Aj keď technológie a materiály značne pokročili, práve vzdialenosť od civilizácie prinášala logistické problémy pri práci na veľkých rotačných zariadeniach. Vodná elektráreň Lochay, s celkovou kapacitou 47 MW, je súčasťou Breadalbane Hydro-Electric a prevádzkuje ju Škótska a Južná Energia (SSE). Dva hlavné generátory sú English Electric s výkonom 22,5 MW a boli uvedené do prevádzky v roku 1958. Zvyšné 2 MW sú vyrábané menšou Pletonovou turbínou, ktorá využíva kompenzačnú vodu vypúšťanú do rieky Lochay.
Breadalbane Hydro-Electric sa nachádza v horskom regióne Perthshire a využíva vodu zo šiestich priehrad. Viac ako 20 tunelov a akvaduktov transportuje vodu do siedmych elektrární, z ktorých najväčšia je práve Lochay.
V roku 2012 začal jeden z generátorov vydávať hluk a technici zo SSE namerali počas prevádzky aj neželané vibrácie. Na základe týchto výsledkov SSE vyzvala odborníkov zo servisného centra Sulzer vo Falkirku, aby generátor demontovali a problém prešetrili. Stator generátora sa pôvodne skladal z dvoch častí, namontovaných priamo na mieste. Neobvyklú konštrukciu použili hlavne kvôli ťažkostiam s prepravou a presúvaním materiálov na tak odľahlé miesto.
Výsledky analýzy ukázali, že medzi týmito dvoma polovicami statora sa nachádza medzera. Pri prvotnej inštalácii túto medzeru síce vyplnili izolačným materiálom, ale časom sa kvalita izolácie znižovala, až sa objavila medzera.
Spustenie generátora v „studenom“ stave spôsobovalo vibrácie až kým nedosiahol prevádzkovú teplotu okolo 50 °C. Pri tejto teplote sa jadro rozšírilo, uzatvorilo sa a vibrácie prestali. Aktuálny dopyt po energii v oblasti si vyžiadal namiesto nepretržitej výroby energie častejšie zastavenia a spustenia prevádzky, čo situáciu len zhoršilo.
Vynikajúcu kvalitu a konštrukciu generátorov potvrdzoval aj fakt, že za posledných 60 rokov sa na nich vymenili iba ložiská. Aktuálny stav však naznačil, že čoskoro bude potrebná kompletná rekonštrukcia.
Pri veľkoobjemovej výrobe elektrickej energie pomocou vodného toku je potrebné pri údržbe turbín vypustiť veľké objemy vody. Vhodné miesta na takého prevádzky sú pomerne zriedkavé a takmer vždy sa nachádzajú na odľahlých miestach mimo dopravných spojení a všeobecnej infraštruktúry. Pokiaľ ide o logistiku a presun veľkých komponentov, pre takéto elektrárne predstavujú veľké výzvy.
Podmienky na prevádzke Lochay paradoxne zhoršili nádherné prírodné krásy okolia, ktoré priťahujú množstvo turistov z celého sveta. Väčšina opravných prác sa realizovala počas letných mesiacov, kedy prebiehala aj turistická sezóna. Projektový tím zo Sulzer mal našťastie značné skúsenosti s organizáciou a opravou vodných generátorov a dokázal minimalizovať akékoľvek narušenie harmonogramu rekonštrukcie.
Opravné akcie
Po počiatočnej analýze bolo jasné, že generátor bude potrebné nakoniec previnúť. No medzičasom bolo potrebné zrealizovať program nápravnej údržby, aby sa neohrozila funkčnosť elektrárne. Sulzer úzko spolupracoval so spoločnosťou SSE a spoločne navrhli stratégiu údržby tak, aby končila v letných mesiacoch.
Spočiatku bol projekt navrhnutý iba na utesnenie jadra a jeho previnutie s cieľom znížiť hluk a vibrácie. Vďaka tejto oprave mohol generátor pokračovať v prevádzke v zime roku 2013. V roku 2014 prebehli ďalšie prípravné aktivity ešte pred vrátením do prevádzky. Úzka spolupráca Sulzer so spoločnosťou SSE priniesla ovocie. SSE poskytol technikov, ktorí pomohli vybrať rotor, dokončiť opravné práce, následne ho vrátiť na miesto a uviesť do prevádzky.
V roku 2015 začala spoločnosť Sulzer nový projekt, v rámci ktorého mali demontovať generátor a previnúť ho, čo by malo priniesť zvýšenie výkonnosti. Pomocou lokálne dostupného zdvíhacieho zariadenia presunuli rotor s váhou 56 ton a získali prístup k statoru a jeho vinutiu.
