Ergebnisbericht Verschleiß elektrischer Komponenten bei Blindleistungslieferung

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1 Ergebnisberich Verschleiß elekrischer Komponenen bei Blindleisungslieferung Jens Paezold

2 1. Verschleißmechanismen an elekrischen Komponenen Der Inhal dieser Unersuchung bezieh sich auf bekann Verschleißmechanismen welche durch die Lieferung von Blindleisung an elekrischen Komponenen von Erzeugungsanlagen aufreen. Der Fokus der Unersuchungen bezieh sich auf folgende Komponenen: Generaor Maschinenransformaor Sufenschaler des Maschinenransformaors Eigenbedarfsransformaor Sufenschaler der Eigenbedarfsransformaoren Erregeranlage Generaorableiung Generaorleisungsschaler Als Verschleißmechanismen sind folgende Einflüsse bekann: Wärmeeinrag durch erhöhe Srombelasung Verschleiß durch erhöhe Schalhäufigkei der Sufenschaler Magneische Kräfe Schwingungen 2. Generaor Die Unersuchungen zum Generaor wurden durch Sensoplan durchgeführ /9/. Die bekannen Mechanismen der Beanspruchung von Saor und Roor wurden in den Tabellen 1 und 2 zusammengefass dargesell. Deaillier wurden Alerungsmechanismen am Beispiel eines lufgekühlen Generaors im Leisungsbereich von MVA analysier und bzgl. des zusäzlichen Insandhalungsaufwands für die folgenden Verschleißmechanismen bewere: Mechanische Wechselbelasung der hoch belaseen Bereiche des Roorwicklungskupfers Mechanische Wechselbelasung des Schrumpfsizes zwischen Roorkappe und Roorballen Dehnungsbehinderungen im Saorwickelkopf durch hermische Ausdehnung / Konrakion relaiv zu Blechpake / Pressplae Sezeffeke in der Saornu, die zu Lockerungen der Nuverkeilung führen 2

3 Tabelle 1: Schadensmechanismen Saor Blech Veränderlicher Saorsrom Abrieb, Verformung Blechisolaion Hoher Saorsrom Abrieb Alerung Schichbalken Hoher Saorsrom, Hoher magneischer Fluß Thermische Überlasung Baueil Ursache Mechanisch Thermisch Thermomechanisch Schichbalkenisolaion Spannbolzen, Spannbolzenisolaion Pressplae, Pressfinger, im Bereich der Abreppung Blech und Wicklung Wicklung, Nufüllung, Wickelkopfabsüzung Wicklung, Nufüllung, Wickelkopfabsüzung Wicklung, Wickelkopfabsüzung Gehäuse Flexverbinder Hoher Saorsrom, Veränderlicher Saorsrom Veränderlicher Saorsrom Kapaziiver Berieb, hoher Saorsrom, hohe magneische Felder Hoher Saorsrom, indukiver Berieb Veränderlicher Saorsrom Schwingungen aufgrund hohen Saorsroms, evl. Resonanznähe Hoher Saorsrom, Schwingungen aufgrund hohen Saorsroms Hohe Saorsrom Saorsromänderungen Abrieb Abrieb Versagen von Klebeverbindungen und Absüzelemenen im Wickelkopf, Ermüdung Abrieb, Ablösung Isolaionshülse vom Kupfer, Versagen von Klebeverbindungen Abrieb / Verschleiß der Isolaion, Lockerung, Ermüdung Ermüdung Ermüdung Thermische Überlasung Alerung Ermüdung der Wellfedern, Alerung Wicklungsisolaion Ablösung der Isolaionshülse Ausleiung Hoher Saorsrom Ermüdung, Abrieb Alerung 3

