ES2349704T3

ES2349704T3 - Procedimiento de reacondicionamiento de una cabeza de devanado de generador eléctrico.

Info

Publication number: ES2349704T3
Application number: ES08011655T
Authority: ES
Inventors: Nils Dipl.-Ing. Ulriksen (FH)
Original assignee: Sensoplan GmbH
Current assignee: Sensoplan GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2011-01-10
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: EP2073356B1; EP2073356A3; DE102007062078B3; EP2073356A2; DE502008001115D1; ATE477612T1

Abstract

Procedimiento para el reacondicionamiento de la cabeza de devanado (1) del estator de un generador eléctrico para la generación de corriente en centrales eléctricas, estando la cabeza de devanado (1) dotada de barras de devanado (3) radiales interiores, de elementos trapezoidales (4) en forma de placa, en contacto exterior con las barras de devanado (3), dispuestos alrededor del perímetro y extendidos en sentido axial, y de un anillo de soporte (6) coaxial al eje del estator y fijado permanentemente a los elementos trapezoidales (4), en el que la conexión permanente del anillo de soporte (6) con los elementos trapezoidales (4) es separada permanentemente y los elementos trapezoidales (4), en el estado montado a la cabeza de devanado (1), son modificados de tal manera por la incorporación de rendijas (7) pasantes a través de los elementos trapezoidales (4), que aumenta la flexibilidad de los elementos trapezoidales (4) en sentido axial del estator.

Description

La invención se refiere a un procedimiento para el reacondicionamiento de la cabeza de devanado de estator de un generador eléctrico para la generación de corriente en centrales eléctricas, según el preámbulo de la reinvindicación 1.

El estator de un generador eléctrico para la generación de corriente en centrales eléctricas tiene en cada uno de ambos extremos una cabeza de devanado en conexión con un núcleo laminado. Dicha cabeza de devanado presenta barras de devanado radiales interiores en las que puede tratarse de las así llamadas barras de Roebel con capa de devanado inferior y capa de devanado superior. Para estabilizar estas barras de devanado se encuentran dispuestas sobre todo el perímetro elementos trapezoidales que se extienden en sentido axial del estator. Dichos elementos trapezoidales están conformados como placas gruesas y, en este contexto, dispuestos, respectivamente, fijos a un soporte trapezoidal. Para la mayor estabilización se ha dispuesto un anillo de soporte, coaxial al eje del estator. Éste está conectado con los elementos trapezoidales por medio de atornillamiento.

Los turbogeneradores de este tipo en el régimen de entre 400 y 800 MVA, aproximadamente, hasta el fin de los años 90 fueron fabricados, en parte, con una refrigeración directa por hidrógeno en el devanado de estator, en lugar de la refrigeración por agua, de uso general normal en esta clase de potencia.

Los devanados de estatores de generadores de este tipo tienen en ambos extremos cabezas de devanado muy largas y pesadas. Éstas están expuestas a esfuerzos particulares. De esta manera, en funcionamiento las cabezas de devanado de

estator: son excitadas a vibrar debido a las fuerzas

electromagnéticas circulantes.

Además,: en casos de fallo como, por ejemplo, en

cortocircuitos próximos a la red actúan fuerzas muy potentes sobre las cabezas de devanado. Por estos dos motivos, la cabeza de devanado debe ser soportada por el núcleo laminado

o la carcasa de generador. Con este propósito, los elementos trapezoidales antemencionados sirven como anillo del soporte.

En caso de refrigeración directa por hidrógeno, las barras de devanado de estator son zunchadas, habitualmente, en 15 a 20 puntos (según el tamaño), aproximadamente, de la zona de la cabeza de devanado son zunchadas por medio de placas trapezoidales distribuidas uniformemente en el exterior de la circunferencia que también, por su parte, están unidas firmemente con la placa de extremidad del núcleo laminado por medio de soportes de acero. El objetivo de este concepto de soporte es, por un lado, un buen compound de las barras de devanado y una elevada rigidez de la cabeza de devanado, para dominar con seguridad todos los casos de funcionamiento y fallos admisibles y, por otro lado, crear una frecuencia resonante de la estructura de la cabeza de devanado que se encuentra lo más lejos posible de las fuerzas electromagnéticas excitantes con 100 Hz. Además del apoyo para dominar las fuerzas electromagnéticas, el

