2.4.1 Faseroptische Bragg-Gitter-Sensorarrays zur Ausnutzungssteigerung großer Turbogeneratoren durch direkte Erfassung der Wicklungstemperatur auf Hochspannungspotential
- Event
- 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012
2012-05-22 - 2012-05-23
Nürnberg, Germany - Chapter
- 2.4 Faser- und mikrooptische Sensoren
- Author(s)
- S. Strack, J. Weidner - Siemens AG, Mühlheim, T. Bosselmann, M. Villnow, M. Willsch - Siemens AG, Erlangen
- Pages
- 250 - 258
- DOI
- 10.5162/sensoren2012/2.4.1
- ISBN
- 978-3-9813484-0-8
- Price
- free
Abstract
Der stark wachsende Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung erfordert eine höhere Flexibilität in der Betriebsweise konventioneller Kraftwerke. Zusammen mit dem verschärften Wettbewerb im liberalisierten Erzeugungsmarkt führt dies zu erheblich gestiegenen technischen Anforderungen an die modernen Kraftwerksblöcke und somit auch an deren Kernkomponente mit der größten Energiedichte, dem Turbogenerator. Für eine bessere Ausnutzung des Generators bei gleichzeitig hoher Verfügbarkeit und langer Lebensdauer ist das thermische Verhalten der Ständerwicklung von ausschlaggebender Bedeutung.
Mit der genauen Kenntnis der maximalen Kupferleitertemperatur bei den verschiedenen Betriebszuständen ließe sich die thermische und elektrische Auslegung indirekt gekühlter Generatorständer optimieren. Auch das thermische und thermo-mechanische Alterungsverhalten der Hochspannungsisolierung könnte durch eine direkte Messung der Kupferleitertemperatur über Jahrzehnte kontrolliert werden. Trotz hoher Ausnutzung der Ständerwicklungsisolierung wäre auch bei hohen dynamischen Betriebsbeanspruchungen eine Lebensdauer von über 30 Jahren möglich. Diesen Herausforderungen, die im Rahmen u.a. des geplanten massiven Einsatzes von „Erneuerbare Energien“ auf große Turbogeneratoren anstehen, könnte damit begegnet werden Der direkten Überwachung der Kupferleitertemperaturen durch integrierte Temperatursensoren kommt somit eine besondere Bedeutung zu. Da sich die Kupferleiter der Ständerwicklungen bei Betrieb auf Hochspannungspotential befinden, sind metallische Temperatursensoren nicht geeignet, da sie zu Kurzschlüssen führen würden. Zudem wären die metallischen Sensoren und Messleitungen durch die hohe Energiedichte bei Generatoren sehr starken elektrischen und magnetischen Störfeldern ausgesetzt.
Technologien, die auf optischen Funktionsprinzipien beruhen, spielen bei der Temperaturerfassung sowie der Schwingungsmessung eine Schlüsselrolle. Am Beispiel des Prototypentests der neuen luftgekühlten 370MVA Klasse von Turbogeneratoren der Siemens AG wird der Einsatz von „Faser-Bragg-Gitter“ (FBG) Temperatursensoren an der 18kV Generatorständerwicklung vorgestellt. Ebenso wird die Bedeutung von optischen Schwingungssensoren und die erweiterten Analysemöglichkeiten, die diese in Verbindung mit Kenntnis der Ständerkupferstabtemperatur bieten, vorgestellt.