4 Tabelle 2: Schadensmechanismen Roor Baueil Ursache Mechanisch Thermisch Elekrisch Isolaionskomponenen Hoher Erregersrom Isolaionskomponenen Veränderlicher Erregersrom Abrieb, Ermüdung Nuausri Zwischenisolaion Hoher Erregersrom Versagen von Klebeverbindungen aufgrund von axialen Kräfen Wickelkopfabsüzung Hoher und veränderlicher Erregersrom Wicklungskupfer, Wicklungsanschluss, Polverbinder Roorkörper Schrumpfsiz Top Tooh Kappe Keile Schleifringe und Bürsen Veränderliche/r Erregersrom / Drehzahl Veränderliche/r Erregersrom / Drehzahl Veränderliche/r Erregersrom / Drehzahl Veränderliche/r Erregersrom / Drehzahl Veränderliche/r Erregersrom / Drehzahl Hoher Erregersrom Abrieb, Belasung durch hohe Axialkräfe Ermüdung, Verformung, Abrieb Abrieb, Ermüdung Ermüdung Ermüdung Ermüdung Verschleiß, Abrieb Alerung Alerung Alerung Alerung Windungsschluss, Erdschluss Die Ergebnisse der Unersuchungen zeigen signifikane Einflüsse durch die unersuche Blindleisungsänderung auf die Lebensdauer des unersuchen Generaors für die beiden folgenden Komponenen: - Roorzahn im Schrumpfsizbereich - Eckverbinder der Roorwicklung Da die Lebensdauer dieser Komponenen durch zwei unerschiedliche Schadensmechanismen in ihrer Lebensdauer beeinfluss wird, wurde die Lebensdauerausnuzung mi der Hypohese der linearen Schadensakkumulaion nach Palmgren-Miner bewere. Die ausführlichen Ergebnisse sind im Berich/9/ dokumenier. Weiere Beanspruchungen, insbesondere im kapaziiven Bereich wurden nich deaillier unersuch, sondern nur als Wirkmechanismus beschrieben. 4

5 3. Maschinenransformaor Für die Maschinenransformaoren sind folgende Beanspruchungen durch Blindleisungslieferung idenifizier worden: zusäzlicher Wärmeeinrag durch höheren Belasungssrom zusäzliche Beanspruchung von Sufenschalern durch häufigere Regelanforderungen Nich berache werden in diesem Zusammenhang Veränderungen der Indukion des Kerns und möglicherweise erhöhe Spannungsbeanspruchung der Isolaion des Transformaors, da beide Beanspruchungen auch ohne erhöhe Blindleisungslieferung der Erzeugungsanlage abhängig vom Niveau der Nezspannung aufreen können. 3.1 Beanspruchung durch höheren Wärmeeinrag Verglichen werden folgende Leisungsszenarien: 1. Leisungsabgabe 100% Bemessungsscheinleisung; cosϕ=0,9 2. Wirkleisung unveränder, Blindleisung 0 (ensprich 90% Bemessungsscheinleisung; cosϕ=1) Demensprechend ergib sich für beide Fälle folgender Belasungssrom: 1. I Trafo = 1,0 I rtrafo 2. I Trafo = 0,9 I rtrafo Die unersuchen Fälle gehören zum Normalberieb von Transformaoren, das bedeue, dass die Beriebsgrößen wie Beriebsspannung, Beriebssrom, Beriebsfrequenz und die Beriebsbedingungen wie Umgebungsemperaur und Kühlregime in den für den sändigen, ununerbrochenen Berieb zulässigen Grenzen liegen./2/ Die Verluse eines Transformaors (P V ), die zu dessen Erwärmung führen sezen sich aus den Leerlaufverlusen (P lr ) und den Kurzschlussverlusen (P kr )(lasabhängige Verluse) zusammen. P V = P lr + P kr I I Trafo rtrafo 2 [3.1] 5

6 Tabelle 3: Beispieldaen Transformaoren Übersezung Baujahr S rtrafo / MVA u k /% P kr / kw P lr / kw P kr / P lr 236±5%/ ,3 420±11,25%/ , ,4 420±11,25%/ , ,3 420±11,25% / , ,4 407,38/ ,0 Im Leisungsbereich der zu unersuchenden Maschinenransformaoren ergib sich ein näherungsweise anzunehmendes Verhälnis P kr / P lr =6. Dieses Verhälnis wird in der IEC /1/ mi R bezeichne. Bei Berücksichigung dieses Ansazes ergib sich für das Verhälnis der Transformaorverluse aus Beriebsfall 2 zu Beriebsfall 1 P V2 /P V1 =0,837. Die höheren elekrischen Verluse führen im Transformaor zu einem höheren Wärmeeinrag. Wird dieser höhere Wärmeeinrag nich abgeführ, so reduzier sich die erwaree Lebensdauer der Isolaion des Transformaors. In der IEC wird die Temperaurvereilung innerhalb von Transformaoren schemaisch in folgender Grafik dargesell. 6

