Den underhållsfria roterande borstlösa mataren

Den underhållsfria roterande
borstlösa mataren
VBE-T Borstlös roterande matare med tyristorer och blåtandsteknologi
Idé:
Minimiera underhållskostnader
Maximiera produktion
Den borstlösa mataren är ett enkelt sätt att göra kraftproduktion
renare, säkrare och mer effektiv.
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Problemet:
Koldamm
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Borstslitage
Slitage [mm]
Total
Mekanisk
- Tryck
- Strömtäthet
- Material
- Hastighet
- Temperatur
- Luftfuktighet
Elektrisk
Tryck [g/cm2]
15 mm/1000 timmar
Lösningen:
En snabb borstlös matare




Snabb
Säker
Effektiv
Underhållsfri
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Lösningen:
En borstlös matare
Fördelar
• Den roterande borstlösa mataren är underhållsfri
• Inget koldamm
• Inga grova kablar mellan reglerskåp och matare/transformator
• Ingen stor magnetiseringstransformator
• Ett reglerskåp
• Inget behov av polaritetsväxling
Nackdelar
•
•
Utrymmeskrav
Längre responstid
Princip: Roterande borstlös matare
Matarstator
Matarrotor
Generator
2000 A DC
20 A DC
”Längre responstid”
Pålitligare än traditionella statiska
magnetiseringssystem
 Kraftöverföringen
sker i roterande
delarna
 Inget borstslitage
medför inget
underhåll
 Inget koldamm
innebär mindre risk
för jordfel
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Från dioder i den roterande delen ......
EXC
3~
Traditionell roterande bortslös matare med dioder
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
.... Till fullt styrbara tyristorer i matarrotorn
Nya generationen roterande borstlösa matare utrustad med tyristorer
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Blixtrande snabb vid ‘start och stopp’ mha
Blåtandsteknologi och tyristorer
Nya generationen roterande borstlösa matare utrustad med tyristorer och blåtandsteknologi
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Har du hört att roterande matare har lång responstid?
Inte nu längre!
Tyristormatare
eller statiskt
system
Nedstyrning
1 2. 0 1 2. 0
1 2. 0
1 2. 0
1 1. 5
1 1. 5 1 1. 5
1 1. 5
1 1. 5
1 1. 0 111. 10. 0
1 1. 0
1 1. 0 1 1. 0
1 1. 0
1 1. 0
1 0. 5 110. 05. 5
1 0. 5
1 0. 5 1 0. 5
1 0. 5
1 0. 5
1 0. 0 110. 0. 0
1 0. 0
1 0. 0 1 0. 0
1 0. 0
1 0. 0
0 9. 5 0 9. 5
0 9. 5
0 9. 5
0 9. 0 0 9. 0
0 9. 0
0 9. 0
0 8. 5 0 8. 5
0 8. 5
0 8. 5
0 8. 0 0 8. 0
0 8. 0
0 8. 0
1 2. 0 112. 20. 0
1 2. 0
1 1. 5 111. 15. 5
Uppstyrning
1 1. 00 1 1. 00
0 9. 5 009. 95. 5
0 9. 0 009. 90. 0
0 9. 0
0 8. 5 008. 85. 5
0 8. 5
0 8. 0 008. 80. 0
0 8. 0
1 0. 25 1 0. 25
Diodmatare
11
. 00
1 1. 00 1 1. 00
10
. 75
10
. 75
1 0. 75 1 0. 75
10
. 50
10
. 50
1 0. 50 1 0. 50
10
. 25
10
. 25
1 0. 25 1 0. 25
0 9. 5
1 0. 75 1 0. 75
1 0. 50 1 0. 50
11
. 00
1 0. 00 1 0. 00
0 9. 75 0 9. 75
13 3: 7 4: 0
13 3: 7 4: 0
10
. 00
10
. 00
1 0. 00 1 0. 00
09
. 75
09
. 75
0 9. 75 0 9. 75
13 3: 7 4: 5
F ei dl C u rreFn tei [pdluC] u rre n tG[pe nue]ra to Vr o l ta gG
e e[pnue] ra RtoeV
ra cot ivl taePgoew e[pr u[p u] ] R eAacct ivt ievPeoPwoewr e[p ur ][p u ]
13 3: 7 4: 5
13 3: 7 5: 0
13 3: 7 5: 0
C o nAtrco ltsiv gienPaolw[peu r] [p u ] F re q u e n cCy o[pnu t]ro l s gi n aG el n[pe ura ]to r c u rre nFt r[e] q u e nPScSy s [pgi un a] l [ ]
0 9. 50 0 9. 50
G e n e ra to r c u rre n t h[m
]:
09
. 50
09
. 50
09
. 25
09
. 25
0 9. 25 0 9. 25
09
. 00
09
. 00
0 9. 00 0 9. 00
0 9. 50 0 9. 50
ni :s
PSS s gi n a l [ ]
hm: ni :s
E x c i te r f eiEdl x ccu irtere nr f[ei] dl CcVuerxrecni te [r] f ei dl C[ ]V e x c i te r f ei dl [ ]
0 9. 25 0 9. 25
0 9. 00 0 9. 00
18 0: 7 2: 5
Fä lts tröm p
[u]
Ak tvi e fe
f ktp
[u]
Rött=Fältström
Reak tvi e fe
fktp
[u]
F rekvens H
[z]
18 0: 7 3: 0
S ty rs gi na l p
[u]
Blått=Generatorspänning
18 0
:74
:0
Fä lts tröm
[eura]o
Genp
t rspänn ni g p
[u]
Ak tv
i e fe
f ktp
[u]
hm: ni s:
Reak tv
i e fe
fktp
[u]
F rekvens H
[z]
S ty rs g
i na l p
[u]
Gene ra
Marknadens snabbaste roterande bortslösa matare
 Tyristorerna reagerar
blixtsnabbt vid
spänningsvariationer
 Snabb trådlös
kommunikation mha
Blåbandsteknologi
Avmagnetisering – Snabbare är du kan föreställa dig.
