A virtual sensor for monitoring excited thermal turbogenerator rotors

Sensor virtual para el monitoreo térmico de rotores de turbogeneradores a partir del estado de excitación

La temperatura de trabajo de diferentes partes de un generador eléctrico es una magnitud importante para su correcta explotación. La temperatura del rotor del turbogenerador es de particular interés para implementar su protección o para el diagnóstico de mantenimiento. Por la dificultad de hacer las mediciones de temperaturas de partes dinámicas con sensores reales y la robustez implícita en las redes neuronales artificiales (RNA), se ha decidido implementar un sensor virtual (SV) y a través de este método poder estimar la temperatura media del devanado del rotor. Debido a que las RNA se caracterizan por aprender por medio del entrenamiento en lugar de descripciones formales, esto ha hecho que sean la opción preferida para modelar procesos de variables con interrelaciones complejas. Algunos de estos procesos se encuentran en el área de la instrumentación, como es el caso de este trabajo. Aquí se presenta el desarrollo de un SV basado en RNA aplicado a un estudio de caso de un turbogenerador de 4 MW de una empresa cogeneradora.

Introducción

Los generadores síncronos accionados por motores primarios, especialmente las turbinas de vapor, han sido hasta ahora la principal fuente de generación de electricidad en todo el mundo. La cogeneración en muchas industrias hace que estas máquinas tengan una importancia primordial, especialmente en la industria azucarera, donde algunas fábricas están total o parcialmente electrificadas y sincronizadas con la red nacional. Estas máquinas suelen ser robustas y fiables; sin embargo, los fallos son costosos y suelen provocar un mayor consumo de energía de la red nacional para suplir el déficit temporal de generación relativo a la producción de la máquina defectuosa. Los fallos en el devanado del estator se deben principalmente a la tensión térmica y mecánica que provoca el deterioro del aislamiento. Los rotores de las máquinas tienen un mayor índice de fallos en las máquinas de dos polos (3.600 rpm). También hay que tener en cuenta que el montaje y el desmontaje son complicados debido al peso de las piezas implicadas y a la pertinente alineación y acoplamiento del rotor. La reparación parcial o total de un rotor defectuoso requiere varios días o semanas, lo que implica el uso de materiales caros y mano de obra especializada. Un rotor se seca para garantizar una alta resistencia al aislamiento y la supresión de los desequilibrios dinámicos que puedan surgir durante la preparación del bobinado con cuñas de bloqueo y neumáticos.