soporte de la cabeza de devanado debe, no obstante,

permitir, adicionalmente, la dilatación térmica en virtud de las diferencias de temperatura que se presentan entre el devanado de estator, por una parte, y la carcasa o núcleo laminado, por otra parte, sin que en la cabeza de devanado se produzcan fuerzas de magnitud inadmisible, en particular fuerzas de cizallamiento. La causa es que, al arrancar el generador, las barras de devanado son recalentadas mucho más rápido que el núcleo laminado. Es por eso que, debido a las pérdidas eléctricas, el calor se produce, directamente, en el cobre de las barras de devanado. El concepto del enfriamiento con refrigeración directa por hidrógeno en lugar de refrigeración por agua resulta, sin embargo, en una diferencia de temperatura relativamente elevada de las barras de devanado entre el estado frío en detención y el estado caliente en funcionamiento nominal. Ello resulta, en combinación con cabezas de devanado largas, en una gran dilatación térmica diferencial absoluta. El apoyo firme de las barras de devanado en la cabeza de devanado con la placa de extremidad produce con ello, al arrancar el generador, elevadas fuerzas de cizallamiento en los zunchos a través de los elementos trapezoidales. Dichos zunchos revientan con el número creciente de arranques. De continuar este proceso, ello puede producir el desgaste del aislamiento principal de las barras de devanado en el punto de contacto con los elementos trapezoidales y, por lo tanto, conducir a daños mayores.

Cuando en un generador de este tipo deben realizarse modificaciones para incorporar una mayor flexibilidad en el apoyo de la cabeza de devanado, se hacía hasta ahora,

habitualmente, por medio de un devanado nuevo, es decir la

renovación de todo el devanado de estator. Dicho modo de proceder posibilita, después de desinstalar el devanado viejo, el acceso a las zonas modificantes del soporte de la cabeza de devanado e, incluso, el recambio completo por una construcción más flexible. Con ello, son desventajosos los muy altos costes relacionados y, en particular, el largo periodo de tiempo muerto, necesario para el desmontaje y montaje del devanado de estator.

El documento US 4525642 da a conocer un procedimiento para el reacondicionamiento de la cabeza de devanado, presentando la cabeza de devanado barras de devanado radiales interiores y, en el exterior de las barras de devanado, dispuestos alrededor del perímetro elementos trapezoidales en forma de placas y extendidos en sentido axial. En este contexto, un soporte trapezoidal rígido es cambiado por un soporte trapezoidal flexible. El documento US 3988625 describe un estator con una cabeza de devanado alrededor del cual está dispuesto un anillo que mediante elementos trapezoidales de naturaleza gomosa se apoya en otro anillo. Para aumentar la flexibilidad axial de los elementos trapezoidales se encuentran incorporadas rendijas.

Partiendo de dicho punto, la invención se basa en el objetivo de crear un procedimiento para el reacondicionamiento de la cabeza de devanado de estator de un generador eléctrico para la generación de corriente en una central eléctrica, en el que no sea necesario desmontar el devanado de estator existente.

La solución técnica está caracterizada por la parte caracterizante de la reivindicación 1.

De este modo, se ha creado un procedimiento para el reacondicionamiento de la cabeza de devanado de estator de un generador eléctrico para la generación de corriente en centrales eléctricas, en el que no es necesario el desmontaje del devanado de estator. Más bien, el devanado de estator puede quedar montado como está. La idea básica del procedimiento de reacondicionamiento de conformidad con la invención está en la modificación del soporte de la cabeza de devanado para lograr el impedimento eficaz de los mecanismos causantes de los daños conocidos. Concretamente, la idea básica del procedimiento de reacondicionamiento de conformidad con la invención es, de manera selectiva, incorporar flexibilidad en el soporte de la cabeza de devanado, para permitir la dilatación térmica diferencial a fuerzas admisibles, sin embargo sin afectar negativamente el comportamiento de cizallamiento o la resistencia al cortocircuito. De este modo, la resistencia al cortocircuito se mantiene invariable. El procedimiento de reacondicionamiento de conformidad con la invención aporta, de manera selectiva y controlada, la modificación necesaria para el aumento de la flexibilidad del soporte de la cabeza de devanado, sin que el devanado de estator deba ser desinstalado. La obstaculización de la dilatación de las barras de devanado es minimizada por el soporte de la cabeza de devanado de conformidad con la invención, en virtud de que se reducen las fuerzas sobre los zunchos, aumenta la elasticidad del soporte y no se supera la resistencia al cizallamiento de los zunchos. La idea básica con las modificaciones esenciales respecto de la construcción

