Optimal tilstandsovervåkning -

Transkript

1 Optimal tilstandsovervåkning - Hvordan kombinere kontinuerlig overvåkning med periodiske målinger og kontroller Vedlikeholdsforum Gardermoen 1-2. juni 2010 Presentert av Halvard Bjørndal, Norconsult

2 Innledning Tilstandsovervåkning av aggregatene har som hovedmål: Avdekke slitasjer på et tidlig tidspunkt slik at driftsikkerhet og virkningsgrad holdes på et høyt nivå og vedlikehold/revisjoner kan utføres planlagt Gi alarm, eventuelt stans, idet skader oppstår (slitasjen når kritisk verdi) Forhindre følgeskader når skader har oppstått Tilstandsovervåkingen må tilpasses det enkelte aggregat ut fra konstruksjon, driftsforhold og produksjonstap ved eventuelle havari Dette foredraget vil ta for seg noen momenter som bør vurderes når man søker å få til en optimal tilstandsovervåkning 2

3 Hva kjennetegner vannkraftaggregater Meget lang levetid Hovedstrukturer: >100 år Generator: rehabiliteringsintervall år Høytrykksturbiner: rehabiliteringsintervall 25 år Lavtrykksturbiner: rehabiliteringsintervall 40 år Kontrollanlegg: år (avhenger av reservedeler etc.) Unike, alle vannkraftverk er forskjellige og både driftsmønster og driftsforhold varierer Høy pålitelighet, gjennomsnittlig oppetid >99% Lite vedlikeholdsbehov De fleste slitasjer utvikles over lang tid og kan oppdages med periodiske inspeksjoner, mens andre opptrer som plutselige havari Store produksjonstap ved havari på elvekraftverk og ved lange stopp som gir vanntap i magasinverk 3

4 Tilstandskontroll i vannkraft - Hvorfor? Fly Vannkraft Mange identiske enheter Driftsforholdene er like Sannsynligheten for feil kan bli forutsagt basert på statistiske metoder Vedlikeholdsintervallene bestemmes ut fra antall driftstimer og antall landinger Hvert anlegg er forskjellig Driftsforholdene varierer betydelig Sannsynligheten for feil varierer sterkt (få entydige slitasjemekanismer) Stor variasjon i optimalt vedlikeholdsintervall mellom aggregater, tilstandvurdering lukker dette gapet 4

5 Tilstandsovervåkning Metode: Hensikt: Eksempel: Vern Trending Inspeksjoner og testing Demontering og rehabilitering Fange opp plutselige endringer og begrense skader Fange opp sakte endringer i signaler/avlesninger som ikke merkes fra uke til uke Fange opp feil og slitasje som ikke oppdages med vanlig instrumentering. Intervallene bestemmes ut fra tid, driftstid, belastning etc. Utføres når det er teknisk/økonomisk riktig å fornye enheten. Baseres på kunnskap fra foregående punkter. Kortslutning, vibrasjon, akselstrøm etc. Temperatur, vibrasjon, spaltelekkasje etc. Sprekkontroll i løpehjul, kavitasjonskader, passrust i stator. 5-årig vibrasjonskontroll etc. 5

6 Eksempel på vern Vannkraftrotorer påvirkes av statiske og dynamiske krefter. Disse kan være mekaniske, magnetiske og hydrauliske. Vibrasjonsvern vil avsløre endringer i disse kreftene. Normal benyttes to avstandsgivere ved hvert lager pluss noen akselerometre. Magnetiske krefter Mekanisk ubalanse X Hydrauliske krefter Y 6

7 Eksempel på manglende trending Aggregatet hadde installert vibrasjonsvern Relativ akselposisjon, avstand avstandsgiver - aksel (GAPverdi) ble avlest og notert periodisk Ingen evaluering av de noterte dataene hadde blitt utført før man fikk lagerhavari Vår gjennomgang av dataene viste at årsaken til havariet var setninger i stasjonen som ga kantpress i turbinlageret, noe som kunne ha blitt avdekket i god tid før havariet Endring av akselposisjon utfra GAP verdi [Relativt radiell lagerklaring] Øvre gen.lager Nedre gen.lager Turbinlager Dato [ år] Havari 7

8 Inspeksjoner og testing Inspeksjonsintervallene må tilpasses forventet skadeutvikling Kritiske inspeksjons intervaller Unit A Unit B Unit C Class 4 Immediate action before further operation Hvis intervallene blir for korte, må man vurdere permanent overvåkning (kritiske komponenter), eller man lar det gå til havari (komponenter som enkelt byttes) Condition Time Class 3 Action required Class 2 Deviation detected, no action required Class 1 No indication, "Status as new" 8

9 Inspeksjoner og testing - eksempel Intervallene for sprekkontroll av Pelton løpehjul må settes ut fra forventet sprekkvekst. En liten sprekk som overses ved en inspeksjon må ikke kunne vokse seg kritisk før neste inspeksjon. 9

10 Manuelle inspeksjoner Manuelle inspeksjoner utført periodisk er fortsatt en basis for tilstandsevaluering Enkelte feil avdekkes best ved visuelle inspeksjoner: Passrust i blikkpakke Kavitasjonsskader Sprekker i løpehjul (kombineres med NDT metoder) En trenet operatør avdekker ofte feilutviklinger tidligere enn de beste tilstandsovervåkningssystemer 10

