incremento ciclo de vida maquinas rotativas clave para la

VICTOR ROMERO - WORKSHOP MANAGER - MOTORES Y GENERADORES ABB PERU, 2014
INCREMENTO CICLO DE VIDA MAQUINAS ROTATIVAS
CLAVE PARA LA COMPETITIVIDAD Y SOSTENIBILIDAD
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 1
Confiabilidad
Disponibilidad
Mantenibilidad
Seguridad
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 2
PRESENTACION

MANTENIMIENTO Y SU IMPORTANCIA

ANALISIS DE ESTADISTICA DE FALLA

ESTRATEGIA Y TIPO DE MANTENIMIENTO

LEAP Y LA GESTIÓN DEL CICLO DE VIDA

ABB MACHSENSE R Y EL MONITOREO A DISTANCIA

CASOS DE EXITO
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 3
Mantenimiento – Parte importante de la gestión de activos

El objetivo importante del gestor de activos es la optimización de los costos
de mantenimiento del sistema y asegurar que el sistema esté en el
funcionamiento más económico ( un buen mantenimiento reduce los costos
por paradas imprevistas).

El aumento de los costos de las operaciones de mantenimiento con mayor
frecuencia deben sopesarse con los beneficios derivados de una mayor
confiabilidad.

Se llegará a un punto óptimo en donde los gastos de mantenimiento y de
reparación serán más bajos. Es la tarea de los planificadores de
mantenimiento identificar este punto e instalar políticas de mantenimiento en
el que se aproxime el costo mínimo.
“COSTO DE UN MANTENIMIENTO INNECESARIO PUEDE SER TAN
GRANDE COMO LAS UTILIDADES DE UNA PLANTA”
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 5
CONFIABILIDAD
Y
ESTADISTICAS DE FALLA
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 6
ESTADISTICA DE FALLA
SOURCE: IEEE SURVEY 1985 - 1987
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 7
ESTADISTICA DE FALLA: MOTORES DE LA INDUSTRIA
PETROQUIMICA
Distribución de fallas para motores de una capacidad menores a 2MW
Distribución de fallas para motores de una capacidad mayores a 2MW
IEEE
transactions
on industry
applications .
vol. 35. no. 4.
July/august
1999
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 8
Para máquinas menores que
2MW los rodamientos tienen alto
índice de falla
Para máquinas mayores a 2MW
las chumaceras son los menos
probable a fallar
ESTRATEGIA
TIPO DE MANTENIMIENTO
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 9
TOTAL COST OF OPERATION (TCO)*
* SOURCE: SURVEY ABB
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 10
TIPO DE MANTENIMIENTO: COMPARACIÓN DE COSTOS
Mantenimiento Costo
$/HP
20
15
Reactivo
10
Preventivo
5
0
Source: Electric Power Research Institute (EPRI)
Predictivo
CONCEPTO DEL CICLO DE VIDA
Mejora
continua/
reemplazo
Linea mantenimiento
optimizado
Valor para el
cliente a travez
del
mantenimiento
}
Mantenimiento
Overhaul
envejecimiento
Reparacion
Warranty period
Upgrade and
modernization period
Maintenance period
Customer project life cycle
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 12
Replacement and recycle period
TIME
METODOLOGIA LEAP
Y
GESTION DE CICLO DE VIDA
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 13
BASES DEL ANALISIS: ESTRES & RESISTENCIA VS
TIEMPO
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 14
LIFE EXPECTANCY ANALYSIS: BENEFITS
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 15
FALLAS DE LOS DEVANADOS DEL ESTATOR: CONTRIBUIDORES DE
FALLA
Source: IEEE transactions on industry applications . vol. 35. no. 4. July/august 1999
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 16
LEAP…no sólo es un paso adelante
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 17

El programa de análisis de expectativa de vida
o LEAP es una única herramienta de
mantenimiento para la evaluación del
devanado del estador de máquinas eléctricas.

LEAP provee información sobre el devanado
del estator y expectativa de vida, por ello
optimizará el plan de mantenimiento del motor
y generador.