7 Abb. 1: Temperaurverlauf im Transformaor nach IEC /1/ A B C D P Q g r H Ölemperaur Kessel oben Ölemperaur Wicklung oben (Mischemperaur) durchschniliche Ölemperaur im Kessel Ölemperaur Wicklung unen Ho-spo Temperaur Milere Wicklungsemperaur Gradien zwischen durchschnilicher Wicklungsemperaur und durchschnilicher Ölemperaur Ho-spo-Fakor Um den Effek der Lebensdauerverkürzung zu vermeiden muss die Kühlleisung der Kühlanlage geseiger werden. Empfohlen wird von Hersellern der Berieb von Transformaoren mi möglichs konsaner Temperaur, um ein amen des Transformaors und somi einen zusäzlichen Beirag zur Alerung auszuschließen. 7

8 Bei den in Krafwerken für die Maschinenransformaoren verwendeen Kühlsysemen handel es sich in Deuschland häufig um Transformaoröl-Wasserkühler mi einer gericheen Srömung im Transformaor. Tabelle4: Typische Leisungsklassen von Transformaor-Kühlanlagen (Wasserkühler) /3/ Kühlerparameer Nennleisung kw Ölsrömung m 3 /h Wassersrömung m 3 /h 51 62,5 75,0 152,0 171,5 Druckverlus Öl bar 0,50 0,61 0,55 0,80 0,9 Druckverlus Wasser bar 0,16 0,19 0,18 0,35 0,19 Diese Kühlanlagen beziehen ihr Wasser in der Regel aus dem Kühlsysem des Krafwerkes. Eine emperaurabhängige Regelung der Kühlung is einerseis möglich durch eine geziele Zu- bzw. Abschalung von Pumpen, bzw. wenn konsrukiv vorgesehen durch eine Drehzahlregelung der Öl- Pumpen. Hierfür is allerdings bei OD-Kühlung eine exake Kennnis des Temperaurverhalens der Wicklungen des Transformaors nowendig, so dass eine Reihe von Bereibern die Kühlanlagen immer mi maximaler Ölpumpenleisung bereiben. Die gesame Ölpumpenleisung bei MVA- Transformaoren schwank je nach konsrukiver Ausführung in der Regel im Bereich von 12 kw bis 20 kw. Bei lufgekühlen Transformaoren is allerdings eine Seuerung der Lüfer (Drehzahlregelung) zur Temperaurseuerung und Beeinflussung der Geräusche heue als Sandard anzusehen. Bei konsaner Kühlleisung sell sich bei Leisungsveränderung ein Temperaurverlauf ein, wie in Abb. 2 dargesell. 8

9 Θ h Θ o Ho-spo Temperaur der Wicklung Ölemperaur Kessel oben K1 1,0 K2 0,6 K3 1,5 K4 0,3 K5 2,1 Abb. 2: Beispiel für Temperaurverläufe abhängig von sufenweisen Veränderungen des Lassromes /1/ Der formelmäßige Zusammenhang/1/ des dargesellen Verlaufes is in folgenden Formeln für den Temperauransieg [3.2] und den Temperaurabfall [3.3] beschrieben. 2 x 1 + R K Θh ( ) = Θa + Θoi + Θor Θoi f1( ) + Θhi + r hi 2 1 R + [3.2] y { Hg K Θ } f ( ) 9

10 Θ + Hg R R ( ) x 2 x 1 + R K 1 + R K h ( ) = Θa + Θor + Θoi Θor f3 r K y [3.3] Die Funkion f 1 () beschreib den relaiven Ansieg der oberen Ölemperaur nach folgendem Zusammenhang: ( = k11 τ 0 f ) 1 1 e [3.4] Die Funkion f 2 () beschreib den relaiven Ansieg des Ho-spo-op-Öl-Gradienen nach folgendem Zusammenhang: f 1 e ( k 1) e τ 0 = k22 τ w k22 2 ( ) k Die Funkion f 3 () beschreib den relaiven Abfall des Ho-spo-op-Öl-Gradienen nach folgendem Zusammenhang: k11 τ 0 f ) = e [3.6] 3( Die verwendeen Parameer sind ransformaorspezifisch. Für gerichee Ölsrömungen (OD- Kühlung) wie sie bei Maschinenransformaoren häufig verwende wird, sind folgende Parameer empfohlen /1/ [3.5] Öl-Exponen x=1,0 Wicklungs-Exponen y=2,0 Konsane k 11 k 11 =1,0 Konsane k 21 k 21 =1,0 Konsane k 22 k 22 =1,0 Zeikonsane τ 0 τ 0 =90min Zeikonsane τ w τ w =7min Verlusfakor R R=6 Ho-spo-Fakor H H=1,3 Umgebungsemperaur Θa=20 C Ho-spo-o-op-oil (Bemessungssrom) ΔΘ hr =78 K Top-oil rise (Bemessungssrom) ΔΘ or =49 K Ho-spo-o op-oil gradien Hgr=29 Top-oil rise (Sar) ΔΘ oi Ho-spo-o-op-oil (Sar) ΔΘ hi 10