Celý projekt koordinovalo a realizovalo miestne servisné stredisko Sulzer vo Falkirku. Rozsah projektu si však vyžadoval odborné znalosti a skúsenosti aj z iných servisných stredísk, vrátane Birminghamu, kde vyvíjali a vyrábali nový druh statorov a cievok. Prvým zlepšením projektu bolo vytvorenie nového jednodielneho jadra, ktoré malo nahradiť pôvodný dvojdielny typ.
Nové jadro vytvorili pomocou viac než 30 000 dosiek a takto získali nové laminované segmenty. Každý segment bol vyrobený z kvalitnej laminovanej ocele vysokého štandardu M330-50A-C5. Strata špecifická pre oceľ v hodnote 5,75 W/kg sa v novom návrhu znížila na 3,3 W/kg. Dosky na stator sú navrhnuté tak, aby bola polovica lamiel v štrbine rozdelená. Vzdialenosti medzi novými segmentami sú minimálne a umožňujú tepelnú expanziu.
Inštalácia
Súčasťou inštalačného procesu bola inštalácia dosiek okolo statorového rámu. Na odstránenie akýchkoľvek vzduchových vreciek sa využilo 22 hydraulických zariadení. Valce boli pripevnené ku rozvodnému potrubiu, aby bolo možné zabezpečiť rovnaký tlak okolo jadra.
Počas montáže jadra sa vytvorila tzv. „drážková mierka“, ktorá zaisťovala správne zarovnanie drážok. Meranie vnútorného jadra prebiehalo na ôsmych radiálnych polohách a na troch axiálnych polohách, čím sa zabezpečila jeho sústrednosť.
Aby mohli otestovať prestavané jadro, na prevádzku priviezli veľký generátor. Tento generátor poskytol dostatočný výkon na overenie jadra v pracovných podmienkach a zároveň skontrolovali aj hladinu železa a silový faktor železa. Na jadre taktiež prebehli testy pomocou termálnej zobrazovacej kamery a výsledné teploty preukázali, že nové jadro je vo vynikajúcom stave.
Po montáži nového jadra použili technici vysoko presné laserové meracie zariadenie a vytvorili kompletný 3D výkres statora, ktorý slúžil ako podklad na návrh nových vinutí a zaistenie dokonalého uloženia. Technici zo servisného centra v Birminghame vytvorili na základe tohto výkresu presný prípravok. Každá vyrobená cievka musela prejsť dvojitou kontrolou tvaru a rozmerov.
Nové cievky boli v Birminghame dôkladne prepracované a pri návrhu technici zohľadnili implementáciu nových izolačných technológií, ktoré sa objavili v poslednom období. Úroveň izolácie stúpla z triedy B na triedu F (moderný izolačný systém obohatený živicou). Toto zlepšenie výrazne znížilo hrúbku izolácie a zvýšilo obsah medi.
Pôvodné vinutia mali menší obsah medi a využívali transpozíciu spojenia cievka-cievka, aby znížili straty v dôsledku prítomných vírivých prúdov. V novom návrhu sa obsah medi zvýšil o 20 %. Vinutie bolo previnuté z troch paralelných ciest na šesť paralelných ciest. Počet závitov na cievku sa zmenil z piatich na desať. Nový návrh priniesol nové výhody:
- Eliminoval potrebu transpozície a ušetril čas
- Znižoval riziko vzniku chýb pri zapojení
- Uľahčil navíjanie
- Znižoval napätie na otáčku
No najväčším zlepšením oproti starému riešeniu bolo zníženie celkovej straty medi o 10 % aj so zohľadnením straty pri vírivých prúdoch.
Kým sa v Birminghame vyrábalo 126 nových cievok, servisné stredisko Falkirk opätovne preizolovalo 12 rotorových pólov pomocou najmodernejšej izolácie triedy F a zvýšilo celkovú životnosť generátora. Technici zo strediska Falkirk zároveň previnuli budiace cievky tak, aby boli pripravené na inštaláciu následne po umiestnení statorových cievok.
Testovanie
Po umiestnení nových statorových cievok na miesto, proces prestavby rotora pokračoval. Všetky prvky boli starostlivo upevnené a zaistené ešte pred prvým kolom vysokonapäťových testov. Po pripojení cievok a následnom teste sa generátor uzatvorením jednotky a inštaláciou ohrievačov premenil na pec. Následne sa na cievky nanášal lak. Na záver opätovne namontovali póly rotora a presunuli ho na miesto. Ešte pred nasadením hlavného krytu prebehli finálne testy a generátor bol opätovne uvedený do prevádzky.
Lepší dizajn, nové technológie a kvalitná izolácia prispela ku zvýšeniu celkového výkonu o 15 % z 2 MW na 25,6 MW. Okrem toho sa výrazne predĺžila životnosť generátora na ďalších 40 rokov.