LEAP ha sido desarrollado por el Servicio de
Motores y Generadores ABB India, está en
operación por más de 17 años, con una base
de datos de mediciones y análisis en más de
15000 maquinas a nivel global.

Las mediciones son ejecutadas por el Centro
de Servicios ABB a nivel local y estos datos
son analizados en el Centro de Excelencia
ABB India.
INSPECCION BASADO EN NIVELES
CONFIDENCE LEVEL
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 18
PRUEBAS LEAP NIVEL STANDARD
Mediciones DC
• Análisis de Corriente Polarización
De-Polarización
Mediciones AC
• Análisis Tangente delta y
Capacitancia
• Análisis de Comportamiento No
Lineal
• Análisis de Descargas Parciales
Nota: Pruebas en DC son sensibles a la
condición de la superficie y las pruebas en AC
dan mayor información en el volumen de
aislamiento
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 19
Sistema de Aislamiento para Máquinas de Media tensión
(vonRoll training material)
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 20

A - Winding Wire

B - Conductor Insulation

C - Stack Consolidation

D - Main Wall Mica Tape

E - Sealing Tape

F - Stress-grading Coating

G - Bracing Materials

H - Impregnation Resin

I - Wedging Materials
MEDICIONES DC
Parámetros Derivados
Constante de Tiempo T1, T2, T3
Carga almacenada Q1, Q2, Q3
Factor de Envejecimiento
Ratio de Dispersión
(1+Q1+Q2+Q3)
Volumen de Resistividad
Análisis de Corriente Polarización – De polarización
• A través de la corriente de fuga, la prueba PDCA brinda una idea de la
cantidad y ubicación de almacenamiento de carga dentro de la máquina
• Identifica contaminación incluso cuando los valores de IR, PI son
“aceptables”
• Determina el estado del aislamiento del devanado, envejecimiento,
solturas, etc.
Nota: Pruebas convencionales IR y PI pueden tener resultados satisfactorios incluso
en devanados altamente contaminados
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 21
Modelo Equivalente del Aislamiento Eléctrico para DC
IT = IG + IC + IA + IL
(source: IEEE Std. 43:2013)
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 22
MEDICIONES AC
Análisis del Comportamiento No Lineal, Tangente Delta y Análisis de la
Capacitancia, Análisis de Descargas Parciales
• Confirma los resultados de la Medición DC
• Evalúa la condición del escudo de protección Corona
• Determina el nivel de de-laminación o contenido de vacío en términos del
porcentaje de volumen de descarga de aire a volumen del aislamiento
• Evalúa la condición del sistema gradiente de tensión en salidas de ranura
• Efectos de tendencia de envejecimiento
Nota: Interpretación de las pruebas convencionales es generalmente
basado en tendencias
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 23
Patrones de Descargas Parciales*
*
Patterns as indicated in IEC:60034-27
Tendencia
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 25
RAZONES DE FALLA: ESFUERZOS TEAM
T
TERMICO
E
ELECTRICO
A
AMBIENTAL (or Medio ambiente)
M
MECANICO
La
accion de uno de ellos o en combinación
contribuye al debilitamiento general , llegando
por ultimo a la falla prematura del devanado.
Stress plots
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 27
Re-estimating Stresses for LEAP Standard

Electrical Stress:
E = f (Q1, Q2, Q3, grado de envejecimiento*, Volume de resistividad,
Volume descarga en vacio, Voltaje de inico de descarga)

Mechanical Stress:
M = f (Q1, Q2, volume descarga en vacio, Factor de holgura, factor de
descarga en la ranura)

Temperature Stress:
T = f (Winding Operating temperature, volume descarga en vacio,
Voltaje inicio de descarga)
Esfuerzos Multivariados: Porqué?
Vida: Esfuerzo Térmico
Ciclo de vida debido
al esfuerzo térmico
Ciclo de vida debido
esfuerzo mecánico
Total Ciclo de
vida utilizado
0
50
100
150
200
0
Temperatura ( C)
Vida: Esfuerzo Mecánico
250
Vida: Esfuerzo Eléctrico
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 29
Información Adicional Normas LEAP
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 30
LEAP versus pruebas convencionales
 ¿Porqué
las pruebas
convencionales no pueden
brindar suficiente información
confiable?
LEAP evalúa más

