ГЛАВА ВТОРАЯ
ОСНОВНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
2-1. СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
а) Технические характеристики и конструкции современных турбогенераторов
На тепловых электростанциях (ТЭС) применяются синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Основной тип современных синхронных генераторов — турбогенераторы, первичным двигателем которых является паровая турбина.
Характерной особенностью турбогенераторов в отличие от гидрогенераторов является большая частота вращения; они относятся к категории быстроходных машин. Быстроходные генераторы являются более экономичными в работе и имеют меньший расход активных материалов на единицу мощности, так как с увеличением частоты вращения размеры и масса как генератора, так и паровой турбины уменьшаются. Все современные турбогенераторы имеют частоту переменного тока 50 Гц при частоте вращения 3000 об/мин (1500 об/мин).
Основными элементами турбогенератора являются ротор и статор.
Ротор, приводимый во вращение турбиной, выполняется в виде цельной поковки из высококачественной легированной стали. В бочке ротора выфрезеровываются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения генератора. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая в машине магнитное поле возбуждения. При 3000 об/мин и частоте трехфазного тока 50 Гц ротор выполняется двухполюсным или говорят, что он имеет одну пару полюсов р=1.
Сердечник статора выполняют из тонких стальных листов, которые набирают пакетами с каналами для вентиляции. Во внутренней расточке статора имеются пазы, в которые укладывают трехфазную обмотку статора. В обмотке статора при вращающемся роