КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ, ВЕРОЯТНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ УСТРАНЕНИЕ
Конструктивные особенности статора ТГ- Статор ТГ состоит из корпуса и магнитопровода (сердечника) с уложенной обмоткой.
В корпусе статора крепится магнитопровод с трехфазно с обмоткой и располагается система перегородок для распределения и циркуляции охлаждающего газа. Корпус статора сварной, его
наружная часть обшивается стальными листами, внутри корпуса имеются поперечные стенки (расстояние между стенками 0,5-0,7 м, число поперечных стенок определяется числом струй охлаждающего воздуха) и ребра для крепления на них сердечника (рис. 1.22), Механическая прочность корпуса рассчитывается на восприятие усилий в несколько десятков тонн от вращающего момента турбины и от электромагнитного тяжения ротора.
Корпус статоров генераторов с водородным охлаждением имеет цилиндрическую форму (в отличие от имеющих более сложную форму ТГ с воздушным охлаждением), больший диаметр, поперечные стенки в виде круглых дисков, число которых и расположение определяются жесткостью формы и схемой охлаждения. В зоне лобовых частей обмотки статора устанавливают кожухи. Газоохладители помещаются внутри корпуса. Они могут быть расположены продольно-горизонтально или поперечно-вертикально.
Особенностью конструкции ТГ мощностью 165 МВт и выше является упругая подвеска сердечника к корпусу статора. Это позволяет снизить передачу вибрации частотой 100 Гц от сердечника к корпусу и предотвратить разрушение сварных швов. Упругость подвески осуществляется двумя способами: специальными прорезями в ребрах, с помощью которых создается упругая связь; при помощи пластин, прикрепленных к стенкам корпуса.
Турбогенераторы ТГВ-200 и ТГВ-300 имеют другую конструкцию корпуса статора. Внутренний корпус представляет собой сварной цилиндр с поперечными стенками, к которым приварены ребра для набора сердечника статора. Вдоль наружной поверхности цилиндра вварены четыре бруса для крепления одного конца эластичной подвески. Таким образом, внутренний корпус вместе с сердечником оказывается упруго подвешенным к наружному корпусу.
Сердечник статора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, Тщательно изолированных друг от друга механически прочной и термостойкой лаковой пленкой. Листы набирают пакетами, между которыми оставлены вентиляционные каналы. Пакеты зафиксированы креплением типа «ласточкин хвост» на клиньях-ребрах. Собранный и спрессованный сердечник жестко закреплен нажимными плитами (кольцами) из немагнитной стали с помощью гаек (рис, 1.23). К крайним пакетам сердечника предъявляются повышенные требования, так как они воспринимают усилия от нажимных плит статора.
Крайние пакеты должны быть монолитными, не иметь распушовки в зубцовой зоне. В зоне зубцов крайних пакетов между нажимными плитами и активной сталью устанавливаются нажимные пальцы из немагнитной стали, придающие необходимую жесткость всему цилиндру магнитопровода.
Рис. 1.23. Сердечник статора:
1 - нажимная плита; 2 - клин-ребра; 3 - пакет активной стали; 4 - вентиляционный канал; 5 - опорное кольцо; 6 - гайка; 7 - кольцевая шпонка; 8 - нажимный палец; 9 - ступенчатые
В торцевой зоне статора снижение потерь от вихревых токов и лучшее охлаждение достигаются благодаря экранированию этой зоны, установке крайних ступенчатых пакетов сердечника, разрезам зубцов крайних пакетов, установке магнитных шунтов.
Экранирование торцевой зоны осуществляется медным кольцом, расположенным между нажимной плитой и сердечником. Такой экран уменьшает потоки рассеяния и снижает составляющую индукции, входящую перпендикулярно в торцевую плоскость зубцов.
Обмотки статоров ТГ выполняются двухслойными, петлевыми, стержневого типа, могут иметь одну или две параллельные ветви каждой фазы. Число пазов в сердечнике для обмотки составляет 30-72.
Стержни обмотки статора набирают из отдельных элементарных проводников марок ПДА или ПСД сечением 10-20 мм2. Для компенсации циркуляционных токов применяется транспозиция проводников на 360 или 540°,
До 1960 г. все ТГ выпускались с термопластичной (микалентной) корпусной изоляцией. В настоящее время эта изоляция используется
только для генераторов мощностью ниже 60 МВт и для запасных стержней находящихся в эксплуатации машин.
Современные ТГ имеют обмотку статора с термореактивной корпусной изоляцией, обладающей более высокой электрической и механической прочностью, меньшим tg при 130°С, определяющим диэлектрические потери. Однако монтаж стержней обмотки с термореактивной изоляцией требует большей точности и осторожности, так как из-за отсутствия пластичности она не допускает деформации.
ТГ с масляным охлаждением обмотки статора имеют изоляцию из слоев кабельной бумаги, пропитанной трансформаторным маслом. Изоляция расположена между двумя экранами из полупроводящей бумаги. Экраны предназначены для выравнивания электрического поля в изоляции.
Охлаждение обмоток статоров зависит от серии ТГ.
Разрезы пазов статора ТГ с уложенной в них обмоткой даны на рис. 1.24.
