Přehřívání konstrukce nosníku měřicích transformátorů proudů

 

 

 

Základním předmětem podnikání společ­nosti Dalkia Česká republika, a. s., je přede­vším výroba, rozvod a prodej tepelné energie a výroba a prodej energie elektrické včetně poskytování podpůrných služeb. Výroba je realizována převážně v kombinovaném cyk­lu, přičemž proces kombinované výroby tep­la a elektřiny přináší vedle většího využití energie obsažené v palivu také vysokou míru ohledu k životnímu prostředí.

 

Dalkia Česká republika působí na trhu s teplem, který pokrývá území měst Ostrava, Karviná, Havířov, Olomouc, Nový Jičín, Pře­rov, Frýdek-Místek, Krnov, Praha a prostřed­nictvím dceřiných společností působí rovněž ve městech Kolín, Ústí nad Labem a Mariánské Lázně. Dalkia Česká republika se dále snaží rozšiřovat své činnosti o dodáv­ky chladu umožňující klimatizovat objek­ty zákazníků.

 

Jedním ze závazků Dalkie Česká republika je ochrana životního prostředí a přírodních zdrojů. Společnost má zavedený a certifiko­vaný systém řízení podle ISO 14001. Další rozšiřování oblasti ochrany životního prostře­dí je jedním z jejích nejdůležitějších cílů také do budoucnosti.

 

Dalkia Česká republika provozovala v 1. po­loletí roku 2009 celkem 756 kotlů o instalova­ném výkonu více než 3 484,4 MWt, 19 turbogenerátorů, 2 spalovací turbíny, 8 kogenerač­ních jednotek a 4 točivé redukce o instalovaném elektrickém výkonu ca 529,4 MWe.

 

Dalkia Česká republika nabízí prostřednic­tvím dceřiné společnosti AmpluServis, a. s., údržbu, opravy, rekonstrukce a montáže energetických zařízení v teplárnách a elek­trárnách, ale i v průmyslu chemickém, pe­trochemickém, potravinářském, hutnickém a dalším. S tím úzce souvisí i nabídka speci­alizovaných služeb, jako jsou revize vyhra­zených elektrických, tlakových, plynových a zdvihacích zařízení, služby akreditovaných chemických laboratoří, jako jsou rozbory pa­liv, průmyslových vod a olejů, služby vib­rační diagnostiky, termografie, rentgeny sva­rů a další činnosti v oblasti nedestruktivní defektoskopie.

 

Region Severní Morava je největší organizační jednot­kou Dalkie Česká republika, která dodává tepelnou ener­gii pro zhruba 105 000 do­mácností, průmyslové pod­niky, nemocnice, obchody, školy a další zákazníky v Os­travě (prostřednictvím nejroz­sáhlejší sítě dálkového tepla ve střední Evropě), v Krno­vě a okolních městech. Re­gion Severní Morava je také významným výrobcem elek­trické energie a poskytovate­lem podpůrných služeb pro ří­zení přenosové soustavy Čes­ké republiky (ČEPS). Cennou referencí je rovněž dodávka chladu absorpční metodou pro areál Avion Shopping Parku firmy IKEA v Ostravě. V rám­ci společnosti Dalkia Česká republika je Region Severní Morava lídrem ve spalování biomasy. Region Severní Mo­rava má čtyři závody: Závod Elektrárna Třebovice, Závod Ostrava-Střed, Závod Krnov a Závod Distribuce a služby. Největším závodem je Elek­trárna Třebovice.

 

Elektrárna Třebovice (obr. 1) má tři odběrově kondenzač­ní turbogenerátory s maxi­málním tepelným výkonem 765 MWt a maximálním elek­trickým výkonem 180 MWe. Nejnovější z nich, TG 16, má výkon 72 MWe, o něco starší TG 15 pracuje s maximálním výkonem 75 MWe a nejstarší TG 33, nyní už takřka „stařen­ka“ (vyrobena 1961), dokáže vyrobit 33 MWe.