Resistencia de aislamiento e índice de polarización

Resistencia óhmica

Prueba de Surge Test para fallas entre espiras

Tangent Delta

Descargas parciales en línea

La prueba Leap analiza la información en forma conjunta
y permite hacer un mejor diagnostico ya que no depende del
analisis e interpretación individual con diferentes equipos
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 31
allá de estas
pruebas …
LEAP - VALOR PARA EL CLIENTE
• Optimiza planes de mantenimiento de
máquinas eléctricas cambiando el
mantenimiento según horas de
operación por el mantenimiento
basado en la condición
• La extensión del ciclo de vida, ayuda
a incrementar la rentabilidad y de esa
manera mayor retorno de la inversión
• Ayuda y facilita la toma de decisión
para la planificación a corto o largo
plazo de mantenimiento.
• Se enfoca principalmente en la
esencia del mantenimiento y las
máquinas que son vulnerables, de
esa manera reduce los niveles de
riesgo y tiempo de parada imprevista.
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 32
LEAP
CASOS DE EXITO
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 33
CONTAMINACION INDICADO POR EL LEAP
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 34
Caso de Estudio 1: Planificación de Mantenimiento
57,412KVA 13.8KV 3600rpm Generador Sincrono
Propósito de la prueba: El generador estaba en
funcionamiento durante 44.000 horas sin interrupción. LEAP
Estándar llevó a cabo para determinar la necesidad de
mantenimiento L3 o L4.
Resultado de la prueba PDCA
Hallazgos críticos:
LEAP estándar indica la presencia de contaminantes aceite
/ carbonizado o polvo predominantemente en las partes
sobresalientes.
Recomendación;
Abrir tapas laterales y limpieza cabeza de bobina (L3). No
se requiere un mantenimiento de nivel (L4)
Beneficios: Planificación de Mantenimiento Optimizado.
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 35
Caso de Estudio 3: Optimización del Plan de Mantenimiento
9000 HP 6.6KV 180rpm Motor Asíncrono
Se recomienda una Inspección L3, después de 7.000 a 8.000
horas de funcionamiento (dentro de 1 año) y tener en cuenta
las acciones de mantenimiento recomendados durante la
inspección.
Resultado Prueba
Descarga Parcial
Hallazgos críticos
LEAP Standard indicó que la máquina ha estado en operación
por un periodo de 37.13% del ciclo de vida de los devanados
del estator.
Recomendaciones:
Beneficios:
LEAP ayudó a anticipar falla del motor
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 36
Las áreas alrededor de los lazos de amarre / soportes de
cabeza de bobina del estator deben ser inspeccionados por los
daños de descargas parciales y por desarrollo de soltura de los
lazos de apoyo.
Se sugiere que la inspección sea apoyado con una prueba de
detección corona para la localización de contribución
significativa de los puntos de descarga.
ABB MACHSENSE
MONITOREO A DISTANCIA
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 37
Factors affecting Failure rate
Total Failure Rate Vs Age
%wdg Failure Rate
7
6
5
4
%
3
2
1
0
3.5
3
2.5
2
%
1.5
1
0.5
0
0-5
5.1-10
10.1-15
15.1-20
20.1-25
3000-5000
25.1-
Age (Years)
6000
6600-10500 1100013800
Voltage(Volts)
Wdg Failure Rate
%wdg. Failure Rate
1.4
1.2
1
0.8
%
0.6
0.4
0.2
0
2.5
2
%
Series1
1.5
1
Series1
0.5
0
2
4
6
Pole Number
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 38
8
10
1 or less
More than 1
No of Starts/day
ABB MACHSENSE P
© ABB Group
May 18, 2015 | Slide 39
ABB Enfoque
Combina Datos de Vibración y Análisis Eléctrico
Single system for providing mechanical and electrical condition
Vibration
Key
Condition
Parameters
Stator
 ESA(Electrical
signature analysis)
Current
Stator
Voltage
Speed
and Slip Estimation.
Detection
of Rotor bar defect & eccentricity.
Mechanical
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 40
problems
ABB MACHsense-P
Mediciones y Evaluaciones
Carga(Bomba, Ventilador, Compresor)
Motor Eléctrico
Gear Box
Mediciones
Mediciones
• Corriente
• Vibración
• Voltaje
Evaluación
• Vibración
• Desgaste engrane
Evaluación
• Solturas engrane
• Rotor
• Desalineamiento
• Rodamientos
• Falla del diente
• Instalación
• Falla del eje
• Calidad de Energía
• Rodamientos
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 41
Mediciones
• Vibración
Evaluación
• Desalineamiento
• Soltura
• Rodamientos
• Cavitación
• Flujo de turbulencia
• Fallas de los álabes
ABB MACHsense-P
Análisis del Motor
Vibration
Stator
Current
Stator
Voltage
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 42
Funciones Claves
Principal Beneficios
Vibración y datos eléctricos (corriente y
voltaje) son analizados por el mismo
software
Toma en cuenta para ambos problemas
mecánico y eléctrico en el motor
Usa algoritmo relacionado al motor
específico
Incrementa confiabilidad de análisis
(cálculo de deslizamiento automático,
normalización de la carga etc)
Usa múltiple herramienta de análisis
(medición simultánea de corriente/voltaje,
análisis de torque, vibración etc)
Ayuda a especificar falla de la Fuente de
alimentación
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 43
ABB MACHsense-P
Asimetría de los Devanados del Rotor
Detalles de la Máquina:
8000kW, 11kV, 467 A, 1492 rpm, motor
Bar status side band level : 40.201dB
El
cliente informó de barra rota del rotor en el anáisis de
corriente ejecutado por el proveedor del servicios local.
0
-20
Motor
Current [dB]
-40
-60
operando por 10 años (mediciones hecho el 2011)
El
cliente solicitó conocer si el rotor tiene que ser extraido
durante la próxima programación de mantenimiento en el año
2013
-80
-100
-120
-140
47
48
49
50
frequency [Hz]
Load oscillations:
51
52
53
Condiciones claves encontrados por ABB:
Análisis de ABB indicó el resultado de lado de banda de
corriente a partir de oscilación de torque y no problemas de
barra rota del rotor.
El cliente llamó por otras mediciones antes del 2013 para
verificar los puntos encontrados. ABB reconfirmó que el
problema no fue relacionado al daño de la barra del rotor, pero
si debido a la oscilación del torque.
Confirmación: El cliente confirmó durante la inspección en
Junio 2013 que no hubo problemas en barra del rotor.
Excesiva corrosión del ventilados fue visto para ser la causa
de oscilación del torque.