11 Mi den vorgeschlagenen Parameern ergeben sich folgende Funkionen: e = 90min 1( ) 1 f f e = 7 min 2( ) 1 f 3 ( ) = e 90min [3.7] Mi den angegebenen Sandardparameern erfolgen im Folgenden Temperaurabschäzungen für den Berieb bei ausschließlicher Wirkleisungslieferung im Vergleich zum Berieb mi Bemessungssrom (Nennberieb). Ausgehend von einem angenommenen saionären Zusand bei Bemessungssrom mi den Sarweren ΔΘ oi =78 K und ΔΘ or =49 K wird mi Gleichung [3.2] der saionäre Zusand für die Belasung nur mi Wirkleisung also K=0,9 ermiel. Es ergib sich für K=0,9 folgender saionärer Endwer: Θ h (= )=87,12 C Sarwere für die folgende Erwärmungsberechnung sind dann: ΔΘ oi =38,12K ΔΘ hi =67,12K Als saionärer Endwer ergib sich hier wieder bei Bemessungssrom der Wer: Θ h (= )=98 C. Die Anwendung der Monsinger-Regel für den Lebensdauerverbrauch von Isolaionspapier besimm sich gemäß /1/ nach: V ( Θh 98K ) 6 = 2 [3.8] Für den ermielen saionären Wer von Θ h (= )=87,12 C ergib sich dami ein Lebensdauerverbrauch von V=0,285. Der Lebensdauerverbrauch über mehrere Zeiabschnie besimm sich nach: 11

12 L = 2 1 Vd L = oder N n= V n n 1 [3.9] Bei einem angenommenen Laswechsel von 12h Bemessungsleisung, 12h reine Wirkleisung ergib sich ein spezifische Lebensdauerverbrauch von 0,6425. Tabelle 5: Lebensdauerverbrauch / Lebensdauer Beispiel für angenommene Lasszenarien S Tr = P n 50 % Zei: S Tr = S n ; S Tr = S n 50 % Zei: S Tr = P n Lebensdauerverbrauch 0,285 0, Lebensdauer / Beispiel 80 a 35 a 22,5a 3.2 Beanspruchung der Sufenschaler durch vermehre Blindleisungsregelanforderungen Maschinenransformaoren mi Sufenschalern sind für die Erfüllung der Regelanforderungen bei der Blindleisungslieferung heue häufig mi auomaischen Einrichungen versehen, die ihr Anforderungssignal vom Nezbereiber erhalen. Die Veränderung der Blindleisungslieferung eines Krafwerkes wird in diesem Fall durch eine Veränderung der Sufensellung des Sufenschalers eingeleie. MR als Herseller für Lassufenschaler empfiehl für seinen Sufenschaleryp R III 1200 als Inspekionsabsand 7 Jahre bzw. eine Schalzahl von Schalungen, abhängig davon was zuers erreich wird./4/ Die Zahl der Eingriffe der Sufenschaler ha sich in den lezen Jahren abhängig vom Krafwerkssandor von einzelnen per Handsufung durchzuführenden Schalungen auf derzei ca ägliche Eingriffe erhöh. Dami verkürz sich der empfohlene Inspekionszyklus von 7 Jahre auf 6 Jahre. Die in der Praxis durchgeführen Inspekionsinervalle liegen ypischerweise zwischen 5 und 7 Jahren. Es ergib sich hier also derzei durch vermehres Schalen der Sufenschaler noch kein erkennbarer Mehraufwand an Inspekionsleisungen. 4. Eigenbedarfsransformaoren Für die Eigenbedarfsransformaoren gelen die gleichen Beanspruchungen durch Blindleisungslieferung wie für die Maschinenransformaoren: 12

