Elektrische Feldsteuerung bei Ständerwicklungen von Turbogeneratoren - Anforderungen, Berechnungsverfahren, Konstruktion, Betriebsverhalten

Konferenz: Feldsteuernde Isoliersysteme - Werkstoffe, Design, Prüfung und Simulation - Vorträge des ETG-Workshops
22.11.2011 - 23.11.2011 in Darmstadt, Deutschland

Tagungsband: Feldsteuernde Isoliersysteme

Seiten: 12Sprache: DeutschTyp: PDF

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Autoren:
Weidner, Jürgen R.; Staubach, Christian; Schmidt, Guido (Siemens AG, Energy Sector, Generator Engineering, Mülheim a. d. Ruhr, Deutschland)

Inhalt:
Der Turbogenerator ist in Kraftwerken die Komponente mit der höchsten Energiedichte, deren Versagen wegen fehlender Redundanz und langen Reparaturzeiten meist zu hohen Ausfallkosten für den Betreiber führt. Dementsprechend ist die dauerhafte Betriebssicherheit und eine sehr gute Verfügbarkeit neben dem hohen Wirkungsgrad von besonderer Bedeutung für die lebenslange Wirtschaftlichkeit eines Generators. Den gestiegenen Maschinenbeanspruchungen durch die flexiblen Lastanforderungen des heutigen Netzes mit steilen Leistungsrampen muss mit absoluter Designzuverlässigkeit, gleichbleibend guter Fertigungsqualität und verlässlicher Dauerfestigkeit aller Komponenten des Generators - insbesondere auch der Ständerwicklung - Rechnung getragen werden. Die an den elektrische Grenzflächen des Ständerwicklungsisoliersystems durch schnelle Lastwechsel entstehenden höheren thermischen, thermo-mechanischen, dynamisch-mechanischen und insbesondere elektrischen Betriebsbeanspruchungen erfordern angepasste konstruktive Lösungen für die elektrische Feldsteuerung am Wicklungsaustritt aus der Blechpaketnut (Endenglimmschutz EGS) sowie zwischen der Hochspannungsisolierung und dem Blechpaket (Außenglimmschutz AGS). Am Beispiel der elektrischen Feldsteuerung bei ganzgetränkten Generatorständern werden die besonderen Anforderungen an einen zuverlässigen und über die gesamte Generatorlebensdauer betriebstüchtigen Glimmschutz dargestellt. Für den EGS wird ein Anforderungsprofil mit elektrischen und thermischen Kennwerten, Qualifizierungsprüfungen und Berechnungsverfahren festgelegt. Die Anwendung eines Berechnungsverfahrens mit finiten Elementen (FEM) zur Ermittlung der elektrischen Feld- bzw. Potentialverteilung und des Temperaturprofils eines EGS-Systems wird anhand von Beispielen, die die gute Übereinstimmung von Rechnung und Messergebnissen zeigen, detailliert beschrieben. Für den speziellen AGS bei ganzgetränkten Ständerwicklungen wird ein FEM-Berechnungsverfahren vorgestellt, das die konstruktive Auslegung unterstützt. Mit Hilfe von Praxisbeispielen werden die Auswirkungen der langjährigen Betriebsbeanspruchungen auf die Alterung des feldsteuernden Glimmschutzes beschrieben. Die Leistungsfähigkeit der heutigen Diagnoseverfahren zur Vermeidung von Generatorausfällen infolge von Glimmschutzschädigungen an alten Ständerwicklungen wird in Beispielen verdeutlicht. Abschließend werden verschiedene Weiterentwicklungen bis hin zu neuen Materialien (Mikrovaristoren, Nanopartikel) für die elektrische Feldsteuerung bei Generatorwicklungen aufgezeigt.