Analyse av temperatur- og lastdata fra vannkraftgeneratorer

Hyppige temperaturendringer grunnet varierende vannkraftproduksjon kan svekke isolasjonen i statorviklingene i generatoren. Analyser fra HydroCen kan hjelpe kraftprodusenter med å planlegge gunstigere produksjonsmønstre som gir mindre slitasje.

Bilde av stator i en vannkraftgenerator i et av kraftverkene til Sira-Kvina kraftselskap. Foto: Sira-Kvina kraftselskap

Store prisvariasjoner og økning av varierende sol- og vindkraft i kraftsystemet fører til at vannkraftprodusenter oftere må starte og stoppe produksjonen. Det får konsekvenser for de ulike delene i vannkraftgeneratoren som ikke er designet for så mye variasjon.

Mye variasjon gir mer slitasje av isolasjon

En av delene som får økt slitasje er stator. Stator er en sentral del av generatoren der elektrisk strøm genereres som følge av et varierende magnetfelt. Stator består av strømledende kobberviklinger som er dekket med flere lag isolasjon. Med en økning av start/stopp i kraftproduksjonen vil kobberviklingene og isolasjonen utsettes for hyppigere temperaturendringer og dermed termomekanisk stress. 

Ettersom kobberviklingene og isolasjonen reagerer ulikt på temperaturendringer (de utvider/trekker seg sammen ulikt) kan dette få isolasjonen til å løsne fra kobberviklingene og føre til elektrisk utladning («lyn» mellom viklingene). I verste fall kan dette føre til at generatoren havarerer. 

Kartlegger negative effekter av variabel drift

Forskerne i HydroCen har derfor sett nærmere på hvor fort temperaturen i statorviklingene synker etter stopp i produksjonen. Målet er å bedre kunne kartlegge når og hvor fort de negative effektene av hyppige start og stopp inntreffer.

Forskerne har analysert driftsdata fra et lite utvalg norske vannkraftverk.

Resultatene indikerer at temperaturen i statorviklingene faller raskt de første par timene etter stopp, og at det derfor ikke tar lang tid før de utsettes for termomekanisk stress. Nedkjølingstempoet avhenger både av lasten og temperaturen før og etter nedtrapping/stans i produksjonen.

Figuren viser hvordan temperaturen I statorviklingene endrer seg I timene etter stopp for et utvalgt kraftverk. Grafen viser endring i temperatur for målinger gjort på forskjellige datoer (delvis anonymisert). Temperaturen i statorviklingene faller raskt de første par timene etter en produksjonsstopp, men det vil gå opptil flere dager før statorviklingene når samme temperatur som omgivelsene rundt.

Nyttig i produksjonsplanlegging

Resultatene fra prosjektet vil brukes i en modell for produksjonsplanlegging, der kostnader pga. slitasje som følge av variabel drift er tatt med. Målet er at vannkraftbransjen etter hvert kan bruke denne modellen for å ta hensyn til slitasje når de optimaliserer produksjonsplanleggingen.

For å få et mer helhetlig bilde av hvordan variabel drift fører til slitasje på komponentene i generatoren, trengs mer data fra flere kraftverk og fra flere komponenter enn kun statorviklingene.