11 Periodiske målinger avdekket løse kiler Før turbinrevisjon ble det foretatt en omfattende vibrasjonsmåling og analyse av aggregatet Analysen avdekket økning i vibrasjoner ved polpasseringsfrekvensen, noe som indikerer dårlig innfesting av statorviklinger (løse kiler) Omkiling ble planlagt og utført i forbindelse med revisjonen Dette er feil som utvikler seg svært sakte og som fanges opp av periodiske målinger for eksempel hvert 5 år. Vibrasjonsnivå ved polpasseringsfrekvensen 100 Hz [mm/s 0-peak] Omkiling Dato [ år] 11

12 Kontinuerlig overvåking versus periodisk målinger Kontinuerlig overvåkning Avdekker feil som utvikles raskt og forhindrer følgeskader Ved ubemannede stasjoner kreves det mer overvåkning for sikker drift Levetiden på sensorer og overvåkningselektronikk er vesentlig kortere enn levetiden på selve aggregatet. Ved omfattende instrumentering gir dette redusert tilgjengelighet på grunn av hyppigere feil (flere komponenter gir kortere feilintervall) Ofte vanskelig å stille inn slik at man får varsel tidlig i feilutviklingen Periodisk målinger og kontroller Tilpasses anlegget og den aktuelle driftsituasjonen for målingen Ved å sammenligne med tidligere målinger kan feilutvikling og slitasje ofte avdekkes på et tidlig tidspunkt En fullstendig analyse bør utføres før revisjon slik at feil på andre komponenter kan avdekkes og inkluderes. Ekstra målinger utføres ofte med grunnlag i trendvariasjoner 12

13 Innstilling av kontinuerlig overvåkning og vern Kontinuerlig overvåkning og vern installeres ofte med standardverdier for alarmnivå uten nærmere analyser eller tilpassinger Dette medfører at man får begrenset nytte av vernfunksjonen ved at det kreves store endringer før man får varsel/alarm. I andre tilfeller kan man få unødvendige stopp ved at vernet har for trange grenser, spesielt ved oppstart eller lastutkobling. (Vi har til og med opplevd at ny elektronisk turbinregulator har blitt installert med standardverdier ) Ved installasjon og idriftsettelse bør man analysere normalverdiene samt vurdere driftsforholdene og stille inn alarmnivåene ut fra dette. Ofte settes grensene litt høyt til å begynne med, for så å justeres ned når man får mer driftserfaring. 13

14 Lager Årsaker til klining / plastisk deformasjon Skjevlast Statisk overlast For høy driftstemperatur Svikt i oljetilførselen Svikt i trykkoljeavlastning Feil i lagermetallet Vibrasjoner 14

15 Lager måle- og kontrollmetoder Overvåkning av: Temperatur Sirkulasjon Væskemengde Nivå Trykk Lagerspenning Akselstrøm Vibrasjonsnivå Lagerbelastning Overvåkningssted: Lagersegmenter, lagerskåler, varm og kald smøreolje Varmt og kaldt kjølevann Smøreolje, kjølevann Smøreolje, kjølevann Smøreolje i lagerhus/oljetank Avlastningstrykk aksiallager Driftstrykk smøreolje, differensialtrykk oljefilter Driftstrykk kjølevann, differensialtrykk kjølevann Spenning over lagerisolasjon Sirkulerende strøm i aksel/ lagersystem Armkryss, lagerbukker Trykkpute, Pivot eller Spindel for aksiallager Av disse funksjonene er det enkelte som er langt viktigere enn andre, spesielt gjelder dette: Temperatur: I lagersegmenter og lagerskåler, fordi enhver kritisk feil eller forandring, både i selve lageret og i andre deler av systemet som regel gir utslag i øket lagertemperatur. Lagerspenning/akselstrøm: Fordi feil på lagerisolasjonen medfører akselstrømmer som på kort tid ødelegger lagerflatene og nesten uten unntak medfører brå og hurtige lagerhavarier. Vibrasjonsnivå: Fordi oljefilmen kan brytes ned p.g.a. dynamiske overbelastninger, og fordi lagermetall, lagerinnfesting, opplagerflater etc. kan påføres skader ved lengre tids kjøring med for høye vibrasjonsnivåer. 15

16 Tømme og lenseanlegg Kilden til drukning av stasjonen Viktig med periodisk testing og inspeksjon av kjølevannsanlegget Test alltid vekslingen mellom hoved- og reservepumpe samt eventuell ejektorfunksjon Vær spesielt oppmerksom på korrosjon der hvor rørene går inn i betongen Stenge- og revisjonsventiler Omløpsventil Strupeventil for tømming av trykksjakt Ejektor Undervann Separate rør for hver pumpe/ ejektor opp til over vannspeilet i undervann Tømmeventil for sugerør Lensepumper 16

17 Konklusjon Et systematisk tilstandsovervåkningsprogram hvor man kombinerer kontinuerlig overvåkning med periodiske målinger og kontroller gir det beste resultatet På grunn av vannkraftsaggregaters lange levetid og ofte langsomme slitasje/skadeutvikling, bør kontinuerlig overvåkning primært brukes på skader som oppstår raskt eller som har et stort skadepotensial Periodiske målinger og kontroller brukes for å avdekke slitasje/ skader som utvikles over tid. Dette reduserer investeringer og vedlikehold/ kalibrering av overvåkningsutstyr Sørg for å analysere all tilgjengelig informasjon minst en gang om året for å avdekke feilutvikling/endringer så tidlig som mulig Det bør lages et gjennomtenkt program for hvert aggregat hvor en benytter alle de nevnte metoder til å fange opp feilutvikling som kan føre til kostbare skader eller overhalinger. 17