H. Øyen

Transcription

H. Øyen

HUSTADMARMOR
1 2011-11-15 / HAO / IFEA Regulerte Motordrifter
IFEA Kurs;
Regulerte motordrifter
16. – 17. November 2011
Clarion Hotel Ernst, Kristiansand
Brukererfaring
Hustadmarmor AS, Elnesvågen
Hallgeir Øyen
2011-11-15 / HAO / IFEA Regulerte Motordrifter
IFEA – Regulerte Motordrifter
Brukererfaring
AGENDA:
1.
Kort presentasjon av Hustadmarmor
2.
Tekniske vurderinger og valg i prosjektfasen
3.
Forebyggende vedlikehold
4.
─
på mellomspenning VSD systems
─
driftserfaring og forebyggende vedlikehold på lavspente Frekvensomformere
Lagerstrøm på store VSD system (3 og 5 MW)
Hustadmarmor – Kort presentasjon
Hvem er vi?
Hva gjø
gjør vi?
─
Bedrift i Elnesvågen 20 km utenfor Molde
─
Hustad kalk og marmor; opprinnelig selskap som ble
─
Produserer HydroCarb Slurry; kalk renses og males
ned til 0,5 micron partikkelstørrelse
etablert i 1948 for å dyrke opp jordområder ved Hustad.
─
Produksjon 2010:
─
Hustadmarmor ble etablert i 1978
─
Kunder: Papirindustrien i Europa
─
Eiere:
─
Ansatte i 2011 er ca. 150
OMYA AG Sveits
3.100.000 tonn
– Filler; fyllstoff i papir
100%
– Coating; bestrykning av papir
─
Eksportandel 98,7%
Prosessanlegg Kulemølle KM6 – VSD system
Tekniske vurderinger og valg
Prosessanlegg Kulemølle KM6;
totalt installert motoreffekt ca. 10 MW
hvorav >90% av lasten er frekvensomformerdrifter
- største enkeltdrift er 5 MW (3,3 kV VSD)
-
-
klassifiseringssentrifuger; kritisk ved nettdipp/nettutkoblinger
KM6 Prosjekt; Flow Diagram
Prosessanlegg KM6 – lavspent VSD
Prosjekt – VSD Engineering:
─
Utarbeide Motorliste;
Pumpe- og sentrifugedrifter i området 110..315 kW; installert effekt ~ 5000 kW
─
Klassifiseringssentrifuger; sikre ”tomkjøring” ved nettdipp/nettutfall
─
Andre tekniske vurderinger / valg
– Motor driftspenning; 400V eller 690V
– Single VSD eller DC-bus system
– Likeretter: 6-puls, 12-puls eller AFE (Active Front End / Low Harmonic)
─
Utarbeide spesifikasjoner/forespørsel
─
Evaluering og valg av leverandører …
KM6 Prosjekt; Motor liste
Nettfeil 04.07.2001 kl 19:21;
Last reduksjon som følge av kort nettdipp
─
Utkobling 300 kV Aura – Ørskog pga tordenvær
─
Nettdipp i 4-5 perioder medførte at last falt fra 55 MW
til 35 MW
─
I dette tilfellet var restspenningen og tidsvarighet på
nettdipp marginalt kort slik at bare et mindre antall PX
maskiner falt
─
Hadde restspenning vært lavere eller en periode
lengre tidsvarighet så ville 70-80% av last falt …
KM6 klassifiseringssentrifuger;
Kritisk for nettforstyrrelser – finne lø
løsning for tomkjø
tomkjøring
─
Prosessmaskin med 2 turtallregulerte drifter
– Trommel/bowl motor (stor rotasjonsmasse/energi)
– Skrue motor (liten rotasjonsmasse)
─
Differanseturtallet sentrifuge trommel - skrue
transporterer massen ut av sentrifugen
─
Styrer differanseturtallet - kontrollere partikkelfordelingen
─
Strømbrudd medfører differanseturtall lik 0; sentrifugen
tømmes ikke …
─
Valgt Løsning - DC Bus
der rotasjonsenergien til trommelen mates tilbake til
skruedriften
KM6 Classifier centrifuge Drive System - Principle Diagram;
Diagram;
Prosessanlegg KM6 – VSD 690 V;
Andre Tekniske Valg
─
Motor driftspenning 400V eller 690V
Valg: 690V driftspenning på motorer fra og med 110 kW og 400V på mindre motorer
─
Single VSD eller DC-bus system
Valg: single frekvensomformere
– benytter standard single frekvensomformere; binder oss ikke til en leverandør …
– single frekvensomformere er mer fleksibelt ved utvidelser, utbytte, reparasjoner og
vedlikehold
