7. 발전기 계자권선 단락에 의한 열적휨

Thermal Bow due to Shorted Turn in the Field Windings of the Generator

 

7.1 運轉 狀況 (Operating Status)

75 ㎿ 열병합 터빈/발전기가 그림 15-45와 같이 배열되어 있다. 최근 2~3 개월 전부터 고부하 운전시 발전기에 고진동이 발생되어 왔다. 진동 전문가로서 운전 상태를 상세히 기록하고 비정상 거동의 원인을 조사하라.

분석을 수행하기 전에 먼저 다음의 운전 및 정비에 관한 정보를 고려해야 한다.

#4, 5 베어링의 진동은 높았고, #1 베어링은 저속에서 고진동이 있었으며, #4 베어링의 변환기는 축표면이 경사져 있음을 나타내고 있었다.

그림 15-45 열병합 터빈․발전기의 개략도 및 변환기 설치 위치

 

7.2 터빈/發電機 諸元 (Turbine/Generator Specifications)

터 빈

발 전 기

용량 : 75 ㎿

정격 속도 : 3600 rpm

회전 방향 : CCW




Rated Power: 96000 KVA

Stator Amps: 4016

Stator Volts: 13800

Field Amps: 822

Field Volts: 250

Power Factor: 0.85

 

7.3 振動 分析者의 診斷結果 (The Results Diagnosed by Analyst)

이 사례의 분석용으로 4개의 데이터 베이스가 있다. 2개의 108 DAIU 장비는 전 베어링에서 XY 변위 변환기와 Shaft Rider 자료를 수집하기 위해 사용되었다. 이 경우의 고장은 발전기 계자권선의 단락이 예상되었다. 이는 서로 다른 부하에서 운전한 후의 변경된 정지특성과 계자 전류가 변경되었을 때 1× 진동 벡터의 변화에 의해 증명되었다. 층간단락이 되면 발전기 로터가 국부 과열되고 로터 금속의 부등팽창에 의해 로터의 굽힘이 발생한다. 이것은 결국 로터의 평형상태를 변화시켜 부하가 변화할 때 1× 진동의 변화를 일으키고 또한 정지특성을 변화시킨다.

 

7.4 診斷結果의 細部內容 (Details of Diagnostic Results)

(1) 제공된 사례의 개요를 읽은 후 조사목적을 정의하고 나열한다.

∙ 터빈/발전기의 운전상태를 측정하고 기록한다.

∙ 관찰한 비정상 진동특성의 원인을 규명한다.

∙ 고장 원인을 교정하기 위한 조치를 추천한다.

(2) 이 사례에서 나타난 기계와 상태에 대해 알고 있는 바를 열거한다.

∙ #4, 5 베어링은 과도한 Runout 및 Glitch를 보여준다.

∙ 기계 Train 및 변환기 구성은 그림 15-45와 같다.

∙ #4, 5 베어링의 진동은 고부하시 더 높게 나타난다.

(3) 데이터 베이스를 조사하는 동안 관심 항목이나 문제들을 요약한다.

∙ 발전기 1차 공진속도는 약 1450~1500 rpm이고, 2차는 2300 rpm이다. 운전속도는 2차와 3차 사이에 있다.

∙ 과도한 Runout은 #4, 5 베어링에서 현저하다.

∙ 발전기의 1× 진동은 부하에 민감하다.

(4) 관찰한 기계거동의 근본원인과 이러한 관찰을 확인하는 Plot Format들을 열거한다

∙ #4, 5 베어링에서의 과도한 축 Glitch는 스크레치 같은 축표면 불량인 것 같은데 이는 Orbit/Timebase Plot상에서 분명히 보여준다.

∙ #4, 5 베어링에서의 부하에 대한 민감한 1× 진동은 발전기 로터의 국부과열에 기인하는 것으로 판단된다. 이것은 로터의 평형 상태를 변화시켜 1× 진동 응답으로 나타난다. 이는 부하변화에 대한 Polar Plot에 분명히 나타난다.

∙ #1 베어링의 과도한 Runout은 로터의 휨에 기인한다.

(5) 지금은 이용할 수 없지만 당신의 가설을 확인 또는 부정하는 다른 정보들도 열거한다.

∙ 영구 굽힘이 있는지 HP/IP 터빈 로터의 Runout을 측정조사 한다.

∙ 발전기 축표면 상태가 문제인지 확인하기 위해 변환기가 설치되는 축부근을 Burnishing 한다.

∙ 단락을 확인하기 위해 발전기 점검을 한다.

(6) 문제를 교정하기 위한 권고사항

∙ 발전기 국부과열 영향을 계산하기 위해 로터의 과도적인 동력학에 영향을 미치지 않도록 발란싱을 하고 빠른 시일안에 발전기 권선을 점검하고 발견한 문제를 정비한다.

∙ #4, 5 베어링에 진동 변환기가 설치되는 축 표면을 Burnishing 한다.

∙ HP/IP 터빈 로터 편심의 원인을 규명하고 교정한다.

 

7.5 調査에 使用된 Plot (Plots Used during the Investigation)

(1) Polar

그림 15-46 30 ㎿에서 4시간 운전후의 정지 Polar Plot

그림 15-47 75 ㎿에서 며칠간 운전후의 정지 Polar Plot

그림 15-48 75 ㎿/10 MVAR에서 0 ㎿/0 MVAR로 부하변화시의
1× 진동의 변화를 보여주는 정상 상태의 Polar Plot 

(2) Orbit/Timebase

그림 15-49 Slow Roll 운전시 과도한 Runout 상태를 보여주는
#1 베어링의 Orbit/Timebase

그림 15-50 Slow Roll 운전시 과도한 Runout 상태를 보여주는
#4 베어링의 Orbit/Timebase

그림 15-51 Slow Roll 운전시 과도한 Runout 상태를 보여주는 #5 베어링의 Orbit/Timebase

 

7.6 診斷 專門家의 結論要約 (Summary of Diagnostic Expert Engineer's Conclusions)

∙ 발전기는 계자권선의 단락에 의한 열적인 굽힘이 있는 것으로 나타나므로 근본 원인을 규명하기 위해 제작사와 협의해야 한다.

∙ 고중압 터빈 로터는 영구 굽힘이 있는 것으로 판단되는데 이는 동기 Slow Roll Runout이 큰 것으로 보아 분명하다.

∙ #4, 5 베어링측 축 표면에 있는 과도한 Glitch는 Burnishing해야 한다.

∙ #4 베어링의 변위 변환기는 Taper진 축표면 근처를 벗어나도록 옮겨야 한다.

 

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