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Trådlösa länken
• “Paranslutning” i Firmware
• Bluetooth teknologi
• Tvåvägskommunikation
• Frekvenshopp på 2,45 GHz-bandet
• 625 μs per kanal, 79 kanaler
• 2-av-3 telegram
• Fördröjning mindre än 10 ms
• Hög immunitet mot elektromagnetiska fält
• Räckvidd 10 m
Kommunikationsfel ...... Diodmod
• Intern övervakning (self supervision) av stator- och
rotorsystem
• Rotorsystemet rampar tyristorerna till full utstyrning
vilket ger diodkarakteristik
• Statorsystemet aktiverar styrning av fältström till
matarens stator vilket ger samma egenskaper
som en konventionell diodmatare.
• Driften fortgår utan avbrott
VBE-(T) serien
VBE-( T)
serien
Max Axel  St at or 
( mm)
y ( mm)
Max n
( rpm)
Max kont
If ( A)
Max kont
Uf ( V)
VBE 8 0 0
1800
1000
320
300
1160
VBE 1 2 0 0
1300
1500
450
350
1620
VBE 1 7 0 0
1000
1700
450
650
2140
VBE 2 2 0 0
900
2500
450
850
2650
Beroende på effekt- och/eller forceringsbehov
varieras plåtlängden
Ex.
Rotordiameter
Plåtlängd
VBE 1700-300-T har:
1700 mm
300 mm
Över 8 700 000 störningsfria drifttimmar så här långt ..
 Problemfri drift
 Betydande kostbesparingar
per aggregat och år
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Förbättrar produktiviteten, för alltid
 Minimala
underhållskostnader
 Ökad tillgänglighet
 Mindre risk för
driftstopp
 Blixtrande snabbhet
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Nyfiken på framtiden? Det är vi också!
Hannes Wilhelmsson
hannes.wilhelmsson@vgpower.com
Botemedel mot ”Längre responstid”
Send/Receive
Send/
Receive
EXC
3~
Tyristor och shunt
Roterande borstlöst system
Statiskt system
Telemetri
• Mätning av
•
•
Fältström via shunt
Fältspänning
Matarens AC spänning
Rotortemperatur, 6 x Pt100
Tyristorövervakning
•
Isolationsvärde rotor (jordfel)
•
•
•
Avm agne tsi e rni g
pu pu
pu pu
0 6, 1 2, 5
0 6, 0 6,
1 2. 5
1 2. 5
1 2. 5
0 5,
0 5, 0 5,
1 0, 0
1 0. 0
1 0. 0
1 0. 0
0 4,
0 4, 0 4,
0 7, 5
0 7. 5
0 7. 5
0 3,
0 7. 5
0 3, 0 3,
0 5, 0
0 5. 0
0 2,
0 5. 0
0 1,
0 2. 5
0 2, 0 2,
0 2, 5
0 2. 5
0 1, 0 1,
0 0, 0 0, 0
0 0. 0
13 0: 4 5: 0
P ow e r [p u ]
C o n tro l s g
i n a l [p u ]
15 2: 7 0: 5
E x c i te r f e
i d
l c u rre n [ ]
0 2. 5
0 0, 0 0,
13 0: 4 5: 5
13 0: 5 0: 0
0 0. 0
5G5, e n6 0e, ra6 5t,o r 7c0,u rr7e5,n 1t85[0,] 2: 78 5,1: 59P0, SS9 5, s 1gi0 n0, a10l 5,[] 11 0, 11 5,
G e n e ra to V
r o l ta g e F[pä ltu
s tröm]B r1 p[ u ] R e aFcä lts ttrömivBer2Pp[ uo] w e rG e[pne rua ot rs]pänn ni g p[ u ] A c t iv eP ow e r [ps u ]
CV e x c i te r f e
i d
l []
F rekvens H[ z ]
- BT-matare
0 0. 0
13 0: 5 0: 5
F re q u e n c y [p u ]
15 2: 7 1: 0
Fe
i d
l C u rre n t [p u ]
0 5. 0
15 2: 7 2: 0
hm: ni :s
C o n tro l s g
i n a l [p u ]
15 2: 7 2: 5
F re q u e n c y [p u ]
15 2: 7 3: 0
G e n e ra to r c u rre n t [ ]
15 2: 7 3: 5
PSS s g
i n a l []
hm: ni :s
S ty rs gi na l p[ u ]
- Statiskt system
- Diodmatare
Krav på reglersnabbhet
• Svenska Kraftnät
• Stigtid<0,8s (ΔUG 0-90%)
