Aktiiviosan kuivausprosessin kehittäminen 132 kV:n WindSTAR™-tehomuuntajille
Katajisto, Lauri (2023-04-21)
21.04.2023
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023042138187
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023042138187
Tiivistelmä
Uusiutuvan energian, kuten merituulivoiman, tuotanto on maailmalla kasvussa. Tuulipuistojen
tuuliturbiinien tehojen kasvaessa joudutaan tuulipuistojen siirtolinjat suunnittelemaan yhä korkeammille jännitetasoille, jotta pystytään siirtämään tuulipuistoissa ja tuuliturbiineissa tuotettu sähköteho mahdollisimman alhaisilla sähköhäviöillä. Tämä synnyttää tarpeen korkean yläjännitetason omaaville tuuliturbiinimuuntajille, kuten Hitachi Energyn WindSTAR™-tehomuuntajille.
Tämä diplomityö tehdään Vaasassa toimivalle Hitachi Energy Finland oy:n erikoismuuntajatehtaalle, joka on erikoistunut räätälöityjen tehomuuntajien suunnitteluun sekä valmistamiseen ja jonka yhtenä tärkeänä tuoteperheenä on merituulipuistokäyttöön suunnitellut WindSTAR™-tuuliturbiinitehomuuntajat.
WindSTAR™-tehomuuntajien aktiiviosat, eli muuntajan sydän, käämit, puristuspalkit sekä eristeet ja sisäiset johdotukset kuivataan tarkoitukseen suunnitellulla lämpöön, alipaineeseen sekä matalataajuiseen sähkövirtaan perustuvalla kuivausuunilla ennen aktiiviosan asettamista öljytäytteiseen muuntajasäiliöön. Prosessilla pyritään varmistamaan muuntajan aktiiviosan sisältämien eristemateriaalien riittävä kuivuus ja eristävyys.
Tässä työssä tutkitaan ja kehitetään WindSTAR™-tehomuuntajille suunnitellun tuotantolinjan
aktiiviosan kuivausprosessia. Tutkimus perustuu alan kirjallisuudessa esitettyyn keskeiseen teoriaan liittyen osittaispurkausten syntymekanismiin sekä WindSTAR™-tehomuuntajien kuivauksessa käytettävään LFH-kuivausmenetelmään, joka on matalataajuiseen sähkövirtaan perustuva kuivausmenetelmä (eng. low frequency heating). Osittaispurkausten syntymekanismiin pohjautuen todetaan yhteys kuivausprosessin tehokkuuden ja muuntajasta mitattujen sähköisten osittaispurkauksien välillä.
Työn tuloksena luodaan osittaispurkaustason seurantatyökalu, jonka laskemia prosessin kyvykkyyttä kuvaavia parametreja voidaan käyttää kuivausprosessin muutostarpeen tunnistamiseen. Lisäksi tämän diplomityön tuloksena tunnistetaan mahdollisia haasteita sekä rajoitustekijöitä korkean jännitetason omaavan muuntajan aktiiviosan tehokkaassa kuivauksessa sekä esitetään kehitysnäkökohtia aktiiviosan kuivausprosessin tehostamiseksi. Haasteiden tunnistus perustuu 132 kV:n jännitetasoisen WindSTAR™-muuntajan prototyypin sähköisiin laskelmiin sekä suunni teltuun eristysrakenteeseen.
tuuliturbiinien tehojen kasvaessa joudutaan tuulipuistojen siirtolinjat suunnittelemaan yhä korkeammille jännitetasoille, jotta pystytään siirtämään tuulipuistoissa ja tuuliturbiineissa tuotettu sähköteho mahdollisimman alhaisilla sähköhäviöillä. Tämä synnyttää tarpeen korkean yläjännitetason omaaville tuuliturbiinimuuntajille, kuten Hitachi Energyn WindSTAR™-tehomuuntajille.
Tämä diplomityö tehdään Vaasassa toimivalle Hitachi Energy Finland oy:n erikoismuuntajatehtaalle, joka on erikoistunut räätälöityjen tehomuuntajien suunnitteluun sekä valmistamiseen ja jonka yhtenä tärkeänä tuoteperheenä on merituulipuistokäyttöön suunnitellut WindSTAR™-tuuliturbiinitehomuuntajat.
WindSTAR™-tehomuuntajien aktiiviosat, eli muuntajan sydän, käämit, puristuspalkit sekä eristeet ja sisäiset johdotukset kuivataan tarkoitukseen suunnitellulla lämpöön, alipaineeseen sekä matalataajuiseen sähkövirtaan perustuvalla kuivausuunilla ennen aktiiviosan asettamista öljytäytteiseen muuntajasäiliöön. Prosessilla pyritään varmistamaan muuntajan aktiiviosan sisältämien eristemateriaalien riittävä kuivuus ja eristävyys.
Tässä työssä tutkitaan ja kehitetään WindSTAR™-tehomuuntajille suunnitellun tuotantolinjan
aktiiviosan kuivausprosessia. Tutkimus perustuu alan kirjallisuudessa esitettyyn keskeiseen teoriaan liittyen osittaispurkausten syntymekanismiin sekä WindSTAR™-tehomuuntajien kuivauksessa käytettävään LFH-kuivausmenetelmään, joka on matalataajuiseen sähkövirtaan perustuva kuivausmenetelmä (eng. low frequency heating). Osittaispurkausten syntymekanismiin pohjautuen todetaan yhteys kuivausprosessin tehokkuuden ja muuntajasta mitattujen sähköisten osittaispurkauksien välillä.
Työn tuloksena luodaan osittaispurkaustason seurantatyökalu, jonka laskemia prosessin kyvykkyyttä kuvaavia parametreja voidaan käyttää kuivausprosessin muutostarpeen tunnistamiseen. Lisäksi tämän diplomityön tuloksena tunnistetaan mahdollisia haasteita sekä rajoitustekijöitä korkean jännitetason omaavan muuntajan aktiiviosan tehokkaassa kuivauksessa sekä esitetään kehitysnäkökohtia aktiiviosan kuivausprosessin tehostamiseksi. Haasteiden tunnistus perustuu 132 kV:n jännitetasoisen WindSTAR™-muuntajan prototyypin sähköisiin laskelmiin sekä suunni teltuun eristysrakenteeseen.