Wasserkraftgenerator 40 MVA
Neuwicklung und Erregerumbau

Wasserkraftgenerator 40 MVA Neuwicklung und Erregerumbau
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Neuwicklung 40 MVA Generator
12.11.2018 | Nach über 50 Jahren Produktionseinsatz waren wichtige Maschinen- und Anlagenteile des Kraftwerks am Ende ihrer Lebensdauer angelangt und mussten ersetzt werden. So sollte am Generator die Statorwicklung mit höherer Leistung ersetzt, die Polradisolationen erneuert sowie ein neuer bürstenloser Erreger ohne Wellenabänderung inklusive Spannungsregler eingebaut werden. Mit den Instandhaltungsmassnahmen sollte sichergestellt werden, dass alle 4 Generatoren in den nächsten 40 Jahren problemlos laufen.

Prüfung des bestehenden Blechpakets
Nach Demontage des Rotors durch den Kunden wurde die bestehende Statorwicklung vor Ort ausgebaut. Die Reinigung des bestehenden Blechpakets wurde mit der eigenen CO2 – Anlage ausgeführt und die Statortrennungsisolationen zwischen den 4 Statorteilen erneuert.
Um den Zustand des Blechpakets eindeutig bestimmen zu können, wurde zuerst eine Hochinduktionsmessung durchgeführt, wobei das Blechpaket mittels Thermokamera auf Blechschlüsse hin überprüft wurde. Zusätzlich wurde das Blechpaket mit der Niederinduktionsmessung Nut für Nut kontrolliert und somit eine Fingerprintmessung für spätere Vergleichsmessung erstellt. Beide Messungen und die visuelle Kontrolle zeigten einen guten Zustand aller Blechpakete, worauf entschieden wurde, dass diese für den weiteren Betrieb wieder verwendet werden können.
  
Leistungserhöhung durch bessere Auslegung der Statorwicklung
Die Verwendung von hochwertigem Isolationsmaterial erlaubte bei der Neuauslegung der Statorwicklungen mehr Kupfer in die Stäbe einzubauen. Die verbesserten Einzelverluste und damit die mögliche Leistungserhöhung wurde im Vorfeld rechnerisch nachgewiesen, die Belastungsbereiche der Generatoren nach der Neuauslegung in einem Leistungsdiagramm dargestellt und während der IBS im Betrieb aufgezeigt. Durch den Einsatz ausgereifter Berechnungsprogrammen, modernster Fertigungstechnologien und neuester Materialien konnte eine Leistungssteigerung um mehr als 20% erreicht werden. Die gerechneten Reaktanzen und Zeitkonstanten wurden mit einem Stosskurzschlussversuch im Betrieb nach Einbau der neuen Wicklung nachgewiesen.
 
Nachrechnung der Rotorwicklung
Selbstverständlich muss die bestehende Rotorwicklung auch für die Leistungserhöhung der Statorwicklung ausgelegt sein. Dies wurde ebenfalls rechnerisch nachgewiesen, so dass keine Querschnittserhöhung der Rotorleiter notwendig war. Auf Grund des Nachweises der Wiederverwendbarkeit der Rotorwicklung wurde entschieden, dass somit die bestehende Windungsisolation und die Polkernisolation an allen Polen erneuert werden soll. Die Polkerne wurden parallel an den kritischen Stellen einer Rissprüfung unterzogen.
  
Qualitätskontrolle der Stabfertigung garantierte hochwertige Ausführung
Das epoxidharzgebundene Isoliersystem aus Glas- und Feinglimmerbändern wurde mittels Wickelautomat kontinuierlich mit konstantem Bandzug und gleichmässiger Überlappung auf den geröbelten Kupferstab aufgebracht. Jeder Wicklungsstab wurde am Ende gemäss den gängigen Vorschriften geprüft. Die ordnungsgemässe Funktion des Enden- und Aussenglimmschutzes sowie die Teilentladungsfreiheit in diesem Bereich bei Nennspannung wurde zusätzlich an jedem Stab mittels Teilentladungsortung nachgewiesen. Neben den umfangreichen elektrischen Prüfungen wurde mechanisch eine minimale Fertigungstoleranz im Nutteil des Stabes verlangt, welche durch Dimensionsmessungen an jeden Stab nachgewiesen werden musste.
 
Einbau der Statorwicklung vor Ort durch eigene Wickler
Alle Prüfungen und Vorgaben bei der Stabherstellung wurden erfolgreich bestanden, so dass der Einbau der Stäbe durch unsere eigenen Wickler problemlos erfolgen konnte. Da das bestehende Blechpaket wieder verwendet wurde, erfolgten die Arbeiten beim Kunden im Kraftwerk vor Ort. Nach Abschluss aller Arbeiten wurde die vorgesehene Hochspannungsschlussprüfung ohne Probleme bestanden.
Vor dem Einbau des Rotors wurde die tiefe Teilentladungstätigkeit an der Statorwicklung von einem unabhängigen Unternehmen durch Teilentladungsmessungen und Abscannen der Wicklungsköpfe mit einer Corona-Kamera überprüft und bestätigt.

Weniger Kohlenstaub Dank Umbau auf bürstenlose Erregung
Die vorhandene Haupterregermaschine mit Hilfserreger und Pendelgenerator sollte durch eine bürstenlose Erregung ersetzt werden, um die Verschmutzung mit Kohlenstaub im Betrieb zu verhindern. Bei der Neukonstruktion wurde der Kundenwunsch berücksichtigt, dass der neue Erreger an Stelle des bestehenden Erregers positioniert werden soll. Um dies realisieren zu können, mussten an der oberen Welle Längs- und Querbohrungen angebracht werden. Der Nachweis der ausreichenden Festigkeit der Welle nach Anbringen der Bohrungen wurde für verschiedene Lastfälle (u.a. im Kurzschluss und bei Durchgangsdrehzahl) rechnerisch nachgewiesen und zeigte, dass die Vergleichsspannungen in den Bereichen der bearbeiteten Welle unkritisch sind und die Arbeiten wie geplant ausgeführt werden können.
Der neue bürstenlose Erreger wurde so konstruiert, dass ein problemloser Zugang sowie ein einfacher Unterhalt möglich ist. Die Funktionsfähigkeit der Dioden und anderer Bauteile kann jederzeit ohne grosse Demontagearbeiten überprüft werden.
Für den Rotorerdschluss und für weitere Messzwecke wurden die bestehenden Schleifringe belassen und mit Messkohlebürsten ausgestattet. Der passende Spannungsregler wurde auf Kundenwunsch geliefert und vom Kunden in das bestehende System eingebaut.
 
Alles aus einer Hand
Das Projekt zeigt anschaulich das komplette Leistungsangebot der Gebrüder Meier im Bereich Retrofit von bestehenden Anlagen im Wasserkraftbereich. Durch den Einsatz von erfahrenen Mitarbeitern vor Ort in Kombination mit den notwendigen Messmitteln und modernen Berechnungsprogrammen konnten alle Anforderungen des Projektes vollständig erfüllt werden. Besonders zu erwähnen ist die gute Zusammenarbeit mit den Kundenmitarbeitern, so dass die Anlagen nach dem Umbau zur Zufriedenheit des Kunden übergeben werden konnten.

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