SALTO CAXIAS UM PROBLEMA DE FLUTUAÇÃO NA COROA POLAR EVIDENCIADO PELO AGMS

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1 SALTO CAXIAS UM PROBLEMA DE FLUTUAÇÃO NA COROA POLAR EVIDENCIADO PELO AGMS Pedro Massanori Sakua, Álvaro José Noé Fogaça, Orlete Nogarolli Copel Copanhia Paranaense de Energia Paraná Brasil RESUMO Este artigo descreve a experiência da Copel co o uso do AGMS no coissionaento da Usina Hidrelétrica Salto Caxias. Ua interferência insuficiente entre a coroa polar e a aranha do rotor nas quatro unidades geradoras foi detectada e corrigida através do sistea de onitoraento do entreferro, evitando o deorado procediento de correção que teria de ser adotado se o problea fosse detectado soente após a entrada e operação coercial. Os resultados de testes antes e após a correção do problea são coparados, ostrando a capacidade do AGMS e detectar o problea e confirar a efetividade da correção efetuada. 1

2 1 - INTRODUÇÃO A Usina Hidrelétrica Salto Caxias possui quatro unidades geradoras, estando localizada no Rio Iguaçu, no unicípio de Capitão Leônidas Marques. Cada u dos quatro geradores te ua potência noinal de 345 MVA, 80 pólos e u diâetro interno de 14,5, tendo entrado e operação e Durante o coissionaento, todas as unidades apresentara ua velocidade de flutuação da coroa polar inferior ao especificado (110% da velocidade de rotação noinal). Ua das unidades apresentou ua deforação não unifore da coroa polar quando da aplicação da excitação, deforação esta facilente identificável através do sistea de onitoraento do entreferro (AGMS). E conseqüência, decidiu-se auentar a interferência co a aranha nas quatro unidades. 2 DETECTANDO O PROBLEMA NO COMISSIONAMENTO Co o AGMS já operacional durante o coissionaento, u conjunto de edições foi realizado para verificar o desepenho do sistea e a efetividade do processo de ontage da coroa polar. O principal conjunto de edições foi feito na unidade 2, entre 26 de aio e 19 de junho de Considerando u entreferro noinal de projeto de 19, o entreferro édio edido para várias condições de carga aparece na Tabela 1 e na Figura 1. Condição de carga Entreferro édio () Baixa Rotação 19,7 35 rp 20,22 Desexcitada 18,8 Excitada 17,3 A plena carga (quente) 18,94 TABELA 1 Entreferro édio da unidade 2, sob várias condições de carga, durante coissionaento Unidade 2 - Entreferro édio Baixa rotação 35 rp Desexcitada Excitada Plena carga (quente) Condição de carga FIGURA 1 Entreferro édio da unidade 2, sob várias condições de carga, durante coissionaento A grande queda no entreferro édio da condição 35 rp para a condição excitada (quase 3 ) ostra que há algo errado co o coportaento da áquina. Procurando pela causa deste coportaento estranho e explorando a capacidade de análise do AGMS, foi possível constatar que a concentricidade e a circularidade do rotor, para as esas condições de carga indicadas na Tabela 1, era aquelas ostradas na Tabela 2 e nas Figuras 2 e 3 abaixo. Os dados fora obtidos diretaente dos gráficos polares do AGMS (pole graphs). 2

