Grupo: GGH

Tema: Aspectos de Manutenção e Gestão de Equipamentos e Estruturas Hidráulicas:

Título: Diagnóstico de Defeitos em Unidades Geradoras Utilizando Modelos Matemáticos Robustos

Autores: Aldemir Ap Cavalini Jr(1); Valder Steffen Jr(2); Henrique g Borduqui(3); Márcio Lunardi Perin(4); Jorge Alejandro Vidoza Guillen(3); Marcus Vinícius de Santana(3)

Instituições: UFU(1); UFU(2); CSC Energia(3); CERAN(4)

Resumo: Os defeitos que ocorrem em unidades geradoras (UGs) podem ser divididos em três grandes grupos: problemas devido às excitações hidráulicas, problemas de origem elétrica e problemas de origem mecânica. As flutuações de pressão no circuito hidráulico de uma UG são criadas pelo fluxo de água no interior da turbina, na interação deste fluxo com o distribuidor entrando no duto espiral ou por ondas estacionárias na água. A amplitude e o tipo de excitação dependem do ponto de operação da UG. Este e outros problemas podem ser observados nos espectros de vibração medidos diretamente nas UGs. Problemas de origem elétrica também afetam os espectros de vibração. A análise de tais sinais permite detectar a natureza da falha ocorrida. De uma forma geral, os problemas elétricos se devem às forças desiguais ou mal distribuídas que atuam no rotor ou no estator do gerador. Tais forças podem surgir devido às seguintes razões: enrolamentos abertos ou em curto no rotor ou no estator, barra quebrada no rotor, desequilíbrio de fases e entreferro desigual ao longo do gerador. Os problemas de origem mecânica são os mais comuns de serem encontrados nas UGs. O desbalanceamento estará sempre presente na máquina em diferentes níveis. Além deste, o desalinhamento, a excentricidade do eixo, o roçamento (rubbing) do rotor, trincas no eixo, além dos problemas nos mancais de deslizamento, são defeitos mecânicos recorrentes. Com a análise dos espectros de vibração (e outros sinais monitorados; por exemplo, temperatura, tensão, corrente, potência, dentre outros), as UGs podem ser monitoradas continuamente e os defeitos que comprometem sua operação segura podem ser detectados. Contudo, a simples análise dos espectros medidos diretamente no sistema pode levar a detecções inconclusivas dos defeitos. Neste sentido, as técnicas de detecção de danos que associam diferentes sinais monitorados com o modelo matemático representativo do sistema (máquina virtual) são uma alternativa interessante que vem sendo cada vez mais utilizada por pesquisadores para a detecção de falhas. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo apresentar uma ferramenta computacional para auxiliar na detecção de defeitos que ocorrem em UGs, realizando o diagnóstico quando os sistemas de monitoração convencionais não são capazes de realizá-lo. Os defeitos que afetam o funcionamento de UGs são detectados através da solução de um problema inverso associado com o modelo matemático representativo da UG (máquina virtual representativa). Neste caso, os resultados obtidos pelo modelo são comparados com os espectros medidos diretamente na UG. Diferentes modos de falha são inseridos no modelo através de um método de otimização. O defeito é detectado quando a resposta do modelo se mostrar similar as respostas medidas experimentalmente. Destaca-se que os subsistemas que compõem uma UG possuem incertezas associadas à sua geometria (por exemplo, proveniente de desgastes) e regime de trabalho (por exemplo, a variação da temperatura do óleo dos mancais) que claramente afetam o desempenho do sistema. Desta forma, uma evolução natural da modelagem e otimização determinística é a implementação da análise de incertezas a fim de se obter um modelo mais representativo das UGs (modelo robusto), possibilitando uma melhor avaliação dos modos de falha sobre o comportamento dinâmico da máquina.