Condition Assessment of Generator Bars by Time Domain Dielectric Response Measurements

Abstract

Majoriteten av norske vannkraftgeneratorer har vært i drift i 40 år eller mer. Noe som betyr at de nærmer seg sin forventede levetid. Nye driftsforhold introdusert de siste årene gjør at metoder tilstands vurdering blir mer viktig for å forstå begrensingene og forventet livstid til utstyret. Denne master oppgaven har derfor utforsket dielektrisk respons som en tilstandsvurderingsmetode og validert en megger som mulig test utstyr. Flere aldrede stator staver har blitt testet på ved forskjellige temperaturer og spenninger. Meggeren hadde betydelige problemer med å produsere troverdige resultater på lavere temperaturer grunnet lav strøm. Følsomhetsnivået til meggeren ble funnet til å være 1 nA. En strømverdi hvor resultatene hadde støy på rundt ±20-30 % I strøm variasjon per sekund. Tester med lave strømmer opplevde tilfeller av negativ DC strøm, noe som bryter med teorien. Meggeren var i stand til å oppdage trender ved temperaturer over 90 °C og etablerte stavenes DC ledningsevne og dielektriske tap. For disse temperaturene ble det også funnet en del usikkerheter i strømmålingene grunnet tilfeldigheter i strømnivå ved målinger. Stavene ble også utsatt for termisk sykling i henhold til IEEE st 1310 og identiske tester ble gjennomført. Termisk sykling viste seg å ikke påvirke stavene på en signifikant måte. Dielektrisk respons som en metode har stort potensiale, men trenger betydelige mengder med data manipulering. I tillegg er det nødvendig med data fra ikke-aldrede testobjekter for sammenligning. En megger som testutstyr fungere ikke tilfredsstillende nok ved testing av enkelt staver, men mer detaljert undersøkelse med gjentatt testing og andre testobjekter for å si noe med sikkerhet.

The majority of Norwegian hydropower generators have been in service for 40 or more years, meaning they are reaching the end of their expected lifetime. New operation conditions introduced in recent years makes condition assessment methods more important in order to understand the limitations and expected life of the equipment. This thesis has therefore explored dielectric response as a condition assessment method and validated a megger as potential test equipment for the method. Several service aged stator bars have been tested on different temperatures and voltages. The megger had significant problems producing credible results on lower temperatures due to the low current. The sensitivity level of the megger was found to be 1 nA. A current level in which results had noise of ±20-30 % current variation per second. Low currents tests also had the occurrence of negative DC currents, breaking with the theory. The megger was able to detect trends in the bars for tests above 90 °C and establish the individual bars DC conductivity and dielectric loss. For these temperatures there were also found some uncertainty in the current measurements from the megger caused by a randomness in current level when measuring. The bars were also subjected to thermal cycling according to IEEE st 1310 and identical tests were repeated. Thermal cycling was found to show no significant impact on the bars. Dielectric response as a method has great potential, but needs significant amount of data handling and data from unaged test objects for comparison. A megger as test equipment does not perform satisfactory on single stator bars but needs further detailed study with repeat testing and other test objects to say for certain.