Generaattorin staattorin urakohtaisen osittaispurkausmittauksen kehitys
Aunola, Otto (2021)
Aunola, Otto
2021
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021052711817
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021052711817
Tiivistelmä
Generaattorin staattorin urakohtaisen osittaispurkausmittauksen avulla pyritään tarkemmin paikallistamaan staattorin ura-alueella tapahtuvia osittaispurkauksia. Purkausten mittaukseen työn toimeksiantajalla oli käytössään yksi itse valmistettu vanha mit-tausanturi. Tästä syntyi tarve uudelle anturille. Tavoitteena oli parantaa yrityksen toimitusvarmuutta uudella itse valmistettavalla anturilla sekä oppia ymmärtämään mittauksesta saatuja tuloksia paremmin.
Anturin rakenne on yksinkertainen ja tästä syystä suunnitteluvaiheen pääpaino kohdistettiin materiaalivalintoihin. Materiaalivalinnoissa tärkeintä oli ferriittisydämen oikean materiaalin valinta, jotta anturi saatiin toimimaan optimaalisesti halutuilla taajuuksilla.
Varsinainen kehitystyö liittyen anturin yksityiskohtaisiin rakenteellisiin ratkaisuihin suoritettiin määrällisen tutkimuksen keinoin tekemällä lukuisia koemittauksia eri anturimalleilla. Koemittauksia suoritettiin IEC 60270 standardin mukaisella osittaispurkausjärjestelmän testauskalibraattorilla sekä oikeilla osittaispurkauksilla. Osittaispurkauksia saatiin aikaa tekemällä vikoja sähkökoneen vyyhteihin ja syöttämällä niihin suurjännitettä vyyhtien ollessa maadoitetussa urassa.
Mittaustuloksista optimaalinen rakenne valikoitiin kvantitatiivisin sekä kvalitatiivisin perustein. Kehitetty anturimalli oli kaikilta ominaisuuksiltaan riittävän tarkka, jotta sillä voitaisiin korvata vanha käytössä ollut anturi. Koemittauksissa käytössä olevasta mittausjärjestelmästä löydettiin myös ominaisuus, jonka avulla havaittiin testausolosuhteissa järjestelmän herkkyyden parantuneen lähes kymmenkertaisesti. Slot specific partial discharge measurement is used for localizing partial discharges in generator stator slot area. For this measurement the client company had only one self-made sensor. From there came the need to develop a new sensor which could be used for slot specific partial discharge measurement. Goal was to improve the delivery reliability of this measurement and also to further enhance the knowledge about the measurement.
Structure of the sensor is rather simple, so therefore the main focus was concentrated on the materials of the sensor. Most important of which was the ferrite core, so that the sensor would work optimally in the required frequency domain.
The development work itself regarding structural details of the sensor was made with number of different models. Each model was tested with applying calibration pulses with IEC 60270 specified partial discharge calibrator to the test coils. Prototypes were also tested with real partial discharges. Partial discharges were caused by damaging the graphite coating of the coils and then applying high voltage to them whilst being in grounded slots.
Based on the data collected from the measurements the final design was chosen by qualitative and quantitative criterion. The sensor developed in the testing was found to be accurate enough in all aspects, so that the old sensor could be replaced in future. Also during testing a feature was found in the measuring system used for the measurement of partial discharges, that improved the sensitivity in testing environment by almost ten times.
Anturin rakenne on yksinkertainen ja tästä syystä suunnitteluvaiheen pääpaino kohdistettiin materiaalivalintoihin. Materiaalivalinnoissa tärkeintä oli ferriittisydämen oikean materiaalin valinta, jotta anturi saatiin toimimaan optimaalisesti halutuilla taajuuksilla.
Varsinainen kehitystyö liittyen anturin yksityiskohtaisiin rakenteellisiin ratkaisuihin suoritettiin määrällisen tutkimuksen keinoin tekemällä lukuisia koemittauksia eri anturimalleilla. Koemittauksia suoritettiin IEC 60270 standardin mukaisella osittaispurkausjärjestelmän testauskalibraattorilla sekä oikeilla osittaispurkauksilla. Osittaispurkauksia saatiin aikaa tekemällä vikoja sähkökoneen vyyhteihin ja syöttämällä niihin suurjännitettä vyyhtien ollessa maadoitetussa urassa.
Mittaustuloksista optimaalinen rakenne valikoitiin kvantitatiivisin sekä kvalitatiivisin perustein. Kehitetty anturimalli oli kaikilta ominaisuuksiltaan riittävän tarkka, jotta sillä voitaisiin korvata vanha käytössä ollut anturi. Koemittauksissa käytössä olevasta mittausjärjestelmästä löydettiin myös ominaisuus, jonka avulla havaittiin testausolosuhteissa järjestelmän herkkyyden parantuneen lähes kymmenkertaisesti.
Structure of the sensor is rather simple, so therefore the main focus was concentrated on the materials of the sensor. Most important of which was the ferrite core, so that the sensor would work optimally in the required frequency domain.
The development work itself regarding structural details of the sensor was made with number of different models. Each model was tested with applying calibration pulses with IEC 60270 specified partial discharge calibrator to the test coils. Prototypes were also tested with real partial discharges. Partial discharges were caused by damaging the graphite coating of the coils and then applying high voltage to them whilst being in grounded slots.
Based on the data collected from the measurements the final design was chosen by qualitative and quantitative criterion. The sensor developed in the testing was found to be accurate enough in all aspects, so that the old sensor could be replaced in future. Also during testing a feature was found in the measuring system used for the measurement of partial discharges, that improved the sensitivity in testing environment by almost ten times.