Beregning av generatorer ved modernisering av kraftverk

Abstract

Bakgrunnen for dette prosjektet er det økte behovet for rehabilitering og oppgradering av vannkraftgeneratorer både i Norge og i resten av Europa. Behovet er basert på den store usikkerheten med å fastslå gjenstående levetid for aldrende generatorer, samtidig som at konsekvensene ved et havari ofte vil være store. Kostnadene ved en rehabilitering vil normalt være betydelige lavere enn ved et eventuelt havari. I tillegg kan endret drift og kjøremønster stille nye krav til generatorene. For å kunne gjennomføre beregninger i forbindelse med en rehabilitering eller oppgradering er det nødvendig med et beregningsprogram. Uten et slikt verktøy blir beregningsprosessene meget tidskrevende og uhåndterlige. Siden slike beregningsprogram ikke var tilgjengelige ble det nødvendig å utvikle et eget beregningsprogram. Programmet GenProg ble derfor utarbeidet med utgangspunkt i formelverket fra høstprosjektet [1]. GenProg er basert på et bredt teoretisk grunnlag og dekker de elektromagnetiske aspektene ved konstruksjon av en synkrongenerator.For å kontrollere påliteligheten til GenProg ble resultatene fra programmet sammenlignet med testresultater fra produserte maskiner. Denne sammenligningen viser at beregningene fra GenProg stemmer godt med de oppgitte verdiene. Det anbefales at før GenProg tas i bruk bør Vedlegg 1 - Oppstartseksempel GenProg og kapittel 3 - Programforklaring leses grundig. Dette for å øke forståelsen for hvordan programmet fungerer, og dermed sikre best mulige resultater fra beregningene.Videre ble det gjennomført oppgraderinger av to maskiner fra 50- og 60-tallet. Maskin 1 er en motor/generator med 14 poler og en merkeeffekt på 14 MVA. Maskin 2 er en elvekraftgenerator med 44 poler og en merkeeffekt på 27 MVA. Det ble undersøkt forbedringspotensialet ved bytte av statorvikling, bytte av statorblikk, endring av spenning og sportall og ved å øke maskinens utnyttelsessiffer. Resultatene viser at den største virkningsgradsøkningen kommer ved bytte av statorvikling og statorblikk. For viklingen kommer forbedringen av mindre isolasjon og følgelig større kobberareal i sporet. For blikket er det hovedsakelig reduksjonen av de relative tapene som utgjør forbedringen, men også muligheten for å endre for eksempel tannbredde, sporhøyde og kjølekanalene øker forbedringsmulighetene. For maskinene som ble undersøkt i dette prosjektet ga en økning i spenning liten eller ingen gevinst. Det samme gjelder for sportall, dersom sportallet ikke økes sammen med spenningen. Dersom statorvikling og statorblikk byttes vil dette føre til en svært lite belastet maskin. Det anbefales at dersom generatorene oppgraderes bør muligheten for økning av ytelse undersøkes, selv om dette i mange tilfeller forutsetter bytte av feltvikling.