Vaasan yliopiston opinnäytteet

Teknillinen tiedekunta, 2010

Esko, Jouko

Näkökohtia vesivoimageneraattorin taajuusmuuttajakäyttöön

Ohjaaja/Valvoja (DI):
Timo Vekara
Tutkinto:
Diplomi-insinööri
Pääaine:
Sähkötekniikka
Koulutusohjelma:
Sähkö- ja energiatekniikan koulutusohjelma (DI)
Tutkielman kieli:
Suomi
Sivumäärä:
95
Taajuusmuuttajan käyttö generaattorisovelluksissa on yleistynyt merkittävästi. Yleensä taajuusmuuttajan käytöllä pyritään saavuttamaan muuttuvanopeuksinen generaattorikäyttö, mutta vesivoimasovelluksissa taajuusmuuttajalla on mahdollista saavuttaa muitakin etuja. Näistä merkittävimpiä ovat vaihdelaatikon korvaaminen sekä generaattorin joustava rakenne.

Tässä diplomityössä on tutkittu asioita, joita tulee ottaa huomioon vesivoimageneraattorin taajuusmuuttajakäytössä. Työssä on ensin tarkasteltu kirjallisuustutkimuksen avulla taajuusmuuttajakäytön etuja ja haittoja sekä pohdittu muuttuvanopeuksisten vesivoimageneraattoreiden rakenteita ja soveltuvuutta erityyppisiin vesivoimaturbiineihin. Tutkimusta on täydennetty laboratoriokokeilla, joissa tutkittiin taajuusmuuttajan aiheuttamia yliaaltoja ja laakerivirtoja. Pahimmillaan laakerivirrat aiheuttavat generaattorin tai turbiinin ennenaikaisen kulumisen. Laakerivirrat ovat kuitenkin oikeilla menetelmillä poistettavissa lähes kokonaan.

Työn tuloksena saatiin muodostettua käsitys seikoista, jotka tulee ottaa huomioon vesivoimageneraattorin taajuusmuuttajakäytössä. Tutkimuksessa on esitetty myös käytännön menetelmiä taajuusmuuttajan aiheuttamien häiriöiden ja ongelmien minimoimiseksi, joista tärkeimpiä ovat generaattorin kaapelointi, taajuusmuuttajan suodattimet ja generaattorin maadoitukset.


Variable speed generator with full-scale converter has successfully become to stay. Variable speed operation is typically the main reason to use a full-scale converter, but in hydro power plants it is possible to achieve some other benefits. Gearless construction and better opportunities for generator specifications are the major advantages of the frequency converter application in hydro power plant.

This thesis, studies the things that should be taken into account in the use of full-scale variable speed generator drive in hydro power applications. This thesis includes theoretical study of full-scale converter application’s advantages and disadvantages. Also, research of hydro generator’s structures and suitability for different types of hydro turbines. The theoretical analysis is supported by laboratory tests, including harmonics and bearing currents caused by frequency converter. At worst, the bearing currents may increase wear and can cause premature failures in generator and turbine. However, bearing currents can be removed almost completely, with the proper methods.

This thesis helps in understanding of the factors, which must be taken into account, when planning or building hydro plants with full-scale variable speed generator drive. This study presents some practical methods to minimize problems caused by frequency converter. The most important methods are generator cabling, filters in frequency converter and generator grounding.
Avainsanat:
vesivoima, muuttuvanopeuksinen generaattori, laakerivirta
© Tritonia 2014-2019