ТУРБОГЕНЕРАТОРЫ СЕРИИ ТВМ С ВОДОМАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ МОЩНОСТЬЮ 110-500 МВт
АО «ЭЛСИБ» разработало и внедрило систему водомасляного охлаждения типа ТВМ для мощных турбогенераторов. В серии ТВМ применены:
непосредственное охлаждение активных и конструктивных частей статора изоляционным маслом, при этом объем масла в статоре ограничен корпусом, торцевыми щитами и изоляционным цилиндром, установленным в воздушном зазоре и закрепленным в щитах; бумажно-масляная изоляция для обмотки статора; водяное охлаждение ротора.
Три турбогенератора типа TBM-500 установлены на Рефтинской ГРЭС, первый был введен в эксплуатацию в 1978 г.
Опыт эксплуатации турбогенераторов с водомасляным охлаждением показал, что система ТВМ для машин большой мощности обеспечивает:
- Высокую надежность, которая обусловливается: отсутствием в статоре большого количества подводов охлаждающей жидкости и их уплотнений, так как все гидравлические цепи внутри статора не требуют гарантированной плотности, потому что размещены в объеме, заполненном маслом;
высоким запасом электрической прочности и стой кости бумажно-масляной изоляции к механическим воздействиям при вибрациях и деформациях стержней, что позволило установить периодичность капитальных ремонтов статора 10 лет вместо 4-5;
защищенностью статора от внешних воздействий (влаги, пыли и др.). - Повышенные перегрузочные способности и расширенные возможности работы в аномальных режимах (работа при недовозбуждении ограничивается статической устойчивостью, в асинхронном режиме при активной мощности 40 % номинальной допускается длительная работа).
- Высокий КПД во всем рабочем диапазоне нагрузок благодаря относительно низкому уровню механических потерь в обмотке статора и торцевых частях статора.
- Возможность раннего диагностирования состояния сердечника и изоляции обмотки статора методом газовой хроматографии.
- Относительную простоту монтажа и обслуживания.
- Повышенную ремонтопригодность обмотки статора, так как отсутствует замоноличивание лобовых частей, а восстановление корпусной изоляции стержней бумажными лентами может выполняться вне заводских условий.
- Возможность выполнения турбогенераторов на напряжение, оптимальное с точки зрения параметров машины.
Исполнение турбогенератора горизонтальное. Сердечник и обмотка статора погружены в изоляционное масло. Объем масла, заполняющего статор, ограничивается корпусом, торцевыми щитами и изоляционным цилиндром, заведенным в расточку сердечника статора. Изоляционный цилиндр и торцевые щиты в местах прилегания к корпусу статора уплотнены кольцами из резинового шнура. Корпус статора сварной неразъемный.
Сердечник статора собирается из изолированных сегментов электротехнической стали, в которых при штамповке вырубаются узкие прямоугольные отверстия, образующие в сердечнике аксиальные каналы, по которым протекает изоляционное масло, охлаждающее сердечник. У турбогенераторов ТВМ-110-2 и ТВМ-160-2 спрессованный сердечник стянут в осевом направлении и удерживается склеенными пакетами и нажимными кольцами. Сердечник статора турбогенераторов ТВМ-220-2, ТВМ-320-2 и ТМ-500-2 удерживается в сжатом состоянии склеенными скошенными пакетами и нажимными пальцами. Концевой скошенный пакет, выполняющий функцию магнитного шунта для торцевого магнитного потока рассеяния, радикально решает задачу снижения потерь и нагрева концевой зоны сердечника, что обеспечивает возможность работы турбогенераторов в режиме недовозбуждения вплоть до предела статической устойчивости.
В корпусе сердечник статора у турбогенераторов мощностью 160 МВт и более закреплен жестко с гарантированным натягом. Принятое жесткое соединение сердечника с корпусом значительно повышает жесткость и частоту собственных эллиптических колебаний сердечника, что снижает уровень его вибрации.
Обмотка статора трехфазная двухслойная с укороченным шагом. Стержни обмотки выполняются с транспозицией элементарных проводников в пазовой и лобовых частях. Между рядами проводников в стержне образован канал для охлаждения изоляционным маслом Это исключает необходимость использования полых проводников применение для стержня сплошных проводников относительно небольшой высоты существенно снижает добавочные потери в обмотке. Корпусная изоляция стержней образуется наложением лент из кабельной бумаги.
Отличительной особенностью турбогенератора ТвМ-110-2 являются посадка сердечника статора в корпусе без натяга и применение в целях унификации стержней с изоляцией «Монолит» турбогенератора ТВФ- 110-2Е.
Фазы обмотки соединены в звезду. Линейные и нулевые выводы обмотан статора пропускают из корпуса статора через изоляторы. Плита, на которой закрепляются выводы, приспособлена для подсоединения закрытых токопроводов.
Роторы изготавливаются из цельной поковки специальной стали. Обмотка ротора состоит из концентрических катушек, изготовленных из полой меди с присадкой серебра.
Лобовые части обмотки удерживаются бандажными кольцами из высокопрочной немагнитной коррозионно-стойкой стали. Обмотки ротора охлаждаются дистиллятом, который протекает по каналам проводников. Все катушки по дистилляту соединены параллельно Вода к обмотке подводится и сливается через центральное отверстие вала по концентрически установленным трубам из нержавеющей стали.
Контактные кольца выполнены из специальной стали и насажены на консольный конец вала. Для охлаждения контактных колей и щеток и отвода щеточной пыли из зоны щеточно-контактного аппарата между контактными кольцами на валу установлен вентилятор.
Подшипники турбогенератора выносные. Подшипник со стороны контактных колец имеет самоустанавливающийся вкладыш со сферической посадкой в корпусе. Подшипник со стороны турбины встраивается в корпус турбины и поставляется с турбиной. Масло в подшипники турбогенератора подается из системы смазки подшипников турбины.
Система возбуждения турбогенератора тиристорная, выполненная по схеме самовозбуждения.
Турбогенераторы с водомасляным охлаждением сопрягаются с паровыми и газовыми турбинами. При замене турбогенераторов других типов генераторами ТВМ соответствующей мощности возможна их установка на существующий фундамент.
В связи с тем, что температура самовоспламенения трансформаторного масла (330/350 С), примененного для охлаждения статора, ниже температуры нагретых частей турбин, при создании турбогенераторов типа ТВМ для обеспечения пожаробезопасности был проведен комплекс работ по подбору, разработке и исследованиям огнестойких диэлектрических масел. Исследования теплофизических свойств масел, взаимного влияния масел и материалов, применяемых в турбогенераторах, показали, что наиболее предпочтительным является масло АЗИ-ЗХ.
Высокие технико-экономические показатели (надежность, КПД, перегрузочные способности, ремонтопригодность и др.) и многолетний опыт эксплуатации турбогенераторов типа ТВМ указывают на перспективность их применения для развития отечественной энергетики.
