Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Přehřívání konstrukce nosníku měřicích transformátorů proudů

Rostislav Naivert, Dalkia ČR, a. s.,
Martin Kubánek, AmpluServis, a. s. 
 
Předmětem tohoto článku je seznámit čte­náře a širokou technickou obec s technic­kým řešením, které mělo vliv na zabránění kumulace tepla, snížení činných ztrát a pří­padnou poruchu ve vyvedení elektrického výkonu jednoho bloku z Elektrárny Třebo­vice, největšího teplárenského zdroje sku­piny Dalkia v České republice.
 

Něco o Dalkii

 
Základním předmětem podnikání společ­nosti Dalkia Česká republika, a. s., je přede­vším výroba, rozvod a prodej tepelné energie a výroba a prodej energie elektrické včetně poskytování podpůrných služeb. Výroba je realizována převážně v kombinovaném cyk­lu, přičemž proces kombinované výroby tep­la a elektřiny přináší vedle většího využití energie obsažené v palivu také vysokou míru ohledu k životnímu prostředí.
 
Dalkia Česká republika působí na trhu s teplem, který pokrývá území měst Ostrava, Karviná, Havířov, Olomouc, Nový Jičín, Pře­rov, Frýdek-Místek, Krnov, Praha a prostřed­nictvím dceřiných společností působí rovněž ve městech Kolín, Ústí nad Labem a Mariánské Lázně. Dalkia Česká republika se dále snaží rozšiřovat své činnosti o dodáv­ky chladu umožňující klimatizovat objek­ty zákazníků.
 
Jedním ze závazků Dalkie Česká republika je ochrana životního prostředí a přírodních zdrojů. Společnost má zavedený a certifiko­vaný systém řízení podle ISO 14001. Další rozšiřování oblasti ochrany životního prostře­dí je jedním z jejích nejdůležitějších cílů také do budoucnosti.
 
Dalkia Česká republika provozovala v 1. po­loletí roku 2009 celkem 756 kotlů o instalova­ném výkonu více než 3 484,4 MWt, 19 turbogenerátorů, 2 spalovací turbíny, 8 kogenerač­ních jednotek a 4 točivé redukce o instalovaném elektrickém výkonu ca 529,4 MWe.
 
Dalkia Česká republika nabízí prostřednic­tvím dceřiné společnosti AmpluServis, a. s., údržbu, opravy, rekonstrukce a montáže energetických zařízení v teplárnách a elek­trárnách, ale i v průmyslu chemickém, pe­trochemickém, potravinářském, hutnickém a dalším. S tím úzce souvisí i nabídka speci­alizovaných služeb, jako jsou revize vyhra­zených elektrických, tlakových, plynových a zdvihacích zařízení, služby akreditovaných chemických laboratoří, jako jsou rozbory pa­liv, průmyslových vod a olejů, služby vib­rační diagnostiky, termografie, rentgeny sva­rů a další činnosti v oblasti nedestruktivní defektoskopie.
 

Region Severní Morava

 
Region Severní Morava je největší organizační jednot­kou Dalkie Česká republika, která dodává tepelnou ener­gii pro zhruba 105 000 do­mácností, průmyslové pod­niky, nemocnice, obchody, školy a další zákazníky v Os­travě (prostřednictvím nejroz­sáhlejší sítě dálkového tepla ve střední Evropě), v Krno­vě a okolních městech. Re­gion Severní Morava je také významným výrobcem elek­trické energie a poskytovate­lem podpůrných služeb pro ří­zení přenosové soustavy Čes­ké republiky (ČEPS). Cennou referencí je rovněž dodávka chladu absorpční metodou pro areál Avion Shopping Parku firmy IKEA v Ostravě. V rám­ci společnosti Dalkia Česká republika je Region Severní Morava lídrem ve spalování biomasy. Region Severní Mo­rava má čtyři závody: Závod Elektrárna Třebovice, Závod Ostrava-Střed, Závod Krnov a Závod Distribuce a služby. Největším závodem je Elek­trárna Třebovice.
 
Elektrárna Třebovice (obr. 1) má tři odběrově kondenzač­ní turbogenerátory s maxi­málním tepelným výkonem 765 MWt a maximálním elek­trickým výkonem 180 MWe. Nejnovější z nich, TG 16, má výkon 72 MWe, o něco starší TG 15 pracuje s maximálním výkonem 75 MWe a nejstarší TG 33, nyní už takřka „stařen­ka“ (vyrobena 1961), dokáže vyrobit 33 MWe.
 

Turbogenerátor TG 33

 
Turbogenerátor TG33 (obr. 2) se skládá z parní tur­bíny a synchronního generáto­ru, které jsou vzájemně spojeny pevnou spojkou. Z regulovaných odběrů parní turbíny se odebírá pára pro teplárenské a technologické účely.
 
