Hva betyr endret kjøremønster for maskinparkens levetid? Forum for generatorer 18-19.09.2007 Lars Søreide BKK Produksjon
Innhold Litt om BKK Produksjon og aggregatene Kjøremønstre Hva skjer under start og stopp i en generator Forskning på termisk sykling av statorviklinger Konsekvenser av nytt driftsmønster Levetidsbetraktninger Hvordan få generatorene til å tåle driftsmønsteret. 2
BKK Vestlandets eget kraftselskap 3
Virksomhetsområder Kraftproduksjon Nettvirksomhet Bredbånd Fjernvarme Rådgiving Kundeservice Enøk-tjenester 4
BKK har 180 000 nettkunder 30 egne vannkraftverk 19 500 kilometer med luftledninger og kabler 45 transformatorstasjoner i sentral- og regionalnettet 5300 nettstasjoner i distribusjonsnettet 5
Produksjon 2005 2004 2003 2002 2001 Vannkraftproduksjon middel GWh 6 608 6 531 6 531 6 520 6 472 Vannkraftproduksjon faktisk GWh 8 132 6 323 5 148 6 327 5 263 Installert ytelse (BKKs andel) MW 1 665 1 609 1 607 1 607 1 601 Magasinbeholdning GWh 2 708 2 234 1 960 985 2 091 Hel og deleide kraftverk antall 32 31 31 30 28 Andel kraftproduksjon i Norge prosent 6 6 5 5 4 Systempris - Nord Pool øre/kwh 23,5 24,2 29,1 20,1 18,6 6
Tilknyttede selskaper Tafjord Kraft AS (43,12 %) Tafjord Mimer AS (28,75 %) Sogn og Fjordane Energi AS (38,51 %) Sunnfjord Energi AS (37,45 %) Sognekraft AS (44,44 %) Fjordkraft AS (48,85 %) Småkraft AS (20 %) Sund Energi AS (42,92 %) Sunnhordland Kraftlag AS (33,44 %) Gasnor AS (20 %) Bergen Skogsvåg Ålesund Sandane Førde Vik Leirvik (Stord) Haugesund Himal Power Ltd. (23 %) Lalitpur, Nepal 7
8
BKK Produksjon sine kraftverk 30 vannkraftverk Installert effekt fra 1 til 330 MW 40 Generatorer Generatorytelse fra 1 til 150 MVA Alder fra 1918-2007 Eldre generatorer fra før 1965 med asfaltbasert isolasjonsmateriale er, med noen få unntak, viklet om. Ingen generatorer med moderne isolasjonssystem er viklet om, men større revisjoner etter ca 25 år. 9
Gammelt og nytt kjøremønster Vannkraftsystemet var planlagt og dimensjonert for mer kontinuerlig og sesongpreget drift. Regulerte etter forbruket. Rolig opplasting I dag utnyttes prisvariasjoner over døgnet, og aggregater står gjerne deler av døgnet når prisen er lav. Aggregatene kjøres raskt til ønsket last ved setpunkt-regulering. Aggregater kjøres mer på fullast enn før. 10
11 Kjøremønsteret til BKKs maskinpark Ikke så store endringer i kjøremønsteret de senere år. Kjøres fortrinnsvis nær bestpunkt og stoppes når pris og etterspørsel er lav. Fokus på å skape merinntekter. Fokus på start/stopp-kostnader. Prisforskjell mellom dag og natt hittil relativt liten. Start/stopp spesielt for Francis-turbiner pga spiss virkningsgradskurve. Går ofte dårlig på dellast. Pelton har flatere virkningsgradskurve og nedreguleres fremfor å stoppes. Ved behov for regulerstyrke i nettet går aggregater på dellast fremfor å stoppes. Større magasiner gir frihetsgrad i kjøremønster. BKK har en god del små. Konsesjonskrav som minstevannsføring medfører gjerne tidvis kjøring på lav last Kjøring på fullast er mer styrt av lokale forhold som fare for vanntap enn marked (foreløpig). Oppgradering av turbiner medfører økt maks last og fleksibilitet.