©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 44
Machsense R
Instalación del Equipo
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 45
ABB MACHsense-R
Entregables
Cage Rotor Package
 Rotor Winding Defects
 Air Gap Eccentricity
 Unbalance
 Looseness
 Static and Dynamic Shaft
Bends
 Internal Misalignment
Roller Bearing Package
 Bearing Defects
 Bearing Assembly Defects
 Lubrication Interval Estimates
Installation
 Soft Foot
 Misalignment
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 46

Operation Information & Trends
 Operating hours
 No of Starts/stops
 Speed
 Temperature
 Slip/Loading information
 Startup/Coast down

Optional(If electrical signals are
available) Power Supply Quality
 Harmonics
 Voltage unbalance
 Over/Under voltage, frequency
ABB MACHsense-R
Cómo trabaja el Servicio?
DAU-Data
Analysis
Unit
Plant

Motors
KCPs

in
Plant
Wireless
transmission to web
server through
internet
Sensors

Customer

ABB Group
May
18, 2015 | Slide 47

Data
wired to
DAU
©
Web Server
LSC
KCPs
in web portal
accessible via
internet

RTC

Time

Alarm

Alert
ABB MACHsense R
Web portal overview
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 48
•
url para portal www.machsense.abb.co.in
•
Acceso directo del Cliente, LSC, RTC
•
Provee información de todos los datos medidos
•
El cliente puede descargar reportes directamente
CASOS DE EXITO
©
ABB Group
May
18, 2015 | Slide 49