Весьма важными являются вопросы заклиновки стержней в пазу и крепления лобовых частей обмотки статора. Наибольшие механические усилия, определяющие требования к креплению обмотки статора, возникают при внезапных коротких замыканиях. Если в пазу расположены стержни одной фазы, то они притягиваются друг к другу и к дну паза. Если в части пазов находятся стержни разных фаз, они отталкиваются друг от друга и притягиваются к дну паза. Электродинамические силы, действующие на обмотку при КЗ, могут превосходить усилия при номинальном режиме в 100 раз. Поэтому в пазах стержни обмотки статора крепятся пазовыми клиньями и прокладками.
Лобовые части испытывают усилия, стремящиеся притянуть обмотку к нажимной плите и повернуть ее в направлении вращения ротора. Лобовые части выполняются в виде корзинки, закрепленной бандажными кольцами, установленными на специальных кронштейнах. Крепление лобовых частей должно исключать проседание корзинки во избежание повреждения обмоток при протекании больших токов.
Наиболее вероятные повреждения элементов конструкции
статора и их устранение
Повреждения корпуса ТГ практически не встречаются. В эксплуатации могут быть случаи нагрева частей корпуса блуждающими токами при длительном повышении напряжения более 1,1 Uн .
Блуждающие токи протекают через внутренние ребра, крайние пакеты сердечника и нажимные плиты и вызывают дополнительный нагрев стали статора, вредно отражающийся на общем температурном режиме машины. С понижением напряжения до 1,05 исчезают..
Рис. 1.24. Разрезы пазов статора с обмоткой а - ТГВ-200; б - ТВВ;
1 - пазовый клин, 2 - корпусная изоляция стержня;
3 - элементарный проводник; 4 - газовые трубки (а), полый проводник (б)
Повреждения газоохладителей возникают довольно часто, причем в случае их позднего обнаружения вода проникает внутрь корпуса машины и может вызвать повреждение изоляции обмоток. Наиболее опасным режимом для газоохладителей являются длительные стоянки ТГ, когда газоохладители долгое время находятся без воды и возникает «стояночная коррозия», разрушающая латунные трубки.
Повреждения масляных уплотнений чаще всего возникают из-за неправильных эксплуатационных режимов или дефектов схем маслоснабження.
Активная сталь статора ТГ является одной из важнейших частей машины, которая в течение всей эксплуатации должна обладать заданными механическими, магнитными и электрическими характеристиками.
Повреждения активной стали статора могут возникнуть вследствие некачественной его сборки и запрессовки, нарушения межлистовой изоляции, нарушения изоляции термосопротивлений.
Основными причинами ослабления прессовки активной стали или ее отдельных зон могут быть некачественная сборка сердечника на заводе-изготовителе, недостаточная точность установки клиньев статора, на которые насаживаются пакеты активной стали, неправильная установка вентиляционных распорок, нарушения из-за отвинчивания гаек стяжных болтов. При этом возникает вибрация отдельных листов, края листов стали отламываются, что приводит к дальнейшему ослаблению запрессовки. Отломившиеся куски листов стали могут повредить изоляцию обмотки статора.
Нарушение изоляции листов приводит к замыканию отдельных листов между собой и протеканию паразитных токов по образовавшимся контурам. При этом замкнутые листы нагреваются и возникает «пожар стали». Сталь под действием высоких температур (до 3000°С) выплавляется, место перегрева увеличивается, начинает перегреваться изоляция близко расположенных стержней обмоток, что может быть причиной разрушения изоляции обмотки статора и ее замыканий на корпус и между фазами. Поэтому для надежной работы ТГ вопросам контроля температуры активной стали, ее запрессовки и состоянию межлистовой изоляции должно уделяться большое внимание.
Устранение общего ослабления прессовки активной стали, наблюдающегося достаточно редко, задача достаточно сложная, которую приходится решать конкретно, применительно к каждому частному случаю при участии заводов-изготовителей или специализированных ремонтных организаций.
Чаще встречаются ослабление и повышенная вибрация отдельных зон, особенно торцевых, активной стали. В этом случае ремонт ограничивается установкой между листами слюдяных (стеклотекстолитовых) прокладок или заливкой жидкого лака.
Нарушение межлистовой изоляции возможно вследствие применения при запрессовке слишком высокого давления, вибрации листов или длительного поддержания напряжения выше 1,1.
В турбогенераторах повреждение корпусной изоляции обмотки статора, помимо естественного старения, происходящего достаточно медленно, может вызываться различными внешними причинами: ослаблением прессовки активной стали; попаданием на поверхность изоляции ферромагнитного тела (например, стружки), вибрация которого в магнитном поле приводит к повреждению изоляции; недостаточным закреплением стержней обмотки в пазах, что приводит к их вибрации и механическому истиранию изоляции о стенку паза или ее расслоению, особенно на выходе из паза; местным дефектом изоляции (трещины, вмятины) в результате неаккуратной укладки стержня в паз.
В машинах типа ТГВ отмечаются повреждения изоляции между проводниками и вентиляционными трубками стержней.
Повреждения изоляции обмотки статора редки, но для устранения требуют длительной остановки агрегата. Поэтому своевременному выявлению слабых мест изоляции должно быть уделено особое внимание.
Все дефекты обмотки статора, выявленные во время эксплуатации или испытаний повышенным напряжением, устраняются путем замены дефектного стержня или группы стержней. Дефекты изоляции могут устраняться различными способами в зависимости от вида повреждения. Так, сильно увлажненная или грязная изоляция подвергается чистке и сушке; повреждения в зоне лобовых частей могут устраняться частичной переизолировкой или нанесением дополнительной изоляции без выемки стержня.
