Sistema Híbrido para Predição de Falhas no Sistema de Arrefecimento de Usina Termelétrica

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1 Sistema Híbrido para Predição de Falhas no Sistema de Arrefecimento de Usina Termelétrica Code: Germano Lambert-Torres Instituto Gnarus 16/11/2017 1

2 SISTEMA HÍBRIDO PARA PREDIÇÃO DE FALHAS NO SISTEMA DE ARREFECIMENTO DE USINA TERMELÉTRICA Jonas Guedes Borges da Silva Camila Paes Salomon Erik L. Bonaldi Levy Ely Lacerda de Oliveira Germano Lambert-Torres Luiz Eduardo Borges da Silva Wilson Cesar Santana Arley de Paula Mar

3 Abstract The cooling systems play an important role in the operational reliability of the thermoelectric power plants. If these systems stop to run the operation is compromised. This paper describes a system for early detecting failures in cooling systems. This system which has been developed to Gera Maranhao Thermal Power Plant treats with signals of voltage and current using electrical signature analysis techniques, and also with vibration and acoustic signatures and temperature. This system is composed by combination of different types of techniques and intelligent data mining to establish the evolution of a failure. This system is included in the efforts of the company to build predictive maintenance procedures. 3

4 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 4

5 UTE Gera Maranhão Termoelétrica localizada em Miranda do Norte, no Maranhão Construído pela empresa filandesa Wartsila Oy Capacidade de geração de 360 MW 19 grupos geradores Demanda toneladas/dia de óleo combustível Capacidade de tancagem de toneladas de óleo pesado (B1) 5

6 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 6

7 Sistema de Arrefecimento 456 motores de indução trifásicos divididos em 38 grupos de 12 motores acoplados aos ventiladores dos radiadores cada conjunto é alimentado por um inversor de frequência 7

8 Sistema de Arrefecimento A eficiência de troca de calor entre o líquido de arrefecimento aquecido pela unidade geradora e o ambiente, está diretamente relacionada com a eficiência de geração do conjunto motor/gerador. Fatores como temperatura ambiente e umidade influenciam este processo; contudo, as condições climáticas são consideradas estáveis e adequadas durante todo o ano 8

9 Sistema de Arrefecimento 4 plataformas de radiadores, que comportam de 9 a 10 painéis Cada plataforma de radiadores possui 40 m de comprimento, 15 m de largura e 7 m de altura 9

10 Sistema de Arrefecimento Cada painel possui 12 ventiladores acionados por um motor de indução trifásico de 8,6 kw 456 motores 10

11 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 11

12 Histórico de Falhas Com o histórico de ocorrência, as principais falhas no sistema de arrefecimento: Deterioração e travamento dos rolamentos dos motores Queima do motor ou baixa isolação dos motores Bloqueio do rotor do ventilador e hélice do ventilador Chave de segurança com ponto quente Queima do cooler do inversor Defeito nos capacitores do inversor Taxa de reparo: 7 a 8 motores mensais Problema: entrada de contaminantes (principalmente, água) nos rolamentos dos motores causando a sua deterioração baixa isolação e perda de isolamento por contaminação por umidade Sistema de arrefecimento da usina é bastante tolerante a falhas no motor, visto que o mesmo pode operar com até dois motores com defeito por unidade geradora 12

13 Histórico de Falhas Rotina de Inspeção: É realizada a inspeção visual dos motores/radiadores uma vez ao dia. A cada 2 dias, é executado um procedimento de conservação, onde os motores são ligados por 5 minutos (quando a usina não está gerando). Há uma inspeção completa semanal, realizada aos domingos. Os motores com problemas devem ter um check-list de verificação preenchido. Os motores dos radiadores, segundo manual do fabricante, quando em stand by, devem funcionar entre 1 e 2 horas por mês. Lubrificação dos rolamentos dos motores a cada 5000 horas. Alarmes 13

14 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 14

15 Metodologia Desenvolvida Metodologia baseada em Assinaturas Diferenças ao longo do tempo entre assinaturas Manutenção Preditiva (filme, não foto!) 15

16 Metodologia Desenvolvida Metodologia baseada em Assinaturas Diferenças ao longo do tempo entre assinaturas Manutenção Preditiva (filme, não foto!) Produção das assinaturas: Análise MCSA Análise EPVA Análise de Vibrações Análise de Rolamento Análise de Sequência Qualidade de Energia 16

17 Metodologia Desenvolvida Sistema baseado em Assinaturas Diferenças ao longo do tempo entre assinaturas Manutenção Preditiva (filme, não foto!) Produção das assinaturas: Análise MCSA Análise EPVA Análise de Vibrações Análise de Rolamento Análise de Sequência Qualidade de Energia 17

18 Metodologia Desenvolvida Sistema baseado em Assinaturas Diferenças ao longo do tempo entre assinaturas Manutenção Preditiva (filme, não foto!) Produção das assinaturas: Análise MCSA Análise EPVA Análise de Vibrações Análise de Rolamento Análise de Sequência Qualidade de Energia 18

19 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 19

20 Hardware Desenvolvido Hardware de aquisição para o sistema de monitoramento de vibração 20

21 Hardware Desenvolvido Hardware de aquisição para Acelerômetros 21

22 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 22

23 Instalação 23

24 Instalação 24

25 Instalação 25

26 Instalação 26

27 Instalação 27

28 Instalação Instalação do sensor de temperatura na estrutura do radiador Instalação do acelerômetro no mancal do lado do acoplamento Instalação dos transdutores de corrente no painel de alimentação dos motores 28

29 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 29

30 Software de Análise 30

31 Software de Análise 31

32 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 32

33 Resultados Preliminares Pá Desbalanceada no Ventilador Desequilíbrio Elétrico Estatórico 33

34 Resultados Preliminares Defeito Pontual no Rolamento (Vibração) Baseline Falha Pontual 34

35 Resultados Preliminares Defeito Pontual no Rolamento (Assinatura Elétrica) Baseline Falha Pontual 35

36 Agenda UTE Gera Maranhão Sistema de Arrefecimento Histórico de Falhas Metodologia Desenvolvida Hardware Desenvolvido Instalação Software de Análise Resultados Preliminares Conclusões 36

37 Conclusões Este artigo mostra alguns pontos relevantes do sistema de manutenção preditiva para a detecção de defeitos em sistemas de arrefecimento de usinas termelétricas desenvolvido para a UTE Gera Maranhão. Este sistema utiliza técnicas avançadas de processamento estatístico de sinais em conjunto com as técnicas inteligentes de mineração de dados. Esta junção de técnicas enrobustece o diagnóstico de falhas; pois, enquanto o processamento estatístico permite a explicitação das informações úteis que estão escondidas nos sinais coletados, as técnicas de mineração inteligentes permitem classifica-las corretamente. 37