– kostnads effektivt; samtidsfaktor på våre driftene er tilnærmet 1 ved full produksjon
– høyere tilgjengelighet totalsystemet; feil på en single omformer kjører ikke ned hele systemet
─
6-puls, 12-puls system eller AFE (Active Front End / Low Harmonic)
Valg: ”kvasi 12 puls” der standard 6-puls frekvens omformere fordeles på de to 690V
viklingene på en 3-viklingstransformator
KM6 Single Line Diagram Motor 690 V
Harmonics Measurements T512 and T515;
T512 22/0,69kV (4300kVA); T515 22 / 2*0,69kV (2*2500kVA)
Overharmonics on Transformer T512 and T515
120,000
% of H1 rms current
100,000
80,000
T515 (3 windings)
60,000
T512 (2 windings)
40,000
20,000
s
s
A
%
rm
s
%
rm
A
15
14
H
s
%
rm
A
13
A
H
12
H
H
s
%
rm
s
%
rm
A
%
rm
11
H
10
H
H
9
A
A
%
rm
s
%
rm
s
%
rm
s
8
H
H
7
A
A
%
rm
s
%
rm
s
6
H
H
5
A
A
%
rm
s
%
rm
s
H
4
A
%
rm
s
A
A
3
H
2
H
H
1
A
%
rm
s
0,000
H1 A %rms H2 A %rms H3 A %rms H4 A %rms H5 A %rms H6 A %rms H7 A %rms H8 A %rms H9 A %rms H10 A %rms H11 A %rms H12 A %rms H13 A %rms
T515 (3 windings)
97,725
0,544
2,980
0,434
2,233
0,603
1,716
0,573
0,219
0,443
5,585
0,266
4,013
T512 (2 windings)
93,963
0,273
2,034
0,327
19,836
0,382
11,492
0,415
0,542
0,366
3,225
0,320
1,696
Valg av leverandør: teknisk vurderingskriterier
Vurderinger gjøres med bakgrunn i Hustadmarmor behov og erfaringer.
─
Majoriteten av de regulerte driftene i effektområdet 0..450 kW er pumpedrifter;
sentrifugalpumpe, skruepumpe, stempelpumpe, membranpumpe, … osv.
─
Dette er drifter det ikke stilles spesielle krav til funksjonalitet ut over det å dra i
gang pumpen evt. med segmentert masse i pumpehus (tung start) samt ”treg”
regulering av turtall; ingen spesielle krav til systemets reguleringsdynamikk, responstid etc.
─
Vi har et fåtall drifter hvor det stilles større krav til funksjonalitet; det er
sentrifuge driftene hvor hastighet og differanseturtall er en kritisk faktor
Ønsker robuste VSD løsninger som er enkle å betjene/feilsøke for elektriker;
ønsker i minst mulig grad å gjøre oss avhengig av eksterne eksperter/servicepersonell
Valg av leverandør Regulerte motordrifter
Evaluering (98/99) - Vurderingskriterier
Vurderte alternative leverandører på følgende kriterier:
─
Funksjonalitet;
Vurdert i forhold til de funksjonalitetskrav Hustadmarmor har med mange pumpeapplikasjoner og
mindre antall drifter med høyt krav til respons og dynamikk. Ønsker ”robuste” løsninger.
─
Brukervennlighet;
Parametrering via display (Quick meny); Brukermanual oppbygging, språk etc; Kabel tilkobling;
Feilsøkning.
─
Service;
Erfaring med den service som leverandør tilbyr.
─
Driftserfaringer;
Feilfrekvens, Oppetid/tilgjengelighet
De alternative leverandørene ble vurdert på disse kriteriene;
Finner det ikke riktig å vise denne da det er over 10 år siden denne vurderingen ble gjort.
Men ser klart at enkelte leverandører fremdeles har klart mer brukervennlig/enklere betjening/parametersetting.
KM6 VSD 690V; Valg av leverandø
leverandør
Med utgangspunkt i disse tekniske kriteriene ble følgende leverandørvalg gjort:
Frekvensomformere Pumper => ABB
─
Preferert valg blant bedriftens elektrikere; enklere betjening, mer brukervennlig konfigurering etc. …
─
Pumpene ligger i prosesslinjen som single pumpedrifter;
Feil på disse medfører stopp av anlegget; driftene må derfor kunne byttes ut av eget personell (kritisk
med tanke på oppetid/tilgjengelighet);
Frekvensomformer Sentrifuger => Siemens;
─
Siemens identifiserte seg mer med prosjektet å finne løsninger for klassifiseringssentrifugene som
sikret tomkjøring;
