Caracterización de descargas parciales en ranuras y por vibración presentadas en estatores de hidrogeneradores

Abstract

La confiabilidad y disponibilidad de los hidrogeneradores depende en gran medida de la condición del aislamiento del devanado de estator, que está expuesto a una combinación de esfuerzos térmicos, eléctricos, ambientales y mecánicos. Una interrupción no programada de una máquina en funcionamiento podría poner en riesgo la estabilidad del sistema eléctrico, así como provocar pérdidas económicas, por lo que es necesario contar con técnicas de monitoreo de condición, como es la medición de descargas parciales en-línea. Una descarga parcial se define como una descarga eléctrica localizada, que solo une parcialmente el aislamiento entre los conductores, acompañada de movimiento de cargas, emisión acústica, radiación y reacción química, entre otros efectos. La medición de descargas parciales en-línea es una de las técnicas más utilizadas para seguir la evolución de grandes hidrogeneradores. En este artículo se propone una metodología novedosa para detectar los mecanismos de falla de descargas parciales: i) en ranura; y ii) por el establecimiento de chispas por vibración, mostrando ejemplos utilizando una máquina en servicio. La metodología se basa en la medición de descargas parciales en-línea para distintos niveles de potencia activa. Lo anterior permite encontrar dependencias térmicas y mecánicas, que logren localizar y caracterizar el mecanismo de falla. Posteriormente, se establecen una serie de posibles causas-raíz de cada uno, y las recomendaciones de reparación. Los resultados obtenidos en las pruebas realizadas muestran que la medición de descargas parciales en-línea es efectiva cuando se trata de detección temprana de fallas repentinas, y se ha aplicado con éxito en el hidrogenerador evaluado.

The reliability and availability of hydro generators is highly dependent on the condition of the stator insulation, which is exposed to a combination of thermal, electrical, environmental and mechanical stresses. An unscheduled interruption of a generator in operation could jeopardize system stability, as well as cause economic losses, so it is necessary to have condition monitoring techniques, such as on-line partial discharge measurement. A partial discharge is defined as a localized electrical discharge, which only partially joins the insulation between the conductors, accompanied by movement of charges, acoustic emission, radiation and chemical reaction, among other effects. On-line partial discharge measurement is one of the most used techniques to follow the evolution of large hydro generators. This article proposes a novel methodology to detect the failure mechanisms of partial discharges: i) in slot; and ii) by sparks produced by vibration, showing one example using a generator in service. The methodology is based on on-line partial discharge measurement for different active power levels. The above allows finding thermal and mechanical dependencies, which are able to locate and characterize the failure mechanism. Subsequently, a series of possible root causes of each are established, and recommendations for repair. The results obtained in the tests carried out show that on-line partial discharge measurement is effective when it comes to early detection of sudden failures, and has been successfully applied in the hydro generator evaluated.