inicial especificada de la cabeza de devanado consiste, por

lo tanto, en la separación del anillo de soporte de los elementos trapezoidales y en la conformación elástica de los elementos trapezoidales en sentido axial. La secuencia en la realización de estas dos medidas es irrelevante, en este contexto. Los tiempos muertos necesarios en comparación con los procedimientos convencionales del devanado nuevo y los costes disminuyen drásticamente, y ello con el comportamiento comparable de la cabeza de devanado en lo que se refiere al comportamiento vibratorio, a la propensión a fallos y dilatación diferencial. Ello significa que, en virtud de una aplicación a tiempo del procedimiento de reacondicionamiento, se puede evitar de modo eficaz un desgaste prematuro debido a la problemática de la dilatación térmica diferencial y, por lo tanto, impedir un devanado nuevo costoso económicamente y en tiempo. En este caso, como "aplicación a tiempo" debe entenderse que el devanado de estator se encuentra todavía en un estado que permite un grado de reutilización, es decir, los daños ya producidos no deben ser demasiado grandes.

El perfeccionamiento según la reivindicación 2 se basa en el concepto fundamental de que el anillo de soporte existente es desmontado completamente y reemplazado por un anillo de soporte nuevo, pero el cual no será, como hasta ahora, fijado permanentemente a los elementos trapezoidales, sino que este nuevo anillo de soporte está separado de los elementos trapezoidales de forma permanente. El desmontaje completo del anillo de soporte viejo tiene la ventaja de que se ha mejorado la accesibilidad de los elementos

trapezoidales.

Preferentemente, en este contexto, de conformidad con la reivindicación 3, se usa como nuevo anillo de soporte un anillo de soporte partido, o sea, un anillo de soporte subdividido en segmentos anulares.

Según el perfeccionamiento en la reivindicación 4, se propone que en los elementos trapezoidales se encuentra incorporada, en cada caso, una rendija en forma de H. En este contexto, el brazo horizontal medio de la "H" se extiende, esencialmente, en sentido longitudinal del elemento trapezoidal. La anchura de la rendija tiene, en este contexto, una forma tal que con un movimiento axial del elemento trapezoidal se consigue el efecto elástico deseado, en virtud de que, de conformidad con el movimiento de desplazamiento, la rendija ejecuta un movimiento elástico. Por supuesto, también son factibles otras formas de rendijas que producen el efecto deseado.

Un modelo del procedimiento de conformidad con la invención para el reacondicionamiento de la cabeza de devanado de estator de un generador eléctrico para la generación de corriente en centrales eléctricas se explica a continuación mediante los dibujos. En el mismo muestran:

La figura 1, una representación en perspectiva de la cabeza de devanado;

la figura 2, en ciertas zonas una sección longitudinal a través de la cabeza de devanado, antes de la realización del reacondicionamiento;

la figura 3, en ciertas zonas una sección longitudinal a través de la cabeza de devanado, después de la realización del reacondicionamiento con una rendija en forma de H y un

anillo de soporte desmontado;

la figura 4, una representación, algo modificada gráficamente, de una cabeza de devanado, después de que el elemento trapezoidal ha realizado un movimiento axial.

La figura 1 muestra el extremo de un estator con una cabeza de devanado 1, al cual se conecta el extremo de barra 2 de la barra de devanado conectada al conector de barras.

La cabeza de devanado 1 presenta en una capa de devanado inferior y en una capa de devanado superior barras de devanado 3 en forma de así llamadas barras de Roebel.

Desde fuera, dichas barras de devanado 3 son soportadas por elementos trapezoidales 4. Éstos están dispuestos en forma radial exterior de modo permanente en un soporte trapezoidal 5 respectivo. En este contexto, los elementos trapezoidales 4 están configurados en forma de placas y se extienden en sentido axial del estator.