DC bus system med tilbakemating fra trommel drift til skruedrift;
─
Det er flere sentrifuger som er montert i parallell;
Feil på drift medfører kapasitetsreduksjon; Driftene må IKKE byttes av elektriker på natt/helg (mindre
kritisk med tank på oppetid/tilgjengelighet);
Medium Voltage Drives
“Kvasi 24-puls likeretter” ved å endre koblingsgruppen på 3viklingstransformatorer
Medium Voltage Drives: ”kvasi” 24-puls likeretter
─
─
Løsning med 3-viklingstransformatorer der fasespenningene dreies +/- 15 grader på de forskjellige driftene
Driftene virker samlet som en 24-puls likeretter på nettet (ved jevn fordeling last)
Forebyggende vedlikehold VSD systems (3,3 kV)
Result of Preventive Maintenance on ABB Megastar Drives System …
Experiences with preventive maintenance
Megastar Preventive Maintenance in period 1995-2000;
What did we do in the period 1995 – 2000:
─
Visual check of the INV and CBU cabinets
─
Check internal water circuit for water leakages etc
─
Replace de internal water deionising compound
─
Other visual checks; No measurement of power components nor cleaning of the system
… and consequence were:
─
bad MTBF figures in this period …
Large Drive Log Book (PX14)
..\..\work_lokal\Megastar_LogBook_copy 2007Oct.xls
Megastar Preventive Maintenance
What do we do?
Preventive Maintenance program developed in cooperation with the ABB organisation
Preventive Maintenance every 12-18th month
Pre-inspection
─
─
─
─
─
─
Inverter unit
visually check of the converter
make a back-up of the parameters
test the function of the door locks
check the function of the emergency stop
clean the converter, modules and cabinets
measure the insulation resistance
measure the components
check of fiber optics
─ check the rear connectors
─
─
Terminal unit
check the function and condition of the isolator
check the settings
─ check time delay relays
─ clean the power supplies with clean air (air without oil)
─
─
Motor
─
─
visually check of the motor
check of the Pt 100 sensors
Water cooling unit
Line Supply Unit
─
check the function of the locking magnet of the isolator
─ check the function of the supply isolator
─ check the connection of the charging circuit (charging time )
─ measure components
─
Capacity bank unit
─
─
─
─
─
─
check for leaks and expansion
check of the earth fault detection
─ measure the capacitance
─ check of fiber optics
─
note the pump running hours
measure the conductivity
note the water pressure before and after the pumps are stopped
note the pressure in the external cooling water
change the mechanical filters
change the ion exchanger compound
check the expansion vessel
Water/Air heat exchanger
─
─
check and clean the heat exchanger
Preventive Maintenance Megastar in 00/01;
General Finding and Specific Findings
Specific finding:
General finding:
─
WCU cooling circuit; water pressure low, require more
cooling water
─
PX14; Leaking DC capacitor, small water leakage and
corrosion in water cooling unit (water connector)
─
Internal cooling circuit; expansion vessel to be inspected
an filled with air annually
─
─
Internal cooling circuit; Replace the mechanical filter and
the ion-exchanger compound once a year
PX15; Broken rear connector in inverter unit (against
bus bars),
damaged snubber capacitor in phase module and oil on
auxiliary capacitor module
─
PX18; Corrosion in water cooling unit
─
Dusty converters; Might cause cooling problem for
components, like power supplies etc; Need cleaning
─
PX19; Module water connectors difficult to open and
