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Come manutenzione avanzata può migliorare Hydro Power Systems Efficienza

Una maggiore attenzione al controllo delle emissioni di gas serra, unita all'aumento della domanda di energia elettrica e ai lenti progressi nei progetti nucleari sta portando a un'espansione delle fonti alternative di energia rinnovabile. Al momento, il principale è il settore dell'energia idroelettrica, i cui principi di base sono stati commercializzati negli ultimi anni 1880 e ora rappresentano circa il 16% della capacità di generazione elettrica globale.

Uno dei vantaggi di Hydro potenza è effettivamente l'età della tecnologia livello di base; come metodo maturo generazione, l'apparecchiatura viene collaudata e anche se una gran parte di essa è dovuta per lavori di ristrutturazione, significa che i parametri di materiali e tecniche di fabbricazione possono essere applicate agli impianti esistenti.

Miglioramento dell'efficienza di produzione e durata possono essere incorporati durante la manutenzione di routine, fornendo 10% aumenti di potenza dalla stessa fonte, senza re-investire in hardware di sostituzione, sicuramente una massiccia win-win per l'industria. Va notato che non tutti riparatori offrono lo stesso livello di servizio e competenza, per cui gli operatori generatore idro devono scegliere con attenzione.

Base installata

La varietà di piante è enorme, dalla più piccola ruota Pelton alla più grande centrale idroelettrica del mondo, la diga delle Tre Gole 22,500MW in Cina. Tuttavia, il principio rimane lo stesso, usando acqua corrente per trasformare una turbina e generare elettricità. La chiave per un'installazione di successo è l'efficienza e l'affidabilità, entrambe beneficiano degli ultimi progressi tecnologici del settore.

Negli ultimi anni, molti progetti idroelettrici hanno iniziato ad operare in modo non previsto durante il loro design originale e le nuove installazioni sono state rese possibili attraverso miglioramenti nella tecnologia. Naturalmente, è ancora necessario lavorare per determinare come apparecchiatura può essere migliorata attraverso le nuove tecnologie dei materiali, nonché le azioni di identificazione e gli strumenti per prevedere e prevenire i guasti.

Tecnologia delle turbine

Con l'aumento della popolarità idroelettriche in modo che la domanda per le nuove installazioni cresce. Grazie alle carenze inerenti con tecnologia tradizionale, potrebbe non essere in grado di soddisfare queste esigenze in alcune località, come quelli con grandi popolazioni di pesci. Qui, i programmi di sviluppo, come ad esempio il progetto di turbina Alden, hanno prodotto nuovi progetti che migliorano in modo significativo il tasso di mortalità dei pesci che viaggiano a valle ma anche di migliorare la generazione di efficienza.

La ricerca sulle turbine idrauliche ha anche prodotto un nuovo criterio di progettazione rispettoso dei pesci per le turbine Kaplan e Francis che possono essere incorporate nelle unità durante i progetti di ricostruzione o in nuove strutture idroelettriche. Negli Stati Uniti, il Department of Energy (DOE) ha implementato un nuovo programma idroelettrico denominato "Advanced Hydropower Turbine System Program" (AHTS) che mira a sviluppare la tecnologia per massimizzare l'uso di energia idroelettrica riducendo al minimo gli effetti ambientali.

Ristrutturazione di assiemi turbine esistenti può ora comprendere le ultime tecnologie materiali come il sistema di rivestimento High Velocity Oxygen Fuel (HVOF), che utilizza materiali di carburo di tungsteno. Questo e altro rivestimento simile e indossare sistemi di protezione può essere utilizzato per proteggere turbine idrauliche e progetti di tubi contro l'erosione da sedimenti di origine di acqua e di ridurre gli effetti di cavitazione per le turbine Pelton, Kaplan e Francis.

Migliorare l'efficienza del generatore

I progressi sono stati fatti nella progettazione e costruzione delle bobine statoriche alta tensione utilizzati all'interno del generatore, che possono fornire una migliore efficienza ed affidabilità. La fabbricazione di bobine alta tensione è una scienza molto preciso; progettazione e costruzione metodi varieranno tra fornitori, così come le procedure di prova, che costituiscono la maggior parte della prova il cliente ha la qualità del prodotto finito.

Ovviamente, quando le riparazioni sono non pianificata, la velocità è cruciale ottenere il back up e funzionante, ma ciò non può essere ottenuto a scapito della qualità, che ha implicazioni molto più lunga. Per quanto riguarda i protocolli di prova per queste bobine alta tensione dell'industria idroelettrica lavora a standard più elevati rispetto alcuni settori industriali.

