Vesivoimakoneen hiiliharjojen valinta ja niiden kestoon vaikuttavat tekijät

Abstract

Opinnäytetyön aiheena on kahden vesivoimalaitoksen hiiliharjojen elinikä. Työn tarkoituksena oli selvittää kirjallisuuden avulla, mitkä tekijät vaikuttavat hiiliharjojen elinikään sekä tutkia, mistä kahden tutkimuksiin valitun voimalaitoksen generaattoreiden hiiliharjojen elinikäerot johtuvat. Työ kohdistuu kahteen Kemijoki Oy:n vesivoimalaitokseen Kemijoen vesistöalueella, joiden käyttö- ja kunnossapitotoiminnasta vastaa Caverion. Työssä käsiteltävät vesivoimalaitokset ovat Ossauskosken ja Valajaskosken voimalaitokset.

Valajaskosken voimalaitoksessa hiiliharjat kuluvat reilusti nopeammin kuin Ossauskosken voimalaitoksessa. Kulumisen vuoksi hiiliharjoja on vaihdettava Valajaskoskella useammin, ja tästä seuraa ylimääräisiä taloudellisia kuluja.

Työssä käytettäviä tutkimusmenetelmiä olivat anturimittaukset voimalaitoksilla sekä alan kirjallisuuden opiskelu. Antureilla mitattiin ilmankosteutta ja lämpötilaa voimalaitosten hiiliharjojen läheisyydestä. Muita työssä tutkittuja hiiliharjojen elinikään vaikuttavia tekijöitä olivat hiiliharjojen pitimien jousipaine, liukurenkaan kehänopeus, liukurenkaan lämpötila sekä hiiliharjojen ja liukurenkaiden välinen virtatiheys. Mittaustuloksia verrattiin toisiinsa ja kirjallisuuden antamiin raja-arvoihin.

Opinnäytetyön tulosten ja laskelmien mukaan Valajaskoskella hiiliharjojen ja liukurenkaiden välinen virtatiheys on liian pieni, ja sitä tulisi nostaa. Virtatiheyden suuruuteen voidaan vaikuttaa magnetointivirran lisäksi hiiliharjojen koolla ja määrällä. Pienempi hiiliharjojen kosketuspinnan kokonaispinta-ala nostaa virtatiheyttä.

The topic of this Thesis is the lifespan of carbon brushes in two different hydropower plants. The goal was to study the factors that affect the lifespan of carbon brushes and to find out the cause for the differences in the lifespan of carbon brushes in the two hydropower plants. The two hydropower plants addressed in this Thesis are two power plants of Kemijoki Oy, where Caverion is responsible for maintenance and upkeep – the power plants of Ossauskoski and Valajaskoski.

The carbon brushes wear much faster in the power plant of Valajaskoski. The carbon brushes have to be replaced much more often at Valajaskoski than at Ossauskoski because of the rapid wear, which results in additional expenses.

Probe measurements and studying were the main research methods of this Thesis. The probes were used to measure humidity and temperature in the air near the carbon brushes. Other factors that affect the lifespan of carbon brushes addressed in the Thesis were the spring pressure of the brush holders, peripheral speed of the slip ring, temperature of the slip ring, and the current density between the carbon brushes and slip ring. The results of the measurements were compared to each other and to the critical values found in the literature concerning the topic.

According to the results and calculations of this work, the conclusion was made that the current density between the carbon brushes and slip rings at Valajaskoski is too low and that it should be increased. In addition to the size of magnetizing current, the current density can be influenced with the number and size of the carbon brushes. A smaller total surface area of the carbon brushes increases the current density.