Виявлення механізмів процесів формування тріщин і руйнування демпферної обмотки гідрогенератора капсульного типу при наявності статичного ексцентриситету ротора
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342108Ключові слова:
капсульний гідрогенератор, ексцентриситет ротора, ушкодження стержнів, демпферна обмотка, термомеханічні напруженняАнотація
Об’єктом дослідження є капсульний гідрогенератор типу СГК 538/160–70М потужністю 23 МВА. Вирішується проблема формування тріщин і руйнування демпферної обмотки гідрогенератора при наявності статичного ексцентриситету ротора.
Розроблено тривимірну польову математичну модель електромагнітно-тепло-механічної взаємодії, що оцінює розподіли струмів, температур і термомеханічних напружень у сегменті демпферної обмотки та в пайних швах стержнів.
Показано, що поява і розвиток статичного ексцентриситету ротора є однією із суттєвих причин аварійних ушкоджень і виходу з ладу гідрогенераторів такого типу. Визначено, що за статичного ексцентриситету ротора величиною ε=0,83 локальні напруження у шві центрального стержня зростають у ~3,2 рази (до ≈ 540 МПа). Таке значення перевищує межу міцності міді і пояснює обриви стержнів та лавиноподібне руйнування сегмента. Додатково встановлено, що наявність і локалізація тріщин у пайних швах істотно впливають на характер вигину (деформацію) сегмента демпферної обмотки полюса.
Результати можуть бути використані для оцінювання ресурсу та модернізації великих повільнохідних синхронних гідрогенераторів, у т. ч. капсульних. Зокрема, це може бути зроблено за наступних умов: а) наявних або очікуваних ексцентриситетів; б) високих теплових градієнтів у лобових/короткозамикаючих частинах демпферної обмотки; в) експлуатації з частими пусками/зупинками чи наближеними до граничних режимами охолодження.
Запропоновано ефективні інженерні заходи: підвищення рухливості стержнів у пазах; перегляд кількості та діаметрів стержнів; застосування матеріалів підвищеної міцності, які можуть бути впроваджені в проєктах модернізації та під час ремонту ротора
Посилання
- Mostafaei, M., Faiz, J. (2021). An overview of various faults detection methods in synchronous generators. IET Electric Power Applications, 15 (4), 391–404. https://doi.org/10.1049/elp2.12031
- Ehya, H., Nysveen, A., Nilssen, R., Liu, Y. (2021). Static and dynamic eccentricity fault diagnosis of large salient pole synchronous generators by means of external magnetic field. IET Electric Power Applications, 15 (7), 890–902. https://doi.org/10.1049/elp2.12068
- Vaskovsky, Yu. M., Geraskin, O. A. (2021). Influence of regime and operational factors on the damper system of the sali-ent-pole synchronous machine rotor. Tekhnichna Elektrodynamika, 2021 (2), 47–57. https://doi.org/10.15407/techned2021.02.047
- Vaskovskii, Yu. M., Geraskin, O. A. (2020). The effect of rotor eccentricity on damper winding of 23 MVA capsular hydraulic-turbine generator. Hidroenerhetyka Ukrainy, 1-2, 59–64. Available at: https://uhe.gov.ua/sites/default/files/2020-07/15.pdf
- Vaskovskii, Yu. M., Geraskin, O. A., Tatarinov, K. M. (2020). Simulation of thermomechanical stresses of the dampper winding of capsular hydrogenerator when the rotor eccentricity appears. Hidroenerhetyka Ukrainy, 3-4, 64–67. Available at: https://uhe.gov.ua/sites/default/files/2020-12/17.pdf
- Zhou, Z.-T., Yang, Y., Xiao, K., Fan, Z.-N., Bian, Z.-Y., Wen, K. et al. (2020). Analysis and Treatment of an Overheated Ablated Fault on the Pole Shoe Surface of a Large Tubular Hydro-Generator. IEEE Access, 8, 127929–127938. https://doi.org/10.1109/access.2020.3008253
- Zhang, S., Li, W., Li, J., Wang, L., Zhang, X. (2014). Research on Flow Rule and Thermal Dissipation Between the Rotor Poles of a Fully Air-cooled Hydro-generator. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62 (6), 3430–3437. https://doi.org/10.1109/tie.2014.2366723
- Jichao, H., Yufei, L., Jiechen, D., Yutian, S., Baojun, G., Weili, L. (2021). Thermal Modeling and Experimental Validation in the Rotor Region of Hydrogenerator With Different Rotor Structures. IEEE Access, 9, 120001–120009. https://doi.org/10.1109/access.2021.3098319
- Fan, Z., Liao, Y., Han, L., Xie, L. (2013). No-Load Voltage Waveform Optimization and Damper Bars Heat Reduction of Tubular Hydrogenerator by Different Degree of Adjusting Damper Bar Pitch and Skewing Stator Slot. IEEE Transactions on Energy Conversion, 28 (3), 461–469. https://doi.org/10.1109/tec.2013.2259628
- Xu, M., Hu, W., Zhou, Z., Fan, Z. (2024). The influence of electromagnetic field models on the damper winding loss and heat calculation results of tubular hydro‐generator. Electronics Letters, 60 (5). https://doi.org/10.1049/ell2.13144
- Bian, Z., Zhou, Z., Fan, Z. (2021). No‐load voltage and damper winding loss and heat analysis of the pole shoe and damper winding centre line shifted structure of tubular hydro‐generators. Electronics Letters, 57 (18), 691–693. https://doi.org/10.1049/ell2.12227
- Qiu, H., Fan, X., Yi, R., Feng, J., Wu, J., Yang, C., Zhao, H. (2017). Eddy current density asymmetric distribution of damper bars in bulb tubular turbine generator. Archives of Electrical Engineering, 66 (3), 571–581. https://doi.org/10.1515/aee-2017-0043
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Olexandr Geraskin, Yurii Haidenko, Vadim Chumack, Vladislav Mihaylenko, Yevhenii Trotsenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
