Generatör Bakımlarında Robotik Analiz ve Bakım Teknikleri

Murat Korkmaz - İlker Öge - Ramazan Tosun

Özet: Generatörler, elektrik üretimi yapan santrallerin uzun yıllar güvenli ve stabil elektrik enerjisi üretimi için en önemli ekipmanlarından biridir. Generatör setlerinde işletme dönemi oluşabilecek pahalı ve kalıcı hasarların önüne geçilmesi için bakım dönemleri test ve kontroller planlanmaktadır. Bu test ve kontrollerin rotor çıkartılmadan bir robot yardımı ile yapılması; zaman, maliyet ve insan gücü tasarrufu sağlamakla beraber generatör setinin demontaj/montaj sebebi ile kaynaklanabilecek hasarları minimize etmektedir. Bu çalışmada 2015 yılında Bandırma-I ve 2020 yılında Bandırma-II santrallerinde yapılmış olan robotik generatör test ve kontrolleri hakkında bilgi verilmiştir.

Generatörler, elektrik üreten santrallerin ana ekipmanıdır. Bu sebeple olası arızaların ve üretim kayıplarının önlenmesi amacıyla planlı ve proaktif yaklaşımla olası arıza ve/ veya problemlerin erken tespit edilebilmesi için periyodik olarak generatör elektriksel testleri ve mekanik kontrolleri yapılması gerekmektedir.

Generatör bakımları Minör Bakım ve Majör Bakım olarak 2 modelde gerçekleştirilmektedir. Özetlersek; Minör Bakım generatör rotorunun dışarı alınmadan elektrisel testlerin ve mekanik kontrolünün yapılması, Majör Bakım ise rotorun stator yuvasından çıkarılarak elektrisel testlerin ve mekanik kontrolünün yapılmasıdır. Bu bakım modellerindeki en büyük fark ve fayda Majör Bakımda sağlanmaktadır. Majör bakımda dışarı alınan rotor sayesinde statorda bulunan sargılar arası takozların sıkılık kontrolleri yapılmaktadır. Minör ve majör bakımda yapılan testler ve mekanik kontroller arasındaki fark yukarıda bahsedilen sargı takozlarının sıkılık kontrolüdür. Günümüz teknolojisi ile bu eksiklikler robotik kontrol cihazları (Şekil 1) ile giderilebilmektedir. Rotor’un dışarı alınması ile gözle yapılan rotor çatlak kontrolü robotik cihaz ile video çekimi sayesinde yapılabilmektedir. Manyetiksel ve elektriksel NDT testlerinin de gelecek zamanda robotik analiz ve bakım kapsamında yer alması planlanmaktadır.

Bandırma Enerji Üssünde; Bandırma-I DGKÇ Santrali’nde 2015 CI bakımında ve Bandırma-II DGKÇ Santrali’nde 2020 HGPI bakımında generatörlere robotik kontrol cihazı yardımı ile generatör elektriksel testleri ve mekanik kontrolleri yapılmıştır. 

Bu durum majör olmayan bakımlarda da generatör setinin durumu hakkında detaylı bilgi edinebilmek ve aksiyon almak için hızlı bir çözüm olmaktadır.

Robotik Analiz ve Bakım Teknikleri kapsamında; Generatör test ve kontrollerinin rotor generatör setinden dışarı çıkartılmadan yapılması zaman, maliyet ve iş gücü anlamında avantaj sağlamaktadır. Tablo 1’de belirtildiği gibi Minör Bakım, Majör Bakım ve Robotik Kontrol kapsamlarının kıyaslaması yapılabilir.

Generatör bakımının robotik analiz yöntemi ile yapılması rotor demontaj ve montajından kaynaklı ekipman hasarlarının da önüne geçmektedir. Rotor demontaj ve montaj sonrası yapılması gereken birçok mekanik ve elektriksel testin robotik analiz tekniği ile gerekliliği kalmamaktadır. Demontaj ve montaj işlemleri majör bakımlarda ise ana iş gücünün büyük bir kısmını oluşturmaktadır. İzolasyon kaynaklı generatör partial discharge sorunlarını da robotik cihaz yardımı ile görsel olarak tespiti yapılabilmektedir. 