 

Turbogenerátor TG33 (obr. 2) se skládá z parní tur­bíny a synchronního generáto­ru, které jsou vzájemně spojeny pevnou spojkou. Z regulovaných odběrů parní turbíny se odebírá pára pro teplárenské a technologické účely.

 

Výkon z generátoru TG 33 je veden hli­níkovými přípojnicemi obdélníkového prů­řezu pod podlahou strojovny (obr. 3). Přípoj­nice prostupují stěnou z vyústění generáto­ru v konstrukci nosníku, v níž jsou umístěny měřicí transformátory proudů do kabelové­ho prostoru a následně do rozvodny 110 kV.

 

Problém, který byl odhalen díky propraco­vanému programu prediktivní údržby, a to jak v oblasti infračervené termografie, tak i v dal­ších oblastech činností, spočíval v přehřívá­ní konstrukce nosníku, v němž jsou umístě­ny měřicí transformátory proudů. V této kon­strukci jsou použity měřicí transformátory proudů ABB typu BB 103 (obr. 4).

 

Teplota, která vznikala mezi jednotlivý­mi fázemi, dosahovala před opravou hodno­ty více než 150 °C. Tato teplota byla změ­řena při činném výkonu 24 MW, což před­stavuje ca 73 % výkonu (pro tato měření je hodnota doporučeného výkonu min. 50 % jmenovitého výkonu). Otázka však je, jaká teplota by byla v těchto místech při plném výkonu.

 

Příčina přehřívání spočívala v indukci víři­vých proudů mezi primárními vodiči – přípoj­nicemi, které se uzavíraly mezi fázemi v kon­strukci nosníku, který byl původně zhotoven z magneticky vodivého ocelového plechu. Přehřívání mělo za následek zvýšení činných ztrát a kumulaci tepla mezi fázemi. Součas­ně zvýšená teplota působila na vnější kryty měřicích transformátorů, jejichž izolace jader má dovolené oteplení 85 °C při teplotě okolí 35 °C. Maximální dovolené oteplení je tedy 110 °C. Pokud by se teplota z konstrukce pře­nesla na izolaci jader transformátorů, mohla být výrazně snížena životnost těchto transfor­mátorů a vlivem výpadku mohl být současně ohrožen provoz celého bloku. Dle Monsigno­rova zákona má zvýšení teploty o 10 °C nad dovolenou hodnotu za následek snížení život­nosti izolace o 50 %. Dle Monsignorova zá­kona platí, že doba života izolace je:

 

T_Z = T₀ · e^–b·Δν      (h)

T₀ – životnost izolace při teplotě okolí (20 °C) 6,22·10⁴ h,

B – materiálová konstanta použité izolace,

Δν – oteplení.

 

Termogram místa před opravou je na obr. 5. Pro eliminaci problému přehřívání bylo nut­né přerušit indukci vířivých proudů mezi jednotlivými fázemi, které vznikaly v kon­strukci nosníku. Technicky se nabízela dvě řešení. První z nich bylo fyzické oddělení jednotlivých fází vložením měřicích transformátorů do samostatných plechů. To však nebylo možné, jelikož by v případě dynamických účinků zkratových prou­dů nebyla zajištěna dosta­tečná mechanická pevnost. Navíc by se vířivé proudy uzavíraly přes rám, do ně­hož je konstrukce nosníku vložena. Druhým řešením bylo použít nemagnetický materiál konstrukce nosní­ku. Z hlediska mechanic­ké pevnosti tomuto vyho­vovalo použití vysokolego­vaného nerezového plechu, který nemá magnetickou přitažlivost, a má velmi dob-ré mechanické vlastnosti. Toto řešení se ukázalo jako správné, neboť následným termovizním měřením po výměně plechu konstrukce bylo zjištěno, že parazitní oteplení mezi jednotlivými fázemi zmizelo, což je patr­né z obr. 6. Toto termovizní měření bylo provedeno rov­něž při odebíraném činném výkonu 24 MWe.

