vgbe energy journal 10 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

SFRA als zuverlässige Methode zur Fehlerdiagnostik an rotierenden Maschinen
Amplitude ratio (D in dB)
Frequency (f in Hz)
Bild 6. Indirect-Messungen an einem Stator eines 500 MW Synchrongenerators mit unbekanntem
Fehler.
Dämpferkäfig die jeweiligen Verbindungen
einzelner Stäbe zum Kurzschlussring getrennt.
Über schraubbare Bolzen können
diese wieder elektrisch kontaktiert werden.
Ein Beispiel, welche Auswirkungen der Fehler
auf den Amplitudengang der statorseitigen
Messung hat, zeigt B i l d 7. Die Messung
entspricht der aus B i l d 5 , d.h. der
Phase U bei geöffnetem Sternpunkt als Konturdiagramm.
Hier allerdings mit implementierten
dreifachem Stabbruch. Es ist
deutlich zu erkennen, dass die Periodizität
über dem Drehwinkel gestört ist. Im fehlerfreien
Zustand auf B i l d 5 bilden sich symmetrische
Wellen entlang der Rotorwinkel-
Achse aus. Nach der Fehlerimplementierung
in B i l d 7 ist v.a. im Bereich der Hauptresonanz
ein stark unsymmetrisches Verhalten
festzustellen. Hervorgerufen wird dieses
durch die eingebauten Stabbrüche, die den
konstruktiven Aufbau des Rotors aus magnetischer
und elektrischer Sicht verändern.
Das Beispiel zeigt, dass der Drehwinkel bei
Ratio (D in dB)
0
-20
-40
-60
-80
-100
0
-20
-40
-60
Messung 1 (indirect)
Messung 2 (indirect)
Messung 3 (indirect)
360
270
180
90
0
Rotor angle (in o )
10 2 10 3 10 4 10 5 10 6
der Durchführung von SFRA Messungen an
rotierenden Maschinen in jedem Fall berücksichtigt
werden muss. Dessen Einflüsse
auf den Amplitudengang sind teils sehr groß
und können Fehlinterpretationen hervorrufen.
Es ergibt sich dadurch allerdings auch
die Möglichkeit, Interpretationen ohne Referenzmessung
durchzuführen, was die Anwendung
der Methode an rotierenden Maschinen
bestärkt.
5 Zusammenfassung
Die SFRA Methode findet bisher noch keine
Anwendung bei rotierenden elektrischen
Maschinen. Das Potential ist groß, denn es
können mit einer Messung viele verschiedene
Bereiche der Maschine aufgenommen
und bewertet werden. Es kann ein guter Gesamtüberblick
über den Zustand der Maschine
gewonnen werden. Selbst Bereiche,
die nicht im direkten elektrischen Messkreis
liegen, beeinflussen das Messergebnis und
10 2 10 3 10 4 10 5 10 6
Frequency (f in Hz)
Bild 7. Direct-Messung der Phase U an SM 1 mit dreifachem Stabbruch.
III U1U2 "triple rod rupture"
fault at rotor angle of
0 o , 180 o , 190 o
sind somit abgebildet. Das ist besonders
dann interessant, wenn z.B. Probleme in
schwer zugänglichen Bereichen auftreten
und messtechnisch erfasst werden möchten.
Grundvoraussetzung für die erfolgreiche
Anwendung ist, dass alle relevanten Einflussfaktoren
bekannt sind und eine gute
Reproduzierbarkeit sichergestellt ist. Dazu
sind in dieser Arbeit viele Einzelmessungen
an Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen
unterschiedlicher Bauart und Leistungsklasse
gezeigt. Die erhaltenen Messungen
werden nach einer empirischen Analyse
zu einem charakteristischen und allgemeingültigen
Amplitudengang zusammengefasst.
Alle wesentlichen Frequenzbereiche,
die bei allen Messungen an rotierenden Maschinen
auftreten, sind darin enthalten. Diese
Messung bildet allerdings nur den Verlauf
bei einer bestimmten Rotorposition ab. Da
diese relative Position des Rotors zum Stator
die Frequenzantwort deutlich beeinflussen
kann, müssen die Messungen entweder
immer bei der gleichen Rotorposition
durchgeführt werden, oder die Rotorposition
wird als weiterer Messparameter betrachtet.
Zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Anwendbarkeit
der Methode zur Fehlerdiagnostik,
werden zwei Beispiele gezeigt. Zunächst
wird der Phasenvergleich genutzt,
um einen bisher unbekannten Fehler an einem
Stator eines 500 MW Kraftwerkgenerators
zu erkennen. Der Fehler wird dadurch
besser verstanden und kann durch die Messungen
örtlich eingegrenzt werden. Des
Weiteren wird gezeigt, wie ein Stabbruch im
Dämpferkäfig einer Synchronmaschine
ohne Referenzmessung detektiert werden
kann. Dazu wird die durch den Fehler hervorgerufene
Asymmetrie über den Rotorwinkel
ausgenützt. Besonders dieses Beispiel
verdeutlicht die Vorteile der SFRA-Methode.
Selbst Messungen an den Statorphasen
ermöglichen die Erkennung von
Fehlern im Dämpferkäfig, der im Rotor eingebaut
ist und nicht direkt messtechnisch
kontaktiert werden kann.
Wie erwähnt schaffen die Messungen also
einen sehr guten Gesamtüberblick über den
Zustand eines Betriebsmittels. Im Rahmen
der üblichen Diagnosemessungen können
die dadurch erhaltenen Informationen zu
einer effizienteren und sicheren Zustandsdiagnose
beitragen, da darauf aufbauend ggf.
auch andere Messmethoden sinnvoller eingesetzt
werden können.
l
vgbe energy journal 10 · 2022 | 37