Ad esempio, il centro di servizio Birmingham di Sulzer, dove le bobine di ricambio sono fabbricate per l'uso in tutto il mondo, sottopone le bobine a una serie di test impegnativi sia interni che esterni, per garantire che questi standard siano soddisfatti e in molti casi superati in ordine di consegnare un prodotto garantito.

Il mantenimento di elevati standard di progettazione e costruzione ha una serie di vantaggi importanti, in particolare l'affidabilità e l'efficienza operativa. Utilizzando un processo di misurazione continua contro specifiche durante tutto il processo di fabbricazione garantisce la giusta misura iniziale e continua un servizio affidabile.

I progressi nella struttura e nell'isolamento della bobina migliorano la longevità

Oltre alla miriade di piccole differenze di progettazione, costruzione e materiali da un produttore all'altro, vi sono due metodi di isolamento distinti di bobine nella costruzione generatore. Vale la pena di concentrarsi su questo aspetto della riparazione generatore perché può fare una profonda differenza per l'efficienza e le prestazioni di una unità, spesso senza dover sostituire gli altri componenti principali.

Bobine di ricambio o barre saranno prodotti sia con il sistema di isolamento in resina Rich riscaldata e pressata singolarmente o una pressione di vuoto impregnato metodo bagno (VPI) resina. Mentre le applicazioni più piccole potrebbero preferire il metodo VPI, questo può diventare ingestibile per gli impianti più grandi come grandi generatori.

La progettazione e la costruzione del ricco bobina di resina fornisce un accurato controllo delle dimensioni bobina all'interno della fessura, che, in combinazione con le buone pratiche di liquidazione, minimizza eventuali vuoti tra la bobina e lo slot; conseguente buon controllo di scariche parziali (PD) attività all'interno della scanalatura. PD è uno dei principali modi di guasto dell'isolamento in macchine rotanti, che lo rende un buon indicatore della speranza di vita normale di servizio.

La bobina ricca di resina utilizza un nastro di mica infuso in resina epossidica termoindurente per la fessura, mentre la resina per gli avvolgimenti terminali contiene un flessibilizzante che fornisce un piccolo grado di flessibilità all'interno della resina, rendendolo meno suscettibile alla fessurazione dell'avvolgimento finale spesso visto in bobine VPI più grandi. I nastri flessibili avvolgibili consentono di regolare leggermente la bobina durante l'installazione nello statore, garantendo uno spazio più uniforme tra i lati della bobina nell'avvolgimento.

La resina epossidica è più suscettibile all'attività PD rispetto al mica e così ricchi bobine di resina, che contengono meno resina che l'equivalente VPI, garantiscono una migliore resistenza all'attività scariche parziali. In molti casi l'uso di moderni materiali isolanti migliorerà sia il dielettrico e prestazioni termiche rispetto a quelli utilizzati dal OEM durante la fabbricazione originale.

Miglioramento nel controllo delle perdite parassite può essere ottenuta anche cambiando il metodo di statore bobina trasposizione al fine di ridurre le perdite per correnti circolanti (un processo chiamato Roebel trasposizione), o, cambiando copertine avvolgimento di un materiale non magnetico. Migliore software di progettazione e attrezzature tortuosa moderne contribuiscono a fornire bobine dello statore, con una costruzione più efficiente e robusto.

Lamierini statore

Non è solo gli avvolgimenti di statore che possono influenzare l'efficienza del generatore, la progettazione e la costruzione del nucleo statorico stessa ha anche un'influenza. Come parte di una ristrutturazione generatore, è essenziale che l'ispezione e prove effettuate sul nucleo dello statore e del rotore. Questi possono evidenziare eventuali problemi con l'integrità del nucleo dello statore che può essere sostituita prima di qualsiasi bobine possono essere installati.

La ricostruzione del nucleo utilizzando nuovi segmenti di laminazione che sono fabbricati da un grado specifico inferiore perdita di acciaio magnetico può comportare una riduzione delle perdite 10% rispetto al materiale utilizzato nella costruzione originale. Inoltre, le bobine di campo del rotore possono essere rimossi e ri-isolati con migliorate, classe F, materiali isolanti.

Sulzer può anche ridisegnare, fabbricazione e installazione di nuovi sistemi di eccitazione AC sostituire i sistemi a corrente continua. Il vantaggio principale di questo cambiamento è quello di rimuovere la possibilità di depositi da spazzole contaminando i componenti dello statore e rotore; un ulteriore vantaggio è la riduzione in marcia pennello tempi di manutenzione dando ulteriore uptime generatore.