close
─
SM2; Strange noise in power supply => replaced,
leaking chopper capacitor and expansion vessel valve
broken
General modification:
─
Improved by a ”by-pass” system in the water cooling unit
Dust
Corrosion
Capacitor Oil Leakage
Broken Chopper Circuit
Megastar MTBF figures development;
MTBF figures improvement after systemised Preventive Maintenance …
Preventive maintenance:
─
Possible failures have been avoided
─
Better knowledge of the system
─
Less dependant on external help due to on-the-job training
─
Work is done more safely
Experience – Preventive maintenance to be
performed every 18ND to 24TH months
MTBF figures was dropping again after some years …
─
GTO and diode failures in the period 2004-2006 occurred mainly on the “oldest” drives
(drives delivered in the period 95-97)
─
We have not strictly followed ABB recommendation of replacing components … next slide …
─
Based on the MTBF figure development in the period 2004-2006 we decided to follow the
Megastar upgrade program according ABB proposal …
─
Megastar Upgrade Kit
– Replace 6 mm cooling pipes
– Replace electrolytic DC capacitors
– Replace chopper/snubber capacitors
– Replace fibre optic cables
– Replace Power supplies
– others
ABB Proposed Maintenance Schedule;
ABB – Product Total Life Cycle management
ABB Drives Lifecycle Plan
MTBF figures after PM upgrade kits …
─
Hustadmarmor are in in the process of upgrading the 17 Megastar drives;
we upgrade 3-4 drives a year
─
Original plan was to upgrade all 17 drives by end 2010, but the program was delayed due
to the finance crises …
─
New plan: Finish by 2012 or early 2013
─
Bellow the development MTBF figures …
─
CONCLUSION:
Preventive maintenance is important!
Driftserfaring Frekvensomformer
Driftserfaring lavspente Frekvensomformer !!
Hustadmarmor
Low voltage VSD system 0..450 kW installed (figures pr 2006)
Frekvensomformer
Danfoss
ABB
Siemens
Summert
0..11 kW
15..90 kW
110..900 kW
TOTAL
122
7
66
49
189
2
159
28
27
338
Summert
ACS601
ACS607
ACS800
30
30
23
11
12
70
Summert
6SE11/12
6SE35/36
6SE20
6SE21
6SE64 (Midi)
6SE7 Masterdrive
6SE7 DC-Bus
Sinamics S150
53
3
Summert
VLT 102/2xx
VLT 3000
VLT 5000
FC301/302 (in test)
9
11
30
12
6
4
21
6
123
50
> 20
14
79
2
9
3
2
205
224
111
540
Hustadmarmor
Low voltage motors 0..450
0..450 kW installed (figures pr 2002)
Lavspente frekvensomformere
Forebyggende vedlikehold
─
Kritikalitet på VSD driftssystemer
– Kritikalitet 1; mister > 25 % av verkets totale produksjonskapasitet
– Kritikalitet 2; mister 5 – 25 % av verkets totale produksjonskapasitet
– Kritikalitet 3; mister < 5 % av verkets totale produksjonskapasitet
─
VSD kritikalitet 1:
– Serviceavtaler som sikrer tilgang på reservedeler og servicepersonell med mobiliseringstid 24 timer
– Årlig forebyggende vedlikehold av driftene
─
VSD kritikalitet 2:
– Serviceavtaler som sikrer tilgang på reservedeler og servicepersonell med mobiliseringstid 48 arbeidsstimer
– Forbyggende vedlikehold av driftene hver 18 – 24 måned
─
VSD kritikalitet 3, drifter typisk 200 kW og oppover:
– Serviceavtaler som sikrer tilgang på reservedeler og servicepersonell med mobiliseringstid 48 arbeidsstimer
– Forbyggende vedlikehold av driftene hver 18 – 24 måned
─
VSD kritikalitet 3, drifter typisk < 200 kW (400V og 690V):
– De fleste lavspente driftene/frekvensomformere er kategorisert med denne kritikalitet
– Minimalt forbyggende vedlikehold. Disse kjøres til havari/feil og blir da byttet med ny enhet.