13 zusäzlicher Wärmeeinrag durch höheren Belasungssrom zusäzliche Beanspruchung von Sufenschalern durch häufigere Regelanforderungen Als Besonderhei is hier jedoch zu berachen, dass der erhöhe Belasungssrom für Eigenbedarfsransformaoren nich durch den Blindleisungsranspor, sondern durch die erhöhe Bereisellung von Erregerleisung erfolg, sowei die Erregeranlage aus dem Eigenbedarfsnez versorg wird. Werden Maschinenransformaoren nich mi Sufenschalern ausgerüse, so müssen Eigenbedarfsransformaoren zum Zweck der Spannungsregelung der Eigenbedarfsspannung mi Sufenschalern ausgerüse sein. In diesem Fall erfolg die Blindleisungsregelung direk über den Spannungsregler des Generaors. 4.1 Beanspruchung durch höheren Wärmeeinrag Verglichen werden folgende Leisungsszenarien: 1. Leisungsabgabe 100% Bemessungsscheinleisung; cosϕ=0,9 2. Wirkleisung unveränder, Blindleisung 0 (ensprich 90% Bemessungsscheinleisung; cosϕ=1) Für GuD-Anlagen lassen sich die folgenden Abschäzungen reffen. Generaoren im Leisungsbereich von 300 bis 500 MVA haben Erregerleisungen um 2 MW. Bei reiner Wirkleisungslieferung reduzier sich die benöige Erregerleisung zum Nennarbeispunk ewa auf 0,75p.u.; demzufolge enfallen ewa 500 kw Eigenbedarfsleisung. Die Größenordnung der Eigenbedarfsransformaoren beräg ewa 10MVA. Durch die Redukion der Blindleisung reduzier sich hier die Belasung der Eigenbedarfsransformaoren auf 0,95. Für ON- Kühlung wie sie bei Eigenbedarfsransformaoren häufig verwende wird, sind folgende Parameer empfohlen /1/ Öl-Exponen Wicklungs-Exponen Konsane k11 Konsane k21 Konsane k22 Zeikonsane τ0 Zeikonsane τw x=0,8 y=1,6 k11=1,0 k21=1,0 k22=2,0 τ 0 =180min τ w =4min 13

14 Verlusfakor R R=5 Ho-spo-Fakor H Umgebungsemperaur Ho-spo-o-op-oil (Bemessungssrom) Top-oil rise (Bemessungssrom) Ho-spo-o op-oil gradien Top-oil rise (Sar) Ho-spo-o-op-oil (Sar) H=1,1 Θ a =20 C ΔΘ hr =78 K ΔΘ or =55 K Hgr=23 ΔΘ oi ΔΘ hi Durch die eingesezen Parameer ergeben sich folgende Funkionen für die Eigenbedarfsransformaoren: f e = 180 min 1( ) 1 e = 8 min 180 min f 2 ( ) 1 f 3 ( ) e = [4.1] Mi den angegebenen Sandardparameern erfolgen Temperaurabschäzungen für den Berieb bei ausschließlicher Wirkleisungslieferung und für den Berieb mi Bemessungssrom (Nennberieb). Ausgehend von einem angenommenen saionären Zusand bei Bemessungssrom mi den Sarweren ΔΘ oi =78 K und ΔΘ or =55 K wird mi Gleichung [2.2] der saionäre Zusand für die reine Wirkleisungs-lieferung, also K=0,95 ermiel. Es ergib sich folgender saionärer Endwer: Θ h (= )=92,58 C Sarwere für die folgende Erwärmungsberechnung sind dann: ΔΘ oi =37,58K ΔΘ hi =72,58K Als saionärer Endwer ergib sich hier wieder bei Bemessungssrom der Wer: Θ h (= )=98 C. Der Lebensdauerverbrauch nach Gleichung [3.7] für Isolaionspapier beräg für den ermielen saionären Wer von Θ h (= )=92,58 C V=0,535. Bei einem angenommenen Laswechsel von 12h Bemessungsleisung, 12h reine Wirkleisung ergib sich nach Gleichung [3.8] ein spezifische Lebensdauerverbrauch von 0,