3 Condição de carga Concentricidade () Circularidade () Baixa rotação 0,19 0,79 35 rp 0,14 0,66 Desexcitada 0,19 0,78 Excitada 0,62 2,33 A plena carga (quente) 0,69 2,32 TABELA 2 Concentricidade e circularidade do rotor da unidade 2, durante o coissionaento Unidade 2 - Concentricidade 0,7 0,5 0,3 0,1 Baixa rotação 35 rp Desexcitada Excitada Plena carga (quente) Condição de carga FIGURA 2 Concentricidade do rotor da unidade 2, durante o coissionaento Unidade 2 - Circularidade Baixa rotação 35 rp Desexcitada Excitada Plena carga (quente) Condição de carga FIGURA 3 Circularidade do rotor da unidade 2, durante o coissionaento Ua alteração tão grande na circularidade do rotor e decorrência da aplicação da excitação indica que a interferência entre a coroa e a aranha está enor que a de projeto. De fato, a velocidade de flutuação da coroa polar parece estar pouco abaixo da rotação noinal (90 rp), de fora que o epuxo agnético produzido pela corrente de excitação é suficiente para expandir a coroa onde o entreferro é enor. Assi, a coroa flutua e alguns dos braços da aranha e pode assuir u novo forato, não necessariaente circular. A Tabela 3 abaixo ostra a variação do entreferro, da concentricidade e da circularidade do rotor, expressas e porcentage do entreferro noinal, calculada para a condição a plena carga, co as teperaturas estabilizadas. As características diensionais acia citadas excede as tolerâncias geralente aceitas para ua unidade geradora nova. 3

4 Parâetro Variação (%) Entreferro 20,47 Concentricidade 3,63 Circularidade 12,21 TABELA 3 Características diensionais da unidade 2, durante o coissionaento 3 USANDO O AGMS PARA AVALIAR O DESEMPENHO DINÂMICO DO ROTOR A análise do coportaento dinâico do rotor durante a partida e a parada da unidade oferece ua elhor visualização das odificações que ocorre na fora do rotor e relação à velocidade de rotação. O Gráfico A (Anexo I) ostra a alteração na fora do rotor durante a partida da unidade. Cada oscilação no gráfico representa u giro copleto, e a variação na envolvente é o entreferro édio visto a partir de u único sensor do AGMS; o valor pico-a-pico é a circularidade do rotor. À edida que a velocidade de rotação cresce, a coroa expande e o entreferro diinui. Se a coroa não estiver flutuando, não haverá variação significativa na circularidade ao longo de todo o gráfico. Nesta caso, a circularidade vai desde 0,8 co a áquina parada, até 1,95 na rotação noinal. No gráfico B (Anexo I), co a aplicação da excitação, o entreferro édio diinui 0,4 sob o efeito do epuxo agnético. Siultaneaente, a circularidade do rotor pula de 1,8 para 2,1 ; ais u indício de flutuação da coroa polar. Durante o ensaio de sobrevelocidade, ostrado no Gráfico C (Anexo I), a circularidade do rotor atinge 2,18. Este valor representa quase 190 % da circularidade do rotor na rotação noinal (1,15 ). O Gráfico D (Anexo I), na rejeição de carga, é uito interessante eso que a áxia velocidade atingida pelo rotor seja inferior à do ensaio de sobrevelocidade. Antes da rejeição, a circularidade do rotor é de 2,32. Logo após a rejeição (se o epuxo agnético), a circularidade decresce 0,4, chegando a 1,93. A circularidade do rotor decresce até 1,03 soente quando o rotor está quase parado. É iportante notar que todas as edições feitas co o AGMS fora confiradas por edições diretas da expansão da coroa polar, através de u dispositivo ecânico. Por exeplo, a Tabela 4 ostra a deforação da coroa a 110% da rotação noinal, co a unidade desexcitada, edida e quatro pontos eqüidistantes no diâetro interno da coroa, antes e após a correção do problea. Deforação da coroa Condição da coroa Ponto 1 () Ponto 2 () Ponto 3 () Ponto 4 () Antes da correção 2,34 1,01 1,24 1,33 Após a correção 0,05 0,00 0,05 0,05 TABELA 4 Deforação da coroa polar da unidade 2 a 110% da rotação noinal, ediada co dispositivo ecânico, antes e após a correção da interferência 4 O QUE FOI FEITO A Copel decidiu auentar a interferência coroa / aranha, de fora a auentar a velocidade de flutuação da coroa polar até, pelo enos, 110% da rotação noinal, confore especificado no Contrato. O projeto incluiu a inserção de calços de 1,5 de espessura entre a coroa polar e as chavetas coroa / aranha. 5 - RESULTADOS Após a inserção dos calços, u novo conjunto de edições do entreferro foi feito, para verificar os resultados. A concentricidade e a circularidade do rotor fora edidas nas esas condições de carga indicadas na Tabela 2. 4