– Preventivt vedlikehold: årlig bytte av viftefilter, evt. støvsuge (fjerne støv), viftebytte ved hørbar lagerstøy …
eller som Trond Hammerås sa i går: ”støvsuging og annet småtteri”
Driftserfaring Frekvensomformer
Lagerstrømproblematikk …
Large Drive System 3MW and 5 MW
Bearing Current Issue
─
Bearing Current Problem in Omya Gummern and Hustadmarmor
─
Omya has experienced several bearing damages/problems on PX13000 and PX15000 systems,
both motor and gearbox bearing.
─
The problems occur frequently on drive systems were we have Simovert MV based on IGBT
technology installed
Hustadmarmor PX32 Gearbox;
Damaged Bearings Gearbox Inlet
─
Hustadmarmor PX32 Gearbox inlet Bearings
– The indication is clear Bearing Current Problem !!!
Hustadmarmor PX33 Gearbox;
Damaged Bearings Gearbox Inlet
─
Hustadmarmor PX33 Gearbox inlet Bearings
– The indication is clear Bearing Current Problem !!!
Bearing Current
Initial measures ABB vs. Siemens
ABB solution
─
Motor insulated Motor NDEND
─
Insulated Tachometer
─
ABB motor solution; experienced
Motor DEND bearing damages
─
Prefer damaged motor bearing before damaged
gearbox bearing;
less expensive repair …
Siemens initial solution
─
Motor insulated Motor DEND and NDEND
─
Grounding device NDEND
─
Non insulated Tachometer
─
Siemens motor solution; experienced
Gearbox inlet bearing damages
Large Drive System
Bearing Current Measurements
Bearing Current types in the system
The bearing currents in the system categorized in
the 3 following categories:
1.
High frequency circulating current
2.
High frequency shaft ground current
3.
EPD currents (capacitive currents)
Bearing Current Measurements:
─
Siemens made Bearing current measurements both in Gummern and in Hustadmarmor
─
December 2006; Gummern PX54, Siemens CS report 212 dated 09.01.07
─
January 2007; Hustadmarmor PX33 and PX34; Siemens reports 222 and 233 dated 19.01.2007
─
Measurements results and first recommendation follows …
Large Drive System
Bearing Current Measurement Results
Bearing Current Measurements – Siemens first recommendations:
1.
Grounding Brush at Motor NDE side in good order; regular preventive maintenance
2.
Additional Grounding Brush at motor DE side;
tested in Gummern, Austria Tuesday 3rd July 2007
3.
Additional Grounding Brush at Gear side of Coupling
4.
Inspection coupling insulation (ohmic, capacitance); regular maintenance and cleaning
5.
Installation of damping iron cores (common mode chokes); picture above
Additional recommendations:
6.
Cable Shield should be connected through a 360°conn ections
7.
Earth busbar in the Simovert Converter; as installed in Hustadmarmor
Large Drive System
Bearing Current Measurements – Next Steps defined Nov 2007
Next steps (defined November 2007):
1.
Evaluate the use of AEGIS SGR Conductive Microfibre Shaft
Grounding solutions (Siemens)
..\Omya VSD specs\2007_AEGIS Shaft grounding solutions.pdf
2.
Install proposed shaft grounding brushes on the shaft between the
coupling and gearbox
3.
Install Common Mode Filters in all Simovert MV systems
4.
Measure the effect of Common Mode Filter and different Shaft
Grounding devices (NDend, Dend & Gear inlet shaft)
5.
Final Report: Siemens final report which summarize the different and
installation recommendations
Large Drive System
Bearing Current Measurements February 2008
Actions Hustadmarmor February 2008:
1.
Installed motor DEND shaft grounding device
2.
Installed Gearbox inlet shaft grounding device
3.
Installed Common Mode Filter on motor outlet cables
4.