Robotik Analiz bakımlarında generatöre ait TE (Türbin Tarafı) veya EE (İkaz Trafı) tarafında yer alan ana gövde kapağı demonte edilerek robotik analiz ve bakımı yapılabilmektedir. Bakımlar bir GIV (Generatör Inspection Vehicle- Robotik Analiz Sistemi) yardımı ve en az iki süpervizör ile yapılabilmektedir. Bir süpervizör kontrol ünitesinin takibini yaparak robotik analiz ve rapor çıkartmakta, bir süpervizör ise robotik cihaza bağlı olan kabloları ve görsel olarak robotik cihazın kontrolünü yapmaktadır. GIV robotu rotor üzerine kurulan raylı sistem üzerinde stator sargıları arasındaki ana metal kısımlar arasında ve 360 derece dönme hareketi ile rotor boyunca kontrollü bir biçimde ileri-geri hareket ederek işlevini yerine getirebilmektedir. 

Robotik Analiz ve Bakım Teknikleri kapsamında; GIV robotu sayesinde 3 ana test ve kontrol yapılmaktadır. 

1. EL-CID (Electromagenetic Core Imperfection Detection) 
2. Stator Wedge Tightness (Tapping)
3. Visual Inspection

Generatörün en önemli mekanik kontrolü sargılar arası takozların (slot wedge) sıkılık, sağlamlık ve görsel izolasyon kontrolüdür. Generatör sargılarının genel yapısı Şekil 2’de verilmiştir. Generatörün uzun dönemli operasyonlarında, slot wedge ve center filler arasındaki mesafe zamanla artmaya başlamakta ve generatör setinin performansında olumsuz yönde etki yapmaktadır[1]. Bu nedenle slot wedge kontrolünün periyodik olarak yapılması gerekmektedir. Bu kontrol EL-CID (Electromagenetic Core Imperfection Detection) adı verilen test ile yapılabilmektedir.

EL-CID testi; generatörün stator çekirdek katmanında oluşabilecek izolasyon azalmalarını/değişimlerini tespit etme yöntemidir. Şekil 3’te görüldüğü üzere robotun üstünde bulunan rogowski bobinler sayesinde ikaz akımının boyutunu ölçerek kısa devre analizi yapmaktadır. Herhangi bir sebepten (yabancı madde, izolasyonun zamana bağlı zayıflaması vb.) izolasyon durumundaki bozulma, akımın akmasına ve çekirdeğin aşırı ısınması ile beraber generatörün stator kısmında kalıcı ve büyük hasarlara sebep olacaktır. Erken teşhis bu sebepten ötürü önem arz etmektedir.

Robotun üstünde bulunan motor, dedektör (ivme ölçer), bir çekiç ve geri dönen sesin frekansını bir mikrofon yardımı ile ölçülerek yapılan testin adıdır[3]. Test metodu Şekil 4’te gösterilmektedir. Stator takozlarının her birini numaralandırılarak sıkılık kontrolleri 0-100 arası RTI (Relative Tightness Index) raporlaması şeklinde yapılmaktadır.

GIV(Generatör Inspection Vehicle) üzerinde bulunan kameralar sayesinde EL-CID ve Tapping testleri sırasında generatörün iç aksamının görsel kontrolleri yapılmaktadır. Testler sırasında aşağıdaki generatör ekipmanlarının görsel kontrolü yapılmıştır;

• Stator sargıları (teeths)
• Stator takozları (wedges)
• Rotor gövdesi
• Rotor soğutma kanalları
• Stator soğutma kanalları

Bandırma-II DGKÇ Santrali’nde (2020) ve Bandırma-I DGKÇ Santrali’nde (2015) yapılmış olan generatör bakımları, Robotik Analiz metodu ile GIV yardımı ile yapılmış olup bu uygulama, rotorun demontajına ihtiyaç duyulmadan gerçekleştirilmiştir. 

Robotik analiz bakımında iki yatak tarafının da açık olması tercih edilmektedir. Büyük bakımlarda da her zaman bakımdan kaynaklı risk olduğu için riskleri minimize etmek adına robotik analiz ve bakım yapılması düşünülebilir. 