15 Tabelle 6: Lebensdauerverbrauch / Lebensdauer Beispiel für angenommene Lasszenarien - EB S Tr = P n 50 % Zei: S Tr = S n ; S Tr = S n 50 % Zei: S Tr = P n Lebensdauerverbrauch 0,535 0, Lebensdauer / Beispiel 42 a 30 a 22,5 a 4.2 Beanspruchung von Sufenschalern der EB-Transformaoren Eigenbedarfsransformaoren sind immer dann mi Sufenschalern ausgeführ, wenn die Maschinenransformaoren ohne Sufenschaler ausgeführ sind. Die Blindleisungsveränderung eines Krafwerksblockes erfolg in diesem Fall direk durch die Veränderung der Erregung des Generaors. Dami daraus nich unzulässige Beriebsspannungen im Eigenbedarfssysem resulieren sind die Sufenschaler häufig mi auomaischen Spannungsreglern versehen, die abhängig von der aufreenden Eigenbedarfsspannung durch eine Veränderung der Sufensellung des Sufenschalers die Eigenbedarfsspannung innerhalb des eingesellen Spannungsbandes halen. MR als Herseller für Lassufenschaler empfiehl für seine Sufenschalerreihe VACUTAP VT als Inspekionsabsand eine Schalzahl von Schalungen, bzw. eine Ersinspekion nach 2 Jahren, abhängig davon was zuers erreich wird./5/ Uner Zugrundelegung der Zahl der Eingriffe der Sufenschaler wie bei Maschinenransformaoren ergib sich hier ein nowendiger Inspekionszyklus von 8 bis 10 Jahren. Die in der Praxis durchgeführen Inspekionsinervalle liegen ypischerweise zwischen 5 und 7 Jahren. Es ergib sich hier also derzei durch vermehres Schalen der Sufenschaler kein erkennbarer Mehraufwand an Inspekionsleisungen. 15

16 5. Erregeranlagen Für Erregeranlagen gil, dass der Erregersrom mi der zu liefernden Blindleisung anseig. Hierbei reen proporional zum Quadra des Erregersromes die sogenannen Erregerverluse auf. Die Auswirkungen des erhöhen Erregersromes auf den Läufer des Synchrongeneraors werden in der Unersuchung Generaor berache. Die Auswirkungen auf den Erregerransformaor ensprechen den Mechanismen für die Eigenbedarfsransformaoren, sowei es sich um ölisoliere Transformaoren handel. Alerungsmechanismen für saische Erregereinrichungen ensprechen üblicherweise den Alerungsmechanismen von anderen leisungselekronischen Anlagen. Hierbei is uner der Randbedingung der Einhalung der zulässigen Grenzemperauren für die Halbleier kein zusäzlicher Verschleiß zu erwaren. Bei Ausführungen mi Erregermaschinen is die Alerung der Isolaion von der Ausführung der Wärmeklasse (früher Isoliersoffklasse) der Erregermaschine abhängig. Tabelle 6 :Wärmeklassen nach DIN EN /6/ und DIN EN 60085/7/ Wärmeklasse (Isoliersoffklasse) Grenzemperaur des Isoliersoffes [ C] Grenz-Überemperaur der Wicklung [K] B F H Die Monsinger-Regel besag für die verwendeen Isoliersoffe, dass abhängig von den verwendeen Isoliersoffen eine Temperaurseigerung von 8 bis 10 K die Lebensdauer des Isoliersoffes halbier. Die veränderen Parameer sind bei der Anwendung der Gleichung [3.8] zu beachen. Bei der Eineilung der Wärmeklassen is man von heoreischen Lebensdauern von h als Beureilungsmaßsab ausgegangen. Hierbei handel es sich um einen rein heoreischen Wer, der als Vergleichswer für unerschiedliche Isoliersoffe herangezogen wird. Bei der ypischen Auslegung im Krafwerk einer Ausführung nach 155 (F) und Ausnuzung nach 130 (B) bedeue das einen Lebensdauerverbrauch von 0,1767. Wie im Abschni 4.1 behandel, kann man als Beispiel davon ausgehen, dass die Erregerleisung bei reiner Wirkleisungslieferung auf 0,75p.u. reduzier wird; das bedeue, dass der lassromabhängige Wärmeeinrag in die Wicklung der Erregermaschine sich auf ewa 60% reduzier. Die weieren Wärmequellen, wie Eisenverluse, Zusazverluse und Erregerverluse dieser Maschine sind davon 16