Výkon z generátoru TG 33 je veden hli­níkovými přípojnicemi obdélníkového prů­řezu pod podlahou strojovny (obr. 3). Přípoj­nice prostupují stěnou z vyústění generáto­ru v konstrukci nosníku, v níž jsou umístěny měřicí transformátory proudů do kabelové­ho prostoru a následně do rozvodny 110 kV.
 

Popis diagnostikovaného problému

 
Problém, který byl odhalen díky propraco­vanému programu prediktivní údržby, a to jak v oblasti infračervené termografie, tak i v dal­ších oblastech činností, spočíval v přehřívá­ní konstrukce nosníku, v němž jsou umístě­ny měřicí transformátory proudů. V této kon­strukci jsou použity měřicí transformátory proudů ABB typu BB 103 (obr. 4).
 
Teplota, která vznikala mezi jednotlivý­mi fázemi, dosahovala před opravou hodno­ty více než 150 °C. Tato teplota byla změ­řena při činném výkonu 24 MW, což před­stavuje ca 73 % výkonu (pro tato měření je hodnota doporučeného výkonu min. 50 % jmenovitého výkonu). Otázka však je, jaká teplota by byla v těchto místech při plném výkonu.
 
Příčina přehřívání spočívala v indukci víři­vých proudů mezi primárními vodiči – přípoj­nicemi, které se uzavíraly mezi fázemi v kon­strukci nosníku, který byl původně zhotoven z magneticky vodivého ocelového plechu. Přehřívání mělo za následek zvýšení činných ztrát a kumulaci tepla mezi fázemi. Součas­ně zvýšená teplota působila na vnější kryty měřicích transformátorů, jejichž izolace jader má dovolené oteplení 85 °C při teplotě okolí 35 °C. Maximální dovolené oteplení je tedy 110 °C. Pokud by se teplota z konstrukce pře­nesla na izolaci jader transformátorů, mohla být výrazně snížena životnost těchto transfor­mátorů a vlivem výpadku mohl být současně ohrožen provoz celého bloku. Dle Monsigno­rova zákona má zvýšení teploty o 10 °C nad dovolenou hodnotu za následek snížení život­nosti izolace o 50 %. Dle Monsignorova zá­kona platí, že doba života izolace je:
 
TZ = T0 · e–b·Δν      (h)

T
0 – životnost izolace při teplotě okolí (20 °C) 6,22·104 h,
B – materiálová konstanta použité izolace,
Δν – oteplení.
 
Termogram místa před opravou je na obr. 5. Pro eliminaci problému přehřívání bylo nut­né přerušit indukci vířivých proudů mezi jednotlivými fázemi, které vznikaly v kon­strukci nosníku. Technicky se nabízela dvě řešení. První z nich bylo fyzické oddělení jednotlivých fází vložením měřicích transformátorů do samostatných plechů. To však nebylo možné, jelikož by v případě dynamických účinků zkratových prou­dů nebyla zajištěna dosta­tečná mechanická pevnost. Navíc by se vířivé proudy uzavíraly přes rám, do ně­hož je konstrukce nosníku vložena. Druhým řešením bylo použít nemagnetický materiál konstrukce nosní­ku. Z hlediska mechanic­ké pevnosti tomuto vyho­vovalo použití vysokolego­vaného nerezového plechu, který nemá magnetickou přitažlivost, a má velmi dob-ré mechanické vlastnosti. Toto řešení se ukázalo jako správné, neboť následným termovizním měřením po výměně plechu konstrukce bylo zjištěno, že parazitní oteplení mezi jednotlivými fázemi zmizelo, což je patr­né z obr. 6. Toto termovizní měření bylo provedeno rov­něž při odebíraném činném výkonu 24 MWe.

Na závěr bylo termo­vizní měření provedeno při plném výkonu zátěže. Z uvedeného termogramu (obr. 7) je patrné, že reali­zované opatření bylo sku­tečně správné.
 
Při tomto výkonu dochá­zí pouze k oteplení přípojnic vlivem procházejícího prou­du na základě Joulova tepla a k drobnému ohřevu kon­strukce (na ca max. 80 °C) vlivem průchodu tepla ze sa­mostatného vyústění z gene­rátoru přes netěsnosti mezi jednotlivými transformátory a konstrukcí. Z termogramu je současně patrné největší oteplení celého systému, které bylo zjištěno na samotných přípojnicích, kde teplota dosa­hovala max. 100 °C.
 

