Monitoramento de vibração mecânica de gerador síncrono: avaliação experimental de métricas globais e de conteúdo harmônico

Abstract

A confiabilidade do gerador síncrono no setor de hidrogeração é de grande importânica no Brasil, sendo o monitoramento de condição uma alternativa importante às manutenções tradicionais para evitar interrupções inesperadas de operação. A análise de vibração é uma ferramenta proeminente nesse contexto, estando estabelecida industrial e cientificamente. Este trabalho visa contribuir para esse contexto ao explorar métricas globais complementares àquelas tipicamente utilizadas e uma banda maior de frequência do que o usual em aplicações práticas. As métricas globais complementares escolhidas foram a curtose e a assimetria, que são indicadores estatísticos da distribuição dos valores amostrados. Realizaram-se ensaios experimentais aplicando de maneira controlada diversos tipos e intensidades de faltas incipientes em uma bancada, sob múltiplos pontos de operação. Os dados coletados foram processados através de técnicas desenvolvidas durante a realização do trabalho. Avaliou-se a variação das métricas sob diferentes combinações de sequência de operação, para diferentes condições de ensaio e posicionamento de sensores. Verificou-se que a excitação da máquina tem influência na intensidade da variação dos sinais de vibração proporcionadas pelas faltas. Utilizou-se também uma técnica baseada na norma ISO~20816 para a determinação da sensibilidade das métricas às faltas, indicando as vantagens de cada tipo de métrica e quais posicionamentos de sensores foram mais afetados por cada tipo de falta. Por fim, avaliou-se a variação do conteúdo harmônico do sinal com as faltas e sua variabilidade entre os pontos de operação testados. Mostra-se que outras harmônicas além das conhecidas na literatura são alteradas pelas faltas conhecidas.

Abstract: The reliability of synchronous generators of hydrogeneration applications is of great importance in Brazil, as the condition monitoring presents itself as an important alternative to traditional maintenance methodologies to avoid unexpected interruptions on operation. The vibration analysis is a prominent tool in this context, as it is already stablished industrially and scientifically. This work aims to contribute for this context in exploring global metrics complementary to those typically used and a larger frequency bandwidth than usual application. The chosen complementary global metrics were kurtosis and skewness, which are statistical indicators of the distribution of the sampled values. Experimental tests were performed applying several types and intensities of incipient faults in a controlled manner at a test bench, under multiples operating conditions. The data collected was processed through techniques developed during the work execution. The variation of the metrics were evaluated under different combinations of operation sequences, for different test conditions and sensor positions. It was verified that the excitation of the machine has influence on the intensity of the vibration variation due to faults. Another technique, based on the ISO~20816 standard, was used to determine the sensitivity of the metrics to the faults, where the advantages of each type of metric were indicated as well as the most sensitive sensor positions for each case. Finally, the variation of the vibration signals harmonic content with faults and its variability between operating conditions was evaluated, showing that frequencies other than the known ones are altered by the known faults.