gesammelt und in die Analyse einbezogen werden.

Allerdings sind nicht alle Daten aus Spezifikationsblättern und Motor- oder Generatorprotokollen verfügbar. Eine Statorwicklungsisolation hat in verschiedenen Stadien des Alterungsprozesses Eigenschaften, die nur durch Messungen untersucht werden können. Vier dringend empfohlene Messungen sind:

• PDCA – Polarisationsdepolarisationsstromanalyse
• TDCA – Tan-Delta-Kapazitätsanalyse
• Teilentladungsanalyse
• NLIBA – Nichtlineare Isolationsverhaltensanalyse

PDCA liefert wesentlich mehr Informationen als die gebräuchlicheren Messungen des Isolationswiderstands (IR) und des Polarisationsindex (PI). PDCA ist ein DC-Verfahren, bei dem die Wicklungsisolation zunächst geladen und dann über ein Schwachstrommessgerät zur Erde entladen wird.

Aus diesen Messungen kann ein Ladungsspeicherwert für die Wicklungsisolation abgeleitet und mit Referenzwerten für Normalbedingungen verglichen werden. Dies ermöglicht eine umfassendere Analyse, als wenn nur PI und IR verwendet würden und das Verfahren kann auch bei stark verschmutzten Wicklungen zufriedenstellende Werte liefern. PDCA gibt Aufschluss über Menge und Ort der Ladungsspeicherung innerhalb der Motor- oder Generatorisolation und erkennt Verschmutzungen auf der Wicklungsoberfläche. Es bietet auch zusätzliche Einblicke in den Zustand der Wicklungsisolation, einschließlich möglicher Alterung und Lockerung.

In Bezug auf den Fall auf Seite 1 betrugen die IR- und PI-Werte 2205 MOhm bzw. 4,79, was normal war. Es wurden jedoch starke Verschmutzungen in der Wicklung festgestellt.

Die PDCA-Werte wurden wie folgt gemessen:

• Q1 – 78,68 % (7 %)
• Q2 – 65,49 % (10 %)
• Q3 – 128,56 % (20 %
.)

Die PDCA-Werte zeigten deutlich das Vorhandensein einer Kontamination, während die herkömmlichen IR/PI-Werte diese nicht erfassen konnten.

Die Wicklung wurde gereinigt und es wurden erneut Messungen durchgeführt, die die PDCA-Ergebnisse bestätigten.

Nach der Reinigung:

IR – 32464 MOhm (> 100)

PI – 5,63 (> 2)

Q1 – 7,84 % (7 %)

Q2 – 8,84 % (10 %)

Q3 – 8,86 % (20 %)

Die AC-Messungen von TDCA, Teilentladungsanalyse und NLIBA geben mehr Informationen über das Volumen der Isolierung, während die DC-Messungen mehr Details über den Oberflächenzustand der Isolierung liefern.

Analyse:

Mit den oben genannten Informationen zusammen mit den gesammelten Daten besteht der nächste Schritt darin, ein Gesamtbild des Zustands der Statorwicklungsisolation und der Schätzung der verbleibenden Lebensdauer zu erhalten. Datengrundlagen der vergangenen mehreren tausend Messungen an verschiedenen Maschinen bieten wertvolle Unterstützung bei der abschließenden Analyse.

Dies bietet eine solide Grundlage, um den Zustand einer Statorwicklung zu bestimmen, Belastungsberechnungen durchzuführen und die erwartete Restlebensdauer abzuschätzen.

Wert maximieren: Durch die Berücksichtigung aller Belastungsaspekte und die Einhaltung korrekter Messverfahren ist eine genaue Vorhersage der Lebensdauer der Statorwicklungsisolation möglich, was zu einer höheren Betriebszeit und geringeren Wartungskosten beiträgt.

Dieser Artikel wurde von Vijay Anand von der Baldor Electric Company verfasst. Vijay ist ein regionaler Produktspezialist, Zustandsüberwachung und Diagnose für Baldor.

Wir bei J/E sind ein autorisierter Distributor für Baldor. Wir führen Produkte wie Lager, Getriebe und pt-Komponenten. Wenn Sie Fragen zu einem unserer Produkte haben, besuchen Sie unsere Kontaktseite oder senden Sie uns eine E-Mail an [email protected]