5 Os resultados obtidos estão indicados na Tabela 5 e nas Figuras 4 e 5. Condição de carga Concentricidade () Circularidade () Baixa rotação 0,39 1,29 35 rp 0,38 1,30 Desexcitada 0,41 1,49 Excitada 0,49 1,73 A plena carga (quente) 0,52 1,71 TABELA 5 Concentricidade e circularidade do rotor da unidade 2, após a correção da interferência Unidade 2 - Concentricidade () 0,7 0,5 0,3 0,1 Baixa rotação 35 rp Desexcitada Excitada Plena carga (quente) Condição de carga Após a correção Antes da correção FIGURA 4 Concentricidade do rotor da unidade 2 Coparação antes / após correção da interferência Unidade 2 - Circularidade () Baixa rotação 35 rp Desexcitada Excitada Plena carga (quente) Condição de carga Após a correção Antes da correção FIGURA 5 Circularidade do rotor da unidade 2 Coparação antes / após correção da interferência É evidente que ua variação uito enor foi obtida após a correção da interferência, tanto na concentricidade quanto na circularidade do rotor. Medições adicionais fora feitas co a unidade e sobrevelocidade (110 % e 115 % da rotação noinal). Os resultados estão nas Tabelas 6 (sob várias condições de carga) e 7 (a plena carga, quente), sendo uito ais unifores e estando dentro das tolerâncias de ontage que antes da correção da interferência. 5

6 Condição de carga Entreferro Concentricidade() Circularidade() édio() Baixa rotação 18,85 0,39 1,29 35 rp 18,52 0,38 1,30 Desexcitada 17,47 0,41 1,49 Sobrevelocidade 110% 17,16 0,41 1,51 Sobrevelocidade 115% 17,07 0,42 1,55 TABELA 6 Entreferro édio, concentricidade e circularidade do rotor da unidade 2, após a correção da interferência Parâetro Variação (%) Entreferro 16,53 Concentricidade 2,74 Circularidade 9,00 TABELA 7 Características diensionais da unidade 2, após a correção da interferência Ua vez que o problea ocorreu e todos os geradores, o eso procediento foi adotado para as três outras áquinas da usina. 6 - CONCLUSÕES O sistea de onitoraento de entreferro foi uito útil na identificação do problea de flutuação da coroa polar e forneceu dados confiáveis para que a Copel e o fabricante pudesse obter ua solução rápida para o problea, evitando ua parada longa que deveria ocorrer após a operação coercial das unidades geradoras. O uso do AGMS durante o coissionaento trouxe os seguintes benefícios, neste caso e particular: - No coissionaento : 2 a 3 dias a enos no tepo gasto para as edições e cada unidade geradora, evitando atraso na entrada e operação coercial (e ua ulta por atraso de aproxiadaente US$ ,00 / unidade / dia); - Após a correção da interferência : redução de 12 a 14 horas no tepo de teste e cada unidade geradora. 6