Na závěr bylo termo­vizní měření provedeno při plném výkonu zátěže. Z uvedeného termogramu (obr. 7) je patrné, že reali­zované opatření bylo sku­tečně správné.

 

Při tomto výkonu dochá­zí pouze k oteplení přípojnic vlivem procházejícího prou­du na základě Joulova tepla a k drobnému ohřevu kon­strukce (na ca max. 80 °C) vlivem průchodu tepla ze sa­mostatného vyústění z gene­rátoru přes netěsnosti mezi jednotlivými transformátory a konstrukcí. Z termogramu je současně patrné největší oteplení celého systému, které bylo zjištěno na samotných přípojnicích, kde teplota dosa­hovala max. 100 °C.

 

Pro termografickou diagnostiku je spo­lečností AmpluServis, a. s., používána tech­nika švédské společnosti Flir Systems, a to především pro její bezkonkurenční paramet­ry detektorů, velkou přesnost a také dlouho­letou tradici v oblasti bezkontaktního měře­ní a zobrazování.

 

Pro danou aplikaci byla použita termo­kamera Flir P640 West s rozlišením detek­toru 640 × 480 pixelů (obr. 8). Použitý mě­řicí rozsah –40 až +500 °C, použitý objektiv f = 19 mm. Pro vyhodnocení byl použit soft­ware Flir ThermaCAM Reporter 8.3 Std. Pro měření dat potřebných pro vypočtení správ­né povrchové teploty měřených objektů byla použita měřicí ústředna Kestrel 4000. Z dů­vodu eliminace případné chyby vyplývají­cí z rozdílné materiálové emisivity byly na měřených místech vylepeny měřicí značky (ThermaSpoty) s pevně definovanou emisi­vitou e = 0,96.

 

Obr. 1. Závod Elektrárna Třebovice s instalovaným výkonem 765 MWt a 180 MWe

Obr. 5. Termogram místa před opravou (konstrukce z magneticky vodivého ocelového plechu)

Obr. 6. Termogram po opravě (konstrukce z nemagnetického vysokolegovaného nerezového plechu)

Obr. 7. Termogram po opravě (konstrukce z nemagnetického vy­sokolegovaného nerezového plechu) při plném výkonu (33 MWe)

Ing. Rostislav Naivert získal v roce 2002 inženýrský titul ve studijním oboru Elektric­ké stroje, přístroje a pohony v magisterském studijním pro­gramu Elektrotechnika a in­formatika na Fakultě elektrotechniky a in­formatiky (FEI) Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (VŠB-TU). Od roku 2006 studuje při zaměstnání studij­ní obor Elektrické stroje, přístroje a poho­ny v doktorském studijním programu Elek­trotechnika, sdělovací a výpočetní technika na FEI VŠB-TU se zaměřením na metody řízení a diagnostiku střídavých regulova­ných pohonů. Od roku 2008 pracuje jako technolog elektro v Elektrárně Třebovice, patřící do skupiny Dalkia Česká republi­ka, a. s. Zde je jeho pracovní náplní pláno­vání, příprava, realizace a kontrola provo­zu a údržby při výrobě elektrické energie a tepla s hlavním zaměřením na turboge­nerátory s instalovaným elektrickým vý­konem 180 MWe.

Martin Kubánek ukončil v roce 1997 studium elek­trotechniky na střední škole v Ostravě. Od roku 2003 se v rámci skupiny Dalkia Česká republika, a. s., věnuje oblas­ti bezdemontážní diagnostiky. Především termovizní diagnostice v elektrotechnice a strojírenství. Dále se zabývá měřením a posuzováním tepelně-izolačních vlast­ností průmyslových izolací používaných na tepelných sítích. Mezi další jeho čin­nosti patří oblast elektrického měření, pře­devším diagnostika napájecích proudů pro potřeby lokalizace vybraných vad asyn­chronních elektromotorů.