17 nich beroffen. Durch eine Abschäzung zur sicheren Seie kann angenommen werden, dass die Temperaur der Isolaion in diesem Belasungsfall nich über 110 C hinaus anseig. Dami ergib sich für diesen Belasungsfall ein Lebensdauerverbrauch von 0,0442. Für das berachee Lasspiel ergib sich dami eine heoreische Lebensdauer von ca h Berieb mi 100% Blockleisung. Dieses sell derzei keine Einschränkung der Lebensdauer der Erregeranlage dar. 6. Generaorableiung Generaorableiungen werden durch den höheren Generaorsrom bei Blindleisungslieferung beanspruch. Generaorableiungen müssen so berieben werden, dass die zulässige Leieremperaur und der zulässige Hüllenemperaur nich überschrien werden. Dieses wird einerseis durch den Maerialeinsaz und andererseis durch die Kühlung der Generaorableiung erreich. Konsrukive Maßnahmen der Gesalung der sromführenden Leier verbessern die Sromragfähigkei der Leier. Solange die Temperaurgrenzwere eingehalen werden is kein erhöher Verschleiß auf Grund von Blindleisungslieferung zu erwaren. Um allerdings diese Temperaurgrenzwere einhalen zu können, is ein erhöher Maerialeinsaz für den höheren Srom nowendig. Als grobe Abschäzung läss sich hier folgender Ansaz verwenden: 10% höherer Gesamsrom durch die Blindleisungslieferung erforder 10% mehr Maerialeinsaz in Hülle und Leier. Dieser Maerialkosenaneil der Invesiion kann der Blindleisungslieferung zugeordne werden. 7. Generaorschaler Generaorschaler werden durch den höheren Generaorsrom bei Blindleisungslieferung beanspruch. Da dieser Lassrom wei unerhalb des Schalvermögens des Generaorleisungsschalers is, sind bei Schalungen des Generaorschalers keine wesenlichen Verschleiß-Effeke an den Leisungsschalerkonaken durch die Bereisellung von Blindleisung zu erwaren. 8. Zusammenfassung Durch die Lieferung von Blindleisung werden Beriebsmiel von Krafwerken zusäzlich beanspruch. Für Maschinenransformaoren und Eigenbedarfsransformaoren zeig sich ein Einfluss auf die Lebensdauer der Komponenen. Bei Generaorableiungen is der Maerialeinsaz mi zu berachen. 17

18 Die VGB-Arbeisgruppe ha folgende Tabelle zur Berachung der Beanspruchungen durch Blindleisungslieferung ersell. Tabelle 7: Berachungsumfang Blindleisung Bewerungskrierium Komponene Inves Warung/IH/Verschleiß Berieb Knoenpunk- Rechner X - - LT / DV-Technik X - - MT-Sufenschaler X Bereiber fragen nach Veränderungen des Beriebes vermehre Sufungen (Aufzeichnungen aus Warung) MT X Prof. Paezold unersuch die erhöhe Srombelasung der Wicklungen: Ergebnis is Reduzierung der Lebensdauer gegenüber einer Fahrweise ohne Blindleisungsanforderungsprofil EBT-Sufenschaler X in Anlehnung an Sufenschaler MT EB-Trafo (EBT) X in Anlehnung an MT GAL X - ggf. Kühlanlage: Prüfung durch PG- Miglieder GLS X - ggf. Kühlanlage: Prüfung durch PG- Miglieder Generaor X Sensoplan (z.t., s. a. Tab. 2) Kühlung, ggf. Bewerung Kalgasemperaur: Prüfung durch GKM + Vaenfall Erregermaschine X In Anlehnung an Generaor (Übernahme Ergebnisse von Sensoplan) Verschleiß Bürsen durch erhöhe Srombelasung GKM Erregerrafo X Aufwendungen vorhanden; wird jedoch nich berache, da deren Ermilung nach Einschäzung durch die PG nich im Verhälnis zu einer möglichen Vergüung seh 18

