1 Лекция 4 Генераторы переменного тока промышленной частоты

2 Охлаждение обмоток статора Обмотки статора турбогенераторов выполняются трехфазными, двухслойными, стержневыми и могут иметь одну или две параллельные ветви в каждой фазе.

3 Для уменьшения добавочных потерь стержни обмоток состоят из элементарных проводников, уложенных с транспозицией. Соединяются обмотки статора обычно в звезду, что позволяет избежать появления третьей гармоники, которая вызывала бы дополнительные потери в обмотке статора и на поверхности бочки ротора.

4 У турбогенераторов серии ТВВ 25–30 % стержней обмотки статора имеют непосредственное охлаждение водой. Проводники выполнены полыми и по ним циркулирует охлаждающий дистиллят Разрез стержней турбогенерато ра серии ТВВ с непосредствен ным охлаждением водой: 2 – корпусная изоляция, 3 – сплошной элементарный проводник, 4 – полый элементарный проводник

5 Каждые два стержня соединяются по охлаждающей воде последовательно, что позволяет осуществить подвод и отвод охлаждающего дистиллята от кольцевых коллекторов, расположенных с одной стороны статора

6 Общий вид лобовой части обмотки статора турбогенератора серии ТВВ: 1 – коллектор холодной воды, 2 – гибкие изолирующие шланки, 3 – коллектор горячей воды, 4 – водораспределит ельные шланги

7 Коллекторы представляют собой кольцевые медные трубы, расположенные на опорных изоляторах. Вода подается и отводится в головки стержней через шланги из электроизоляционного материала

8 Устройство подачи воды к проводникам статора турбогенераторов серии ТВВ: 1 – коллектор холодной воды, 2 – гибкие изолирующие шланки, 3 – коллектор горячей воды, 4 – водораспределительные шланги, 5, 6 – головки стержней

9 Из каждой головки вода поступает одновременно в два стержня и двумя параллельными потоками проходит к головкам обмотки со стороны контактных колец. Здесь вода переходит через медные соединительные трубки в последующие стержни и по ним в обратном направлении возвращается в кольцевой коллектор нагретой воды. Выводы обмотки статора и соединительные шины также охлаждаются водой. Нагретая вода из коллектора поступает в теплообменник, где охлаждается.

10 К головкам стержней у турбогенераторов серии ТВВ припаиваются специальные фасонные медные наконечники, которые имеют штуцера для подвода или отвода охлажденной воды, а также массивные приливы для электрического соединения с другим стержнем. У турбогенераторов серии ТВВ первых выпусков коллекторы подвода и отвода дистиллята соединялись с головками стержней резиновыми шлангами. У машин более поздних выпусков установлены фторопластовые шланги.

11 Под нормальными установившимися (длительными) режимами турбогенератора понимают такие режимы, в которых он может работать длительно без ограничения или превышения полной и активной мощностей и которые предусмотрены ГОСТ , ГОСТ или техническими условиями. К ним относится, прежде всего, номинальный режим, для которого турбогенератор предназначен и который указан на его щитке.

12 Согласно ГОСТ номинальные данные турбогенераторов должны относиться к работе при следующих условиях: температура охлаждающей воды, поступающей в теплообменники +33 ºС; температура охлаждающего газа (воздуха или водорода) +40 ºС; температура поступающей охлаждающей жидкости, применяемой для непосредственного охлаждения машины (дистиллят или масло), +40 ºС; высота места установки над уровнем моря не более 1000 м.

13 Номинальные данные турбогенераторов с непосредственным охлаждением согласно ГОСТ Активная мощность, МВт Напряжение, кВ Полная мощность, МВА Коэффициен т мощности К. п. д., % 636,3; 10,578,75 0,898, ,5125, ,0188,00,8598, ,75235, ,0353, ,0588, ,0 941,0– 888,9 0,85 98,65– 98,75

14 Номинальное напряжение (э. д. с.) турбогенераторов при холостом ходе должно быть практически симметричным и практически синусоидальным. Последнее требование относится только к линейным напряжениям.

15 Трехфазная система напряжений считается практически симметричной, если в ней напряжение обратной последовательности не превышает 1 % от напряжения прямой последовательности.

16 Практически синусоидальным напряжением называется такое напряжение, у которого коэффициент искажения синусоидальности, определяемый отношением корня квадратного из суммы квадратов амплитуд высших гармонических данной периодической кривой к амплитуде ее основной гармонической, не превышает 5% (ГОСТ ).