Start/stopp av aggregater i BKK P Stor spredning i antall start/stopp for de ulike aggregatene i BKK. Varierer fra 10 til 170 start/stopp i året. I perioder kan det gjerne være 2 starter i døgnet, i andre perioder kjøring i flere uker uten stans. 3 generatorer med original asfaltisolert vikling fra 1956-59 på 40 MVA kjøres skånsomt. De starter i snitt bare 10 ganger pr år. Peltonturbiner og lang brukstid. 12
13 Endret kjøremønster? Relasjon 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Antall start/stopp Ytelse MVA 1948 1954 1958 1962 1963 1972 1980 1984 1984 1986 1990 1994
14 Hva skjer ved start/stopp? Oppvarming under start gir temperaturforskjeller mellom blikk og vikling. Bevegelsen medfører at det oppstår slitasje på viklingens glimbeskyttelse med glimming og overslag som konsekvens. Viklingsisolasjonen løsner fra kobberet og det oppstår glimming i hulrommene. Buling av isolasjonen utenfor endene av sporet kan oppstå. Dårlige loddinger kan utvikle seg og gi varmgang. På polene vil det kunne oppstå sprekkdannelser og forskyvning av isolasjon på grunn av ulik temperaturutvidelse. Buckling kan oppstå på blikkpakkene. Økt slitasje og dermed økte vedlikeholdskostnader og kortere intervall mellom større revisjoner. Lagre Bremser
Forskningsresultater om termisk sykling av statorviklinger og levetidsbetraktninger Tapsfaktoren tan delta øker ved termisk sykling. Isolasjonssystemet brytes ned av partielle utladninger. Tan delta øker markant i forkant av gjennomslag. Vær obs på at tan delta-måling av en vikling representerer en middelverdi som kan skjule lokale feil. Micadur (vakuumimpregnert) benyttet f.eks av NEBB/ABB tåler mer termisk sykling enn eldre isolasjonssystemer. Isolasjonen hefter meget godt til kobberet. Thermalastic (benyttet av National Industri) er ikke like god ved sykling som Micadur. Entydig konklusjon om at levetiden reduseres, men resultatene har så stor spredning at det ikke kan fastslås hvor mye levetiden reduseres. Håndregler 1 start/stopp utgjør 10 driftstimer Start/stoppkostnad = Turbineffekt [MW]x10 + 1400 kr +/- 50 % 15 Kilde EBL-rapport
16 Erfarte konsekvenser av nytt driftsmønster Ikke entydig utvikling av feil basert på endringer i driftsmønster. Påkjenninger påført av kortslutninger i nettet verre enn start/stopp. Økt slitasje/aldring ventes å forkorte intervall mellom større revisjoner og rehabiliteringer. Oppgradering av turbin til høyere ytelse I mellomtiden oppleves større drifts- og vedlikeholdskostnader Bomstarter av ulike årsaker, for eksempel svikt i styresystem for hovedventil, strømningsvoktere, endebrytere og kontrollanlegg Utfall ved kjøring i urolig lastområde Vedlikeholdskostnader for effektbrytere Rengjøring av kjølere
Konsekvenser av nytt driftsmønster Varmgang i lodding i uttak forårsaket av temperaturvekslinger fra start/stopp og høyere last enn før? Kjøring med høylast / effektkjøring kan gi kjøleproblemer og forsert aldring. 17
18 Levetidsbetraktninger av viklinger sett fra BKK P Alder ved omvikling (asfaltbasert) fra ca 25 til 45 år. Fortsatt 3 generatorer med 50 år gammel vikling. Hvis leverandørens anbefalinger hadde blitt fulgt skulle disse viklingene vært byttet for lengst. Men hvorfor holder de ennå og hvor lenge holder de? Skånsom drift, pelton. Starter/stopper i snitt bare 10 ganger pr år! God dimensjonering, lave temperaturer og lav spenning. Relativt høy tan delta behøver ikke bety at levetiden er over. Gammel vikling tåler selvsagt mindre påkjenninger enn en ny vikling. Fortsatt drift er forbundet med større risiko. Undersøkelser har vist at asfaltbasert originalvikling varer kortere jo nyere årsmodellen er! (Produsert frem til ca 1965). Våre eldste viklinger med moderne isolasjonssystem nærmer seg 40 år. Trolig fortsatt en del levetid igjen før rehabilitering. Ikke nok historikk til å uttale oss om forventet levetid på nyere generatorer. Vi tror og forventer minst 40 år før rehabilitering, men vi frykter at knappere dimensjonering vil gi oss mer problemer og større variasjon i levetid.
Hva kan vi gjøre for å få generatorene i best mulig grad til å tåle det nye driftsmønsteret? Viktig at kilene holder stavene skikkelig på plass. Ved revisjon med rotor ute viser det seg ofte at sporkiler ikke er tilstrekkelige faste. Nye kiler og bølgefjær bør da innmonteres. I tillegg kontrollere at ytre surringer er faste. Termografering er en viktig tilstandskontroll for blant annet å avdekke dårlige loddinger i spoleholder, uttak og nullpunkt. Minske påkjenninger fra termisk sykling ved å øke temperaturen på stillstandsoppvarmingen. Trykkoljeavlastning. Modifisere startforløp. Redusere (termostatstyre) kjøling under start. Modifisere oljesirkulasjon i styrelagre under oppstart med oljebeholder over lagerhus og automatventil. God oppretting Tilstrekkelig kjøling for å oppnå lang restlevetid. Viktig ved turbinoppgradering. Husk rene kjølere Fin fasing av innfasingsautomatikk. Unngå å kjøre på ugunstig lastområde for turbinen 19
20 Takk for oppmerksomheten!