19 Die Deailberachungen für Generaoren werden durch Sensoplan durchgeführ. Die zusäzlichen Beanspruchungen von Generaoren durch die Lieferung von Blindleisung sind in Tabelle 8 zusammengefass. Tabelle 8: Beanspruchungen von Generaoren durch die Lieferung von Blindleisung Übererreg, Lieferung indukiver Blindleisung Saor Seigende Verluse durch seigende Sröme Zusäzliche Radialkräfe im Wickelkopf Seigende Indukion im Akiveil Roor Seigende Verluse durch seigende Sröme Versärke Alerung/Schädigung Haupisolaion durch seigende Sröme Unererreg, Lieferung kapaziiver Blindleisung Saor Seigende Temperauren und Verluse durch seigenden Saorsrom Seigende Kräfe im Wickelkopf Seigende Temperaur in den Pressplaen Roor Blindleisungs-Laswechsel Zusäzliche Temperaurzyklen führen zu einer Verringerung der Lebensdauer Sröme in der Dämpferwicklung, Dämpferkäfig bei schnellen Q-Laswechseln führen zu Schwingungen Thermische Verformungen einzelner Cu-Leier im Roorwickelkopf führen zu lokalen Überhizungen Weiere Effeke siehe nachfolgende Abbildung (Folie aus dem KELI-Vorrag von RWE/Siemens) 19

20 Tabelle 9: Auswirkung flexiblerer Beriebsweise Vergleich indirek und direk gekühler Generaoren/8/ Ausprägung der Zusazbeanspruchung Erhöhe Nezanforderungen Physikalische Auswirkungen Generaorkomponenen Luf Wasser indirek direk Überspannung bei Unerfrequenz (1,15U N bei 47,5 Hz) Hoher Erregersrom hoher magn. Fluss Blechpakeisolierung gering (1) gering (1) Schichbalken im Blechpakerücken sark (3) sark (3) Läuferwicklung sark (3) miel (2) Unerspannung bei Unererregung (hohe kapaziive Blindleisung) Hohe magn. Felder in Blechpakeendzone Endzähne, Druckfinger, Druckplae Sänderwicklung in der abgereppen Blechpakezone sark (3) miel (2) sark (3) gering (1) Hohe Wirkleisungsgradienen (0,24P N /min) Schnelle Änderung der Wicklungssröme Komplee Sänderwicklung sark (3) gering (1) Komplee Läuferwicklung sark (3) gering (1) Sänderwicklung, insbes. Wickelköpfe sark (3) gering (1) Häufige und schnelle Laswechsel Spizenlasberieb Sehr of wechselnde dynamische und hermo-mechanische Beanspruchungen Läuferwicklung, insbes. sark (3) miel (2) Wickelköpfe Haupsromdurchführungen miel (2) gering (1) Kohlebürsen/Schleifringe der gering (1) gering (1) Erregung Blechpakeendzonen miel (2) gering (1) Tabelle 9 zeig beispielhaf, dass flexiblere Krafwerke in Bezug auf Wirk- und Blindleisungslieferung verändere echnische Ausführungen und Lösungen erfordern. Dami verändern sich auch die spezifischen Invesiionen für die Errichung einer Erzeugungsanlage. 9. Quellen /1/ IEC Power Transformers Par 7 Loading guide for Oil-immersed Power Transformers /2/ Lawrenz, R. Erhöhung der Auslasbarkei von Transformaoren IEV-Berich (1986) FE (Insiu für Energieversorgung; KEMA-IEV) /3/ GEA Produkwerbung GEA Transformaoröl-Wasserkühler 2014 hp:// 20

21 /4/ Lassufenschaler R Beriebsanleiung - MR Reinhausen Germany 119/04/00/0 /5/ Lassufenschaler VACUTAP VT Beriebsanleiung MR Reinhausen Germany 139/01/00/0 /6/ DIN EN Drehende elekrische Maschinen Teil 1 Bemessung und Beriebsverhalen 2004 /7/ DIN EN 60085: Elekrische Isolierung Thermische Bewerung und Bezeichnung /8/ VGB KELI 2014 Auswirkungen der neuen flexibleren Nezanforderungen auf die zukünfige Beriebsbeanspruchung der Turbogeneraoren Sephan Winer, RWE Technology GmbH, Essen, Jürgen R. Weidner, Siemens AG, Mülheim /9/ Unersuchung der Verschleißmechanismen bei Blindleisungslaswechseln an Generaoren 08/2014 Abschlussberich Sensoplan 21