7 7 BIOGRAFIA Pedro Massanori Sakua Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Santa Catarina, Cursos de Especialização : Operação e Manutenção de Usinas Hidrelétricas, Eletrobrás, Recife; Projeto de Máquinas Síncronas, Proon Engenharia, Rio de Janeiro. Pedro Sakua te 21 anos de experiência coo engenheiro de anutenção de equipaentos elétricos de usinas hidrelétricas. Sua experiência cobre operação e anutenção, assi coo testes e coissionaento. Trabalhou co a Itaipu Binacional, durante os testes de aceitação de quatro unidades geradoras. A experiência e coissionaento abrange diversas usinas e várias concessionárias do Brasil coo Eletrosul, CEB e Cataguazes-Leopoldina. Atualente, é o coordenador da equipe de Máquinas, Transforadores, Serviços auxiliares e Subestações da Engenharia de Operação e Manutenção da Copel Geração. Fone : (41) E-ail : pedro.sakua@copel.co Álvaro José Noé Fogaça Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Cursos de Especialização : Proteção contra Surtos e Coordenação de Isolaento, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1984; Materiais para o Setor Elétrico, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, Álvaro Fogaça te 18 anos de experiência coo projetista de hidrogeradores. Sua experiência cobre projeto ecânico e eletroagnético, assi coo coordenação de equipes de projeto. Na área de engenharia de anutenção, sua experiência de 4 anos inclui a elaboração de especificações técnicas para refora / repotenciação de unidades geradoras, instalação de sisteas de onitoraento e interpretação dos resultados, substituição de enrolaentos estatóricos e de capo. Atualente é Engenheiro Sênior na equipe de Máquinas, Transforadores, Serviços Auxiliares e Subestações da Engenharia de Operação e Manutenção da Copel Geração. Fone : (41) E-ail : alvaro.fogaca@copel.co Orlete Nogarolli Eletrotécnico pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná, Curitiba, Orlete Nogarolli te 10 anos de experiência e coissionaento de usinas incluindo geradores e transforadores e 10 anos de experiência e anutenção de usinas, totalizando 20 anos dedicados exclusivaente à Copel. Sua experiência e coissionaento e engenharia de anutenção inclui instalação de sisteas de onitoraento, configuração de software e interpretação de resultados. A experiência e transforadores elevadores cobre inspeção, coissionaento, avaliação do isolaento e projeto de alterações. Fone : (41) E-ail : orlete@copel.co Endereço : Copel Copanhia Paranaense de Energia Copel Geração Eng/Eqsa Rua José Izidoro Biazetto, Curitiba Paraná Brasil Fax : (41)

8 ANEXO - I COMPORTAMENTO DINÂMICO DO ROTOR A) Redução do entreferro na partida B) Redução do entreferro na aplicação do capo C) Sobrevelocidade a 150% D) Rejeição de Carga a 310MW 8

9 Pole Graph Circularidade do Rotor: 0, A i r G a p ( ) Circularidade do Rotor: 1, Redução do Entreferro 2, /1 1/26 1/51 1/76 1/ turn(s) 0 pole(s) -2, ,8 RPM 1999/06/08 12:01:03 GERADOR2 Air gap TOP 000 DEG. 101 tr Up; Starting ach. af; insp. & RV A) REDUÇÃO DO ENTREFERRO NA PARTIDA

10 Pole Graph Redução do Entreferro: 0,41 A i r G a p ( ) /1 41/13 1/26 41/38 32 turn(s) 0 pole(s) -0,407 89,6 RPM 1999/06/02 11:21:24 GERADOR2 Air gap TOP 000 DEG. 45 tr; Field Applied - 16 kv B) REDUÇÃO DO ENTREFERRO NA APLICAÇÃO DO CAMPO

11 Pole Graph A i r G a p ( ) Circularidade: 2,18 Circularidade: 1,15 Auento do Entreferro: 4, /1 1/26 1/51 1/76 82 turn(s) 0 pole(s) 4, ,8 RPM 1999/05/27 14:50:02 GERADOR2 Air gap TOP 000 DEG. 100 tr; Overspeed 150% (135 RPM) C) SOBREVELOCIDADE A 150%

12 Pole Graph Coroa Polar Recupera Interferência 19.5 A i r G a p ( ) Coroa Polar Flutuando % Velocidade Noinal 1/1 1/26 1/51 1/76 Pole: 80 / Turn: 24 15, ,1 RPM 1999/06/04 15:18:05 GERADOR2 Air gap TOP 000 DEG. 100 tr; 310 MW - Load Rejection - 86G D) REJEIÇÃO DE CARGA A 310 MW