GIV, rotor ve stator core arasında rotor üzerinde ikaz tarafından türbin tarafına kadar test ve kontrollerini 360° olacak şekilde tamamlamıştır. (Şekil 5)

Testlere başlanılmadan önce 3-faz stator terminallerinden ayrılmış olup sadece nötr topraklanmıştır. Bu durumun amacı EL-CID ikaz testlerinde stator sargılarında akım dolaşmasının önüne geçilmesidir. EL-CID testleri yaklaşık iki-üç gün sürdüğü gibi visual inspection ve stator wedge tightness testleri de toplam iki-üç gün sürebilmektedir. Bakım zamanları bir haftalık gibi bir süreçte, Bandırma-I DGKÇ Santrali buhar türbini generatöründe 2232 wedge kontrol edilmiş olup Bandırma-II DGKÇ Santrali’nde bu sayı 1470 olmuştur. Bandırma-II DGKÇ Santraline ait ELCID raporunu Şekil 7’de görebilirsiniz.

Wedge tightness test raporlamaları RTI formatında yapılmıştır. Bandırma-I ve Bandırma-II DGKÇ Santralleri’ne ait raporlama örnekleri Şekil 7 ve Şekil 8’da verilmiştir. RTI formatındaki raporlamalar 100 baz puan baz alınarak 100 puan tam sıkı-0 ise tam gevşek olarak değerlendirilebilir.

Visual Inspection kapsamında generatör setinin durumu uzaktan bilgisayar ile kontrol edilebilen bir kamera aracılığıyla yapılmıştır. GIV stator core’a konumlandırılarak bu rotor ve stator yüzeyindeki kondisyon durumu kontrol edilmiştir. Şekil 9’da generatör setinin genel kontrol sonuçlarının görsellerini görebilirsiniz. 

El-CID ve wedge tightness testleri sonucu iki generatör bakım için de herhangi bir aksiyon alınması gereken durum görülmemiş olup anormal bir bulgu tespit edilmemiştir. Ünitelerin uzun dönemli güvenilirliği ve emre amadeliği için robotik analizin mümkün olduğunca her bakım yapılması, olası kalıcı hasarların erken tespiti için önem arz etmektedir.

Elektrik üretim santrallerinde oluşabilecek en büyük arızalardan biri generatörün hasar görmesidir. Bu nedenle bakım dönemleri generatör setinin elektriksel testleri ve mekanik kontrolleri kesinlikle yapılmalıdır. Bakım dönemlerinin güncel piyasa durumuna göre optimum zamanda yüksek kalite ile tamamlanması hedeflenmektedir. Minor bakım kapsamında generatör; kısa süreli duruş fırsatından yararlanarak, kapsamlı test ve kontrollerinin yapılması gerekmektedir. Major bakımlarda yapılan testlerin aksine bu testlerin rotor generatör setinden dışarı çıkarılmadan yapılması zaman, maliyet ve insan gücü anlamında büyük geri dönüşler sağlamaktadır. Majör bakım süreçlerinde generatör setinin demontaj/montajından kaynaklanabilecek arızalar oluşabilmektedir. Bu gibi durumlar ile karşılaşmamak için robotik analiz ve bakım teknikleri düşünülmelidir ama analizler sonucu arıza tespiti yapılması durumunda, rotorun generatör setinden çıkartılması gerekmektedir. Gevşek takoz bandajlarının sıkılması, arızalı olan wedge’lerin değişmesi, boya ve vernik çalışmaları için rotor demontaj/montaj işlemleri gerekmektedir. Bu uygulamalar, majör bakım zamanlarında yapılabilmektedir. Robotik analiz ve bakım, özellikle minör bakım başta olmak üzere bakım dönemlerinde riskleri minimize etmesinin yanı sıra generatör setindeki test ve kontrollerin zaman ve maliyet açısından optimum yapılmasına olanak sağlamaktadır.

[1] Wenbin Yu, Yingjie Zhao, Lu Ding, Lei Song, Dan Huang, Design of transfer learning structure for slot wedge tightness inspection robot, in: 2020 Robotics and Autonomous Systems 128, 2020 1-3. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921889019308759
[2] Mitshubishi Electric Generator Robotic Inspections ‘GenSPIDER’, Mitshubishi Electric Corporation, Ed. 03/2020
[3] Advanced Robotic Generator Inspection System (ARGIS),DEKRA Solutions, Ed. 12/2016
[4] ARGIS Inspection Report SITE BANDIRMA II Bandırma / Balıkesir, DEKRA Solutions B.V., 04/2020
[5] Robotic Inspection Test Result of STG, Mitshubishi Electric Corporation, 03/2015