17 Длительный установившийся режим работы всякой электрической машины лимитируются, прежде всего, условиями нагрева, которые характеризуются рабочими температурами отдельных частей машины при номинальном режиме работы и при неизменной номинальной температуре охлаждающей среды.

18 Температура считается установившейся, если ее изменение в течение 1 часа не превышает 1 ºС, при условии, что нагрузка машины и температура охлаждающей среды практически неизменны.

19 Ток обмотки статора, соответствующий 95 % номинального напряжения машины, допускается сколь угодно длительно и называется наибольшим рабочим током генератора.

20 Работа турбогенераторов при установившихся длительных режимах, отличных от нормального В эксплуатации всегда бывают условия, когда неизбежно использование турбогенераторов в длительных установившихся режимах работы, отличных от нормальных.

21 Согласно ГОСТ турбогенераторы мощностью 63, 100 и 120 МВт, устанавливаемые на ТЭЦ, должны иметь длительно допускаемую максимальную активную мощность, равную 120 % номинальной при коэффициенте мощности 0,85. При этом давление водорода повышается в соответствие с указаниями предприятия-изготовителя.

22 Турбогенераторы мощностью 160 МВт и выше должны иметь длительно допустимую активную мощность, равную 110 % номинальной при коэффициенте мощности 0,9, если температура охлаждающей воды не превышает 33 ºС, и при номинальном его значении, если температура охлаждающей воды не превышает 20 ºС.

23 При всех указанных режимах температура активных и конструктивных частей турбогенератора не должна быть выше, чем при номинальном режиме.

24 У турбогенераторов с чисто газовым охлаждением (косвенным или непосредственным) при снижении температуры холодного газа от 40 до 30 °С допустимые значения токов статора и ротора увеличиваются так, чтобы наибольшие наблюдаемые установившиеся температуры активных и конструктивных частей не превышали наибольшие наблюдаемые в эксплуатации (рабочие) температуры при номинальном режиме, определенные на основании испытаний на нагрев; однако при этом увеличение токов не должно превышать 5 % номинального значения.

25 При снижении температуры охлаждающего газа ниже 30 °С дальнейшее повышение токов не допускается.

26 При повышении температуры охлаждающего газа свыше номинальной мощность турбогенератора как с чисто газовым, так и смешанным (жидкостно- газовым) охлаждением должна быть снижена так, чтобы температура обмоток, стали и дистиллята, выходящего из обмоток (при жидкостном охлаждении), не превышала наибольшие наблюдаемые в эксплуатации температуры при номинальном режиме, определенные из испытаний.

27 Действующие ГОСТ и ГОСТ не содержат каких-либо требований к турбогенераторам в отношении их работы со значениями коэффициента мощности, отличными от номинального. Современные условия требуют работы со значениями коэффициента мощности, близкими к единице. Поэтому пока приходится по соглашению между предприятиями- изготовителями и эксплуатирующими организациями устанавливать конкретные диаграммы допустимых активных и реактивных нагрузок для отдельных типов турбогенераторов.

28 Турбогенератор должен допускать длительную работу при несимметричной нагрузке, характеризуемой разностью между максимальным и минимальным токами фаз, которая должна быт не более 10 % номинального тока, причем ток ни в одной из фаз не должен превышать номинального. Этому условию соответствует ток обратной последовательности примерно 6–7 % номинального.

29 Влияние на допустимую нагрузку турбогенератора отклонений напряжения и частоты Как указывалось ранее, при отклонении напряжения генератора от номинального в пределах ±5 % полная мощность генератора сохраняется. Ток статора при снижении напряжения до 0,95 номинального увеличивается до 1,05 номинального. Нагрев обмотки статора при увеличении тока статора до 1,05 номинального может быть несколько выше номинального.

30 При снижении напряжения на 5 % ток возбуждения остается в турбогенераторах, как правило, без изменения. Дальнейшее понижение напряжения сопровождается снижением тока возбуждения. При повышении напряжения на 5 % ток возбуждения турбогенератора несколько увеличивается и продолжает возрастать с повышением напряжения сверх 5 %.

31 При отклонении напряжения сверх 5 % ток статора не следует повышать сверх 1,05IН, поэтому полная мощность должна быть снижена и устанавливается равной В практике эксплуатации имели место случаи успешной длительной работы турбогенераторов при напряжении 0,85U H.