Measured the effect of Common Mode Filter and different Shaft Grounding devices
5.
Siemens Service report no 419 dated 03.04.08
..\DRIVE\Meeting ABB&Siemens_2006&07_Vibration and Bearing Current\419_Hustadmarmor_CS Reprt en_measurement HM February 2008.doc
Comments:
─
Insulated Coupling; measurement shows that the insulation ability of the coupling is not given
─
DE motor Brush: reduction of shaft current and the shaft voltage especially on motor side
─
Common Mode Filters (ferrite cores): reduction shaft voltage; especially on motor side
─
Tachometer: Siemens recommend insulated executions
Bearing Current Measurement February 2008 – Rogowski coils
Bearing Current Measurements February 2008 - Details
Large Drive System Bearing Current
Conclusion / Final Recommendation
Recommendation – Bearing current measures
1.
Grounding; general good grounding of the Drive system components
2.
Equipotential connections; HF cable between the components in the drive line
3.
Insulated Motor NDEND bearings; a must
4.
Eventually insulated Motor DEND bearings; Siemens recommend it, ABB not …
if motor DEND is insulated, then shaft grounding device is mandatory!
5.
Grounding Brush at Motor DEND side;
6.
Grounding Brush at Gear side of Coupling;
7.
Damping Iron Cores at frequency converter output (common mode filter)
8.
Tachometer in insulted executions
9.
Motor Cable; cable with symmetrical phase cores and additional earth core also to be symmetrical
10.
Optional motor cable end termination in EMC execution both at frequency converter and at motor side
11.
Maintenance; grounding devices and equipotential connection checked regularly and keep the installation in
general clean condition (remove oil, grease etc).
Final report: ..\Omya Drive Group_recommendations and circular letter\2008-09-09_Bearing Current limitation of Large Drive VSD systems.pdf
Bearing Current Measures
Siemens initial vs. Siemens modified
Modifications Siemens VSD system:
1.
Motor Tachometer in insulated execution
2.
Motor DEND grounding disconnected
3.
Motor DEND shaft ground device installed
4.
Shaft ground device between coupling and gearbox installed
5.
Damping Iron Cores at frequency converter output installed (common mode filter)
6.
HF Equipotential connection Motor-Gearbox if motor not flanged to Gearbox
Bearing Current Measures
ABB Megastar Drives – Additional Measures
As additional measures recommended is:
1.
Motor DEND shaft ground device installed
2.
Shaft ground device between coupling and gearbox installed
3.
HF Equipotential connection Motor-Gearbox if motor not flanged to Gearbox
Bearing Current Measures;
Motor Shaft Grounding Devices
─
Conventional grounding Brush installed at Motor
DEND shaft
─
AEGIS SGR Conductive Microfibre Shaft
Grounding installed at Motor DEND shaft
Bearing Current Measures;
Damping Iron Cores (common mode filter) at frequency converter outlet
Variable Speed Drives – Motor Cables
Symmetrical Motor Cables
─
Motor Cables with symmetrical phase cores is recommended
if separate earth cores inside the cable also those should be symmetrical
Hustadmarmor at night
Thanks for your attention !!

H. Øyen

Transcription

Similar documents

Med SCHMIDT teknologi tilbyr vi gode priser på sensorer

Kursinvitasjon

Veileder for plassering av byggverk nær offentlig vei

The backswimmer Notonecta glauca L. (Hemiptera, Notonectidae) in

Postoperativ infeksjon

BETONexpress - eksempler bjelker

operation and maintenance instructions

Rapport - Siste nytt