Desde el lado del extremo de la cabeza de devanado se encuentra dispuesto otro anillo de soporte 6. Éste, en el estado inicial de la cabeza de devanado 1, está conectado permanentemente con los elementos trapezoidales 4 por medio de atornilladuras, como se muestra en las figuras 1 y 2.

Finalmente, en los dibujos puede verse un núcleo laminado 8 y una placa de extremidad 9.

El procedimiento de reacondicionamiento de conformidad con la invención de esta cabeza de devanado 1 prevé dos pasos esenciales:

Por un lado, el anillo de soporte 6 es separado completa y permanentemente de los elementos trapezoidales 4 (y en esta oportunidad reemplazada por un anillo de soporte 6

nuevo y partido).

Por otro lado, en todos los elementos trapezoidales 4 se incorpora, en cada caso, una rendija continua 7 en forma de

H.

Los efectos dinámicos que se consiguen con ello pueden verse en la figura 4. La figura 4 muestra que en un movimiento axial de los elementos trapezoidales 4, la rendija 7 en forma de H se deforma de tal modo que cumple la

función de: un resorte. Por que mediante la rendija 7 en

forma: de H aumenta en el sentido axial del estator la

flexibilidad: de la parte del elemento trapezoidal 4 en

contacto con la cabeza de devanado 1.

Como puede verse en la figura 4, la idea básica general abstracta de la configuración de la o las rendijas consiste en que éstas se extienden en un ángulo respecto del sentido de desplazamiento de los elementos trapezoidales 4, cuya apertura disminuye con un movimiento axial de los elementos trapezoidales 4. Mediante una conformación adecuada de las rendijas 7 puede regularse, apropiadamente, la constante elástica.

Por ejemplo, también es factible introducir en el elemento trapezoidal 4 diferentes rendijas paralelas una a la otra que, con referencia al sentido de movimiento del elemento trapezoidal 4 están dispuestas inclinadas en ángulo.

Además, en la figura 4 puede verse que los elementos trapezoidales 4 se mueven completamente independientes de la posición fija del anillo de soporte 6.

Por supuesto, también son factibles otras formas de rendijas. Sólo deben satisfacer el propósito de que los

elementos: trapezoidales 4 producen un efecto elástico en

sentido axial.

LISTA DE REFERENCIAS

1: cabeza de devanado

5: 2 extremo de barra

3: barra de devanado

4: elemento trapezoidal

5: soporte trapezoidal

6: anillo de soporte

10: 7 rendija

8: núcleo laminado

9: placa de extremidad

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el reacondicionamiento de la cabeza de devanado (1) del estator de un generador eléctrico para la generación de corriente en centrales eléctricas, estando la cabeza de devanado (1) dotada de barras de devanado (3) radiales interiores, de elementos trapezoidales

(4) en forma de placa, en contacto exterior con las barras de devanado (3), dispuestos alrededor del perímetro y extendidos en sentido axial, y de un anillo de soporte (6) coaxial al eje del estator y fijado permanentemente a los elementos trapezoidales (4), en el que la conexión permanente del anillo de soporte (6) con los elementos trapezoidales (4) es separada permanentemente y los elementos trapezoidales (4), en el estado montado a la cabeza de devanado (1), son modificados de tal manera por la incorporación de rendijas (7) pasantes a través de los elementos trapezoidales (4), que aumenta la flexibilidad de los elementos trapezoidales (4) en sentido axial del estator.
2.

Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado porque, en primer lugar, es desmontado el anillo de soporte (6), porque, a continuación, son modificados los elementos trapezoidales (4) y porque, finalmente, es montado un nuevo anillo de soporte (6).
3.

Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque como nuevo anillo de soporte (6) se usa un anillo de soporte (6) partido.
4.

Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en los elementos trapezoidales (4) se incorpora por lo menos una rendija (7),

en particular una rendija (7) en forma de H, que encierra un ángulo con el sentido de desplazamiento del elemento trapezoidal (4).
5. Estator de un generador eléctrico para la generación

5 de corriente en centrales eléctricas, con una cabeza de devanado (1) como está configurada después del reacondicionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 4.