32 Повышение напряжения более чем на 5 % сверх номинального сопровождается повышением тока возбуждения и магнитной индукции генератора, что вызывает повышенный нагрев стали статора, возрастание дополнительных потерь в роторе и конструктивных элементах статора. Поэтому по условиям нагрева обмотки ротора и стали статора полная нагрузка генератора по мере повышения напряжения сверх 5 % должна снижаться. При напряжении более 110 % требуются специальные исследования на конкретном турбогенераторе.

33 Влияние изменения напряжения на выводах турбогенератора на изменение полной мощности Напряж ение, % от номина льного Полная мощнос ть, % от номина льной 8898, ,589 Ток статора, % от номинал ьного 8087,592,

34 Изменение частоты сопровождается изменением потерь, условий охлаждения и тока возбуждения. С понижением частоты ухудшается охлаждение генератора водородом и в большинстве случаев требуется повышение тока возбуждения. Потери в стали статора при неизменной индукции снижаются. С повышением частоты увеличиваются потери в стали и на поверхности ротора и улучшаются условия вентиляции.

35 По данным [Гуревич Э. И. Тепловые испытания турбогенераторов большой мощности. – Л.: Энергия, 1969.] изменение скорости вращения (частоты) в пределах ±2,5 % практически не сказывается на нагреве машин. Это значительно больше, чем допускается в нормах по изменению частоты (не более ±0,2 % ГОСТ ). Таким образом, при отклонении частоты в пределах ±2,5 % изменения нагрузки не требуется.

36 Влияние на допустимую нагрузку турбогенератора отклонения коэффициента мощности от номинального Ситуация, когда турбогенератор работает не с номинальным коэффициентом мощности в эксплуатации, можно сказать, типичная.

37 При длительной работе турбогенератора с коэффициентом мощности, отличным от номинального, так же как и при отклонениях давления и температуры охлаждающего газа, должно соблюдаться основное условие: нагревы обмотки и стали статора, определяемые по термометрам сопротивления, и нагрев обмотки ротора, по ее сопротивлению, не должны превышать соответствующих нагревов в номинальном режиме при допустимых изменениях напряжения на выводах машины (±5 % номинального согласно ГОСТ )

38 Карта допустимых нагрузок генератора Наибольшее распространение в практике эксплуатации для оперативной оценки допустимых нагрузок машины в режимах перевозбуждения получила карта допустимых нагрузок генератора.

39 Карта допустимых нагрузок позволяет учесть влияние отклонений от номинальных значений температуры окружающего газа, коэффициента мощности и напряжения на выводах. ОбмоткаНапряжени е статора, кВ Допустимые нагузки, А, при температуре охлаждающего газа, ºС 40 и ниже Статора Ротора и ниже

40 Кратковременные перегрузки турбогенератора по токам статора и ротора в симметричных и несимметричных режимах В процессе эксплуатации возникает необходимость форсировки возбуждения генераторов, что сопровождается кратковременным значительным увеличением токов как ротора, так и статора.

41 Кроме того, увеличение этих токов может иметь место и независимо от форсировки возбуждения вследствие симметричных и несимметричных коротких замыканий, различных видов АПВ, асинхронных режимов и других возмущений в энергосистеме. Поэтому генераторы должны быть рассчитаны и должны допускать не только длительные, но и кратковременные перегрузки обмоток по току.

42 Турбогенераторы должны допускать следующие кратковременные токовые перегрузки (ГОСТ и ГОСТ ): по обмотке статора – на 50 % в течение 2 мин при косвенном охлаждении и 1 мин при непосредственном охлаждении; по обмотке возбуждения и возбудителя – двукратный номинальный ток возбуждения в течение 50 с при косвенном охлаждении и не менее 20 с при непосредственном охлаждении обмотки ротора турбогенератора.

43 Кратковременные перегрузки турбогенераторов при несимметричных возмущениях требованиями ГОСТ не оговариваются. На практике, в частности в инструкциях по эксплуатации турбогенераторов, руководствуются следующим условием: I 2 – ток обратной последовательности в долях номинального тока статора; t – время, с

44 Значение величины А зависит от конструкции и степени использования активных материалов машины. Так, при косвенном охлаждении обмоток турбогенераторов водородом А=30, при непосредственном охлаждении только обмотки ротора и косвенном охлаждении статора А=15 и при непосредственном охлаждении обмоток статора и ротора А=8 или даже меньше.

45 Исходя из неравенства и А=8 установлены зависимости I 2 2 от времени в инструкциях по эксплуатации турбогенераторов серий ТГВ и ТВВ.