L'utilizzo di materiali moderni, sia per il nucleo dello statore e l'isolamento contribuisce in tal modo a garantire un costante funzionamento affidabile di un impianto dopo il generatore è stato rinnovato, ma può anche aumentare la potenza massima del generatore appena riparato di oltre 10%.

Test ad alta tensione per i generatori Hydro

Bobine statore possono essere testati in modo indipendente prima di essere installate, dando il centro di riparazione e la pace cliente della mente che ogni bobina ha superato numerosi test disponibili.

Il test elettrico della bobina completata comprende Tan d, che è una misura dell'integrità dell'isolamento parete della scanalatura, in cui una misura inferiore indica una bobina di migliore qualità. Al Sulzer, la cifra raggiunta è sempre inferiore alla metà standard internazionale, con l'obiettivo di realizzare meno di un terzo dello standard.

Ulteriori test può essere eseguita su bobine campione idro-generazione da laboratori indipendenti, tra la prova di resistenza termica, che viene effettuato a 30kV per 500 ore, un compito abbastanza semplice per una bobina di alta qualità. Tuttavia, un test più arduo è fatto a 35kV per 250 ore, tuttavia tutte le bobine fornite da Sulzer sono state sottoposte a questo standard pure.

Nella maggior parte dei casi, il client specificare i parametri di prova per le bobine, che sono normalmente specificati per funzionare a 11kV. Come valutazione di base, le bobine sono sottoposti a 23.9kV per 400 ore mentre viene riscaldato alla temperatura di funzionamento normale, intorno 120 ° C. Questo test è in accordo con l'impegnativa 1553 standard IEEE, riguardante specificatamente idro bobine del generatore.

Bobine aggiuntive possono essere inizialmente sottoposti alla prova di resistenza, che valuta la capacità delle bobine di operare in condizioni di sovratensione che possono essere previste durante la loro vita. Bobine dovrebbero superare questa prova che è condotta a 28kV, nonché un ulteriore test in 60kV e un test di fine avvolgimento 22kV, senza problemi rilevabili con l'isolamento. Mentre gli standard IEEE definiti il ​​quadro per queste prove, le tensioni di prova esatti e le durate sono specificati dal cliente al fine di garantire che le bobine soddisfano i requisiti della singola applicazione.

Alta velocità di equilibratura del rotore

Poiché lo statore è completata, in modo attenzione cade al rotore, che può anche trarre vantaggio dalla tecnologia migliorata materiali isolanti. Bobine di campo rotore saranno di solito reinsulated come parte di un progetto di ristrutturazione con la sostituzione di eventuali componenti danneggiati. Chiaramente, il rotore deve essere riequilibrato prima di essere rimesso in servizio.

Bilanciamento dinamico di elementi rotanti è un aspetto importante della fabbricazione e la riparazione di qualsiasi macchinario turbo. Un elemento rotante che è fuori equilibrio può causare gravi difficoltà operative, che possono impedire il tempestivo avvio di un impianto se deve essere riequilibrato. Inoltre, l'elemento non equilibrata può provocare danni interni che si rubano una macchina della sua efficienza di progettazione, ridurre l'affidabilità della macchina, e di aumentare i costi di esercizio e manutenzione.

Per tutte le applicazioni che richiedono il bilanciamento ad alta velocità, questo processo richiede un bunker bilanciamento specializzata, ma pochi di questi sono a disposizione del mercato di riparazione indipendente. A livello globale, Sulzer ha investito in una serie di pozzi di bilanciamento velocità eccessiva che può essere utilizzato come parte di ogni progetto di riparazione per i suoi clienti. Anche se, a causa della loro rarità, Sulzer ha anche reso questi disponibili per gli OEM e altri clienti. Ogni buca è dotata di elettronica avanzata e la diagnostica per fornire capacità di risoluzione dei problemi state-of-the-art.

Sistemi di pompaggio

Tipicamente utilizzato come generazione fill-in nei momenti di picco della domanda, anche se verde in termini di generazione, che ovviamente consumano energia quando il pompaggio di acqua di nuovo fino al deposito di alto livello. L'efficienza nei motori, set di pompe e generatori è fondamentale per la redditività di un impianto in cui sono normalmente eseguiti sui margini percentuali molto basse. Un miglioramento nel generare, o efficienza di pompaggio, in particolare durante operazioni di manutenzione ordinaria potrebbe quindi fare la differenza tra un sito essendo valida o meno.