• Power System Stabilizer vid >75 MVA
• Statnett
• Stigtid<0,5s (ΔUG 0-90%)
• Fullt utstyrbar (två-kvadrant)
• Power System Stabilizer vid >25 MVA
• Fingrid
• Stigtid<0,3s (ΔUG 0-90%)
• Power System Stabilizer vid >50 MVA
Stator
2
3
1
4
1.
2.
3.
4.
Pole winding
Pole core
Pole insulation
Stator frame
The stator core is an essential part of the magnetic circuit. It acts as a magnetic conductor
so that the magnetic flux between the poles is not disrupted on the static side.
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Rotor
5
4
6
2
1
3
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Rotor winding
Rotor frame
Rotor core
Connection rings
Air screen
Wedges
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Rectifier
4
2
1
5
3
1.
2.
3.
4.
5.
Cooling heatsink
Snubber
Diode or thyristor
Connecting rings
Clamp
The maintenance free exciter, Hannes Wilhelmsson | 2013-03-01
Svenska kraftnäts föreskrifter
SvKFS 2005:2
4 § Enskilda synkrona generatorer i stora och medelstora anläggningar skall
följande krav:
- Magnetiseringssystemet skall vara dimensionerat för kontinuerlig
magnetiseringseffekt, som är 105 % av erforderlig magnetiseringseffekt vid
märklast för generatorn.
- Med generator i tomgång, som inte är ansluten till elnätet, får svarstiden T för
generatorspänningen ej överstiga de i tabellen nedan angivna värdena vid
stegändring från 1,0 till 1,1 p.u.*) insignal till spänningsregulatorn. Insignal 1 p.u.
är relaterad till nominell generatorspänning.
Enskild generator
Märkeffekt Sn [MVA]
≤ 50
50-100
≥ 100
Svarstid T
(sekunder)
1,00
1,00-(Sn-50) x 0,004
0,80
*) Uppnå 90 % av resulterande
ändring i U
Svenska kraftnäts föreskrifter SvKFS 2005:2
5 § ”Stora anläggningar skall, med bibehållen nätanslutning, klara variationer i
spänning på en eller flera faser i det anslutande maskade stamnätet ned till 0 %
under 0,25 sekunder, följt av ett språng på 25 % och sedan linjärt ökande spänning
under 0,5 sekunder upp till 90 % spänning, som därefter består”, enl nedan.
U [%]
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
-0,10 -0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30
t [s]
2
+ Fast response
+ Fast de-excitation
+ Better supervision
3
1
5
Profinet
Send/Receive
Send/Receive
3
6
2
1. Exciter rotor
3. Exciter stator
5. Wireless I/O, stator part
7. Main Generator field
2. Thyristor rectifier
4. Wireless I/O, rotor part
6. Voltage regulator
8. Main Generator stator
4
1
7
8
DC-supply
Pulse Width Modulation
Frekvensoberoende, DC .. Hz
Spänningsoberoende 0 ... 500 V
500V, 30A DC
AC-Supply
1-phase,
3-phase
AC-supply
Rotorkort för tyristorstyrning
Stator card
Bluetooth-modul
statorkort
Rotor card
Referenser- Tyristormatare
• Prototyp: Bergeforsen G1 (Vattenfall)
• 45 MVA, 115 rpm
• Matare 260 V, 1110A DC
• Okt 2009 - Sept 2010. 4400 drifttimmar, 78 starter
Kvarnsveden
• Första kommersiella: Kvarnsveden G2 (Fortum)
• 36 MVA, 93,8 rpm
• Matare 260V, 920 A DC
• Uppstart April 2012
1000 rpm i 10 minuter
53 m/s och 500g