Termografická diagnostika

 
Pro termografickou diagnostiku je spo­lečností AmpluServis, a. s., používána tech­nika švédské společnosti Flir Systems, a to především pro její bezkonkurenční paramet­ry detektorů, velkou přesnost a také dlouho­letou tradici v oblasti bezkontaktního měře­ní a zobrazování.
 
Pro danou aplikaci byla použita termo­kamera Flir P640 West s rozlišením detek­toru 640 × 480 pixelů (obr. 8). Použitý mě­řicí rozsah –40 až +500 °C, použitý objektiv f = 19 mm. Pro vyhodnocení byl použit soft­ware Flir ThermaCAM Reporter 8.3 Std. Pro měření dat potřebných pro vypočtení správ­né povrchové teploty měřených objektů byla použita měřicí ústředna Kestrel 4000. Z dů­vodu eliminace případné chyby vyplývají­cí z rozdílné materiálové emisivity byly na měřených místech vylepeny měřicí značky (ThermaSpoty) s pevně definovanou emisi­vitou e = 0,96.
 
Obr. 1. Závod Elektrárna Třebovice s instalovaným výkonem 765 MWt a 180 MWe
Obr. 2. Turbogenerátor TG 33 – 3f synchronní generátor po­háněný parní turbínou, dvoupólový, jmenovité napětí 6,3 kV, jmenovitý činný výkon 33 MW, jmenovitý zdánlivý výkon 41,25 MV·A, jmenovitý maximální jalový výkon 17,7 Mvar, jmenovitý proud 3 780 A, jmenovitá frekvence 50 Hz
Obr. 3. Kabelový prostor TG 33
Obr. 4. Měřicí transformátor proudu ABB typ BB 103 pro vnitřní prostředí, dvoujádrový, jmenovitý převod 4 000/5/5 A, izolační napětí 12 kV, třída přesnosti 0,5/5P
Obr. 5. Termogram místa před opravou (konstrukce z magneticky vodivého ocelového plechu)
Obr. 6. Termogram po opravě (konstrukce z nemagnetického vysokolegovaného nerezového plechu)
Obr. 7. Termogram po opravě (konstrukce z nemagnetického vy­sokolegovaného nerezového plechu) při plném výkonu (33 MWe)
Obr. 8. Termoka­mera Flir P640

Ing. Rostislav Naivert získal v roce 2002 inženýrský titul ve studijním oboru Elektric­ké stroje, přístroje a pohony v magisterském studijním pro­gramu Elektrotechnika a in­formatika na Fakultě elektrotechniky a in­formatiky (FEI) Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (VŠB-TU). Od roku 2006 studuje při zaměstnání studij­ní obor Elektrické stroje, přístroje a poho­ny v doktorském studijním programu Elek­trotechnika, sdělovací a výpočetní technika na FEI VŠB-TU se zaměřením na metody řízení a diagnostiku střídavých regulova­ných pohonů. Od roku 2008 pracuje jako technolog elektro v Elektrárně Třebovice, patřící do skupiny Dalkia Česká republi­ka, a. s. Zde je jeho pracovní náplní pláno­vání, příprava, realizace a kontrola provo­zu a údržby při výrobě elektrické energie a tepla s hlavním zaměřením na turboge­nerátory s instalovaným elektrickým vý­konem 180 MWe.
 
Martin Kubánek ukončil v roce 1997 studium elek­trotechniky na střední škole v Ostravě. Od roku 2003 se v rámci skupiny Dalkia Česká republika, a. s., věnuje oblas­ti bezdemontážní diagnostiky. Především termovizní diagnostice v elektrotechnice a strojírenství. Dále se zabývá měřením a posuzováním tepelně-izolačních vlast­ností průmyslových izolací používaných na tepelných sítích. Mezi další jeho čin­nosti patří oblast elektrického měření, pře­devším diagnostika napájecích proudů pro potřeby lokalizace vybraných vad asyn­chronních elektromotorů.
 

The main scope of this article is to introduce to readers and broad technical com­munity to the problem and subsequent technical solution, which influenced a preven­tion of heat accumulation, mitigation of energetic losses and possible failure of the power extraction at one power-station block in Trebovice Power Station, the largest energy supplier of Dalkia group in Czech Republic.
 

The problem was discovered thanks to the sophisticated predictive maintenance program, particularly in the area of infrared thermography. Thanks to this pro­gram could be discovered overheating of the console construction where the meas­uring power converters are placed. The reason for overheating lay in vortex current induction between prime power leads. The power leads are conductor bars that close in between phases of the console construction which was originally made of magneti­cally conductive steel plate. The overheating problem was solved by using a high-al­loy stainless plate without any magnetic gravity however with very good mechanical qualities. Thermographic survey subsequently confirmed the problem was solved.