Tidsdomene dielektrisk respons for tilstandskontroll av statorviklinger fra driftsaldret vannkraftgenerator

Abstract

Flertallet av generatorer i norske vannkraftverk har allerede passert forventet levetid. For å undersøke om generatorene fortsatt kan benyttes etter endt forventet levetid, kan de analyseres og diagnostiseres. Feilene som oftest resulterer i havari forekommer i isolasjonen til statorviklingene. Det er nettopp isolasjonen til statorviklingene som blir nøyere undersøkt i denne studien ved å benytte dielektrisk responsmåling. En generatorstav som er driftsaldret i 52 år, hentet fra Suldal I generator G2 blir undersøkt. Målingene blir utført med Megger S1-1568: En likestrømsisolasjonstester som er enkel i bruk og portabel. En påtrykt likespenning vil gi resultat i tidsplanet og for å regne om dette til frekvensplanet blir det benyttet Hamon approksimasjon. Siden måleobjektet i denne studien aldri blir fullstendig polarisert vil måleresultatet aldri bli ren likespenning, men heller VLF(Veldig lav frekvens). Hovedformålet er å oppdage aldringstegn i isolasjonen, dette blir gjort ved å undersøke spenningsavhengihet, frekvensavhengighet og temperaturavhengigheten til dielektrisk respons. Studien tar óg for seg om Megger S1-1568 kan benyttes til måling av tapsfaktor tan 𝛿. Studien konkluderer med at Megger S1-1568 er et egnet instrument til å utføre målinger av tapsfaktor, om visse forbehold utvises ved bruk. Polarisasjonindeksen tilsier at isolasjonen er i utmerket stand, uten tegn til aldring. Studien konkluderer med at det er for mye frekvensavhengighet i dielektrisk respons til å sikkert kunne sammenligne målte tan 𝛿 verdier med tidligere målte tan 𝛿 verdier ved frekvenser utenfor målt område. Studien har observert en ikkelineær spenningsavhengighet mellom 8kV og 9kV. Dette spenningsnivået samsvarer med PDIV (partial discharge inception voltage) funnet i tidligere studier på generatorstaver fra samme generator. Ved både omtrent 70◦𝐶 og ved omtrent 100◦𝐶 inntreffer det ulineariteter i målingene av dielektrisk respons og ledningsevne. DSC termisk analyse bekrefter at det forekommer endringer i de termiske materialegenskapene ved samme temperaturer.

The majority of generators in Norwegian hydropower plants have already exceeded their expected service life. To investigate whether the generators can still be used after the end of their expected service life, they can be analyzed and diagnosed. The faults that result in a breakdown most often occur in the insulation of the stator windings, which are examined in more detail in this study by using dielectric response measurements. A stator bar that has been in operation for 52 years, extracted from Suldal I generator G2 is being examined. The measurements are performed with Megger S1-1568: A direct current insulation tester, that is simple to operate and portable. An applied direct voltage gives results in the time domain, and to convert to the frequency domain, Hamon approximation is utilized. Since the stator bar in this study is never completely polarized, the measurement result will never be pure DC voltage, but rather VLF (Very low frequency). The main purpose is to detect signs of aging in the insulation, this is done by examining voltage dependence, frequency dependence and the temperature dependence of the dielectric response. The study also addresses the use of Megger S1-1568 for measuring dielectric loss factor tan 𝛿. The study concludes that the Megger S1-1568 is a suitable instrument for performing dielectric loss factor measurements, if certain precautions are demonstrated during use. The polarization index indicates that the insulation is in excellent condition, with no signs of aging. The study concludes that there is too much frequency dependence in the dielectric response to be able to reliably compare the values to frequencies outside the measured range. The study has observed a nonlinear voltage dependence between 8kV and 9kV. This voltage level corresponds to PDIV (partial discharge inception voltage) found in previous studies on generator rods from the same generator. At about 70◦𝐶 and at about 100◦𝐶, nonlinearities occur in the measurements of dielectric response. DSC thermal analysis confirms that there are changes in the thermal material properties at the same temperatures.