Alcune installazioni di pompaggio utilizzano turbine e pompe separate, mentre altri impiegano reversibili turbina / generatore che può agire sia come pompa e turbina. Un conveniente approccio alternativo è di utilizzare una pompa centrifuga-inverso esecuzione, che può migliorare l'efficienza del ciclo di pompaggio e quindi ridurre i costi operativi.

Il mantenimento di queste pompe e dei generatori associati richiede esperienza ed esperienza, nonché l'accesso alle più recenti innovazioni nel design delle pompe, che Sulzer, in qualità di uno dei principali produttori mondiali di pompe, può fornire.

La manutenzione preventiva

Una centrale elettrica ha bisogno di ottimizzare l'output per soddisfare la domanda nel modo più efficiente possibile, ma, inevitabilmente, arriva un momento in cui le riparazioni di manutenzione, sia elettrici o meccanici, saranno necessari. Pertanto, un programma di periodica, manutenzione preventiva può essere combinato con tecniche di monitoraggio delle condizioni per migliorare l'affidabilità e la longevità delle apparecchiature.

Utilizzando una vasta gamma di apparecchiature di monitoraggio delle condizioni, in combinazione con tecniche di analisi idonei, in grado di fornire una valutazione accurata dello stato di turbine e generatori, consentendo agli operatori di garantire una produzione continua. Uno degli strumenti più utili è l'analisi delle vibrazioni, che può indicare potenziali problemi con cuscinetti e grandi parti rotanti; combinata con la termografia, può produrre un'indicazione accurata dello stato complessivo dell'impianto.

Ulteriori test degli avvolgimenti elettrici, soprattutto parziali di scarico (PD) analisi, può anche fornire informazioni molto utili sulla condizione complessiva del generatore. PD può provocare degrado dell'isolamento, che, se non rimedio, può ridurre l'uscita del generatore e rottura prematura del sistema di isolamento causando guasti statore. L'uso appropriato di condition monitoring offre un eccellente strumento di manutenzione e in grado di garantire l'uscita del generatore efficiente.

Indagini termografiche

L'uso di telecamere a infrarossi per la manutenzione predittiva e preventiva sta diventando sempre più comune, soprattutto nel valutare apparecchiature ad alto valore o dove un errore imprevisto potrebbe causare notevoli disagi. Queste telecamere possono essere utilizzati per analizzare le temperature di esercizio dei cuscinetti, motori, collegamenti elettrici e altre attrezzature e, come tale, può indicare potenziali aree di preoccupazione senza dover fermare qualsiasi della macchina.

Applicando la tecnologia a infrarossi, gli ingegneri sono richiesti solo per espletare le procedure di manutenzione, se sono tenuti, piuttosto che su una base fissa, che migliora l'efficienza e riduce i costi di manutenzione. Sulzer è convinto che più i clienti possono beneficiare di questa tecnologia e offre indagini termografiche gratuiti per i clienti nuovi ed esistenti.

Soluzioni complete idroelettriche

Sulzer è un fornitore leader di soluzioni di ingegneria per il settore della produzione di energia, da in corso di monitoraggio delle condizioni per completare i progetti chiavi in ​​mano. L'azienda ha sviluppato una vasta rete di centri di assistenza in grado di mantenere tutte le apparecchiature rotanti quali turbine, generatori, motori e pompe, nonché impiegare ingegneri esperti, attrezzati per completare i progetti in cantiere, se necessario.

L'impianto di produzione bobina ad alta tensione con sede presso il Centro Servizi di Birmingham, si avvale di un laminatoio di rame in-house per consentire la produzione di coil round-the-clock di incontrare anche il termine più stretto. Utilizzando le più recenti sistemi CAD, controllo di qualità precisa e ampia prova, moderna produzione bobina può migliorare significativamente le prestazioni e l'efficienza di qualsiasi generatore che è dovuto per lavori di ristrutturazione.

L'utilizzo della tecnologia dei materiali e dei processi produttivi più recenti consente al settore idroelettrico di massimizzare l'efficienza e l'affidabilità dell'infrastruttura esistente e di sviluppare nuove opportunità. Sulzer ha l'esperienza, gli strumenti e le attrezzature per fornire supporto ingegneristico ai propri clienti per qualsiasi livello di progetto, dalla supervisione tecnica fino al completamento delle più grandi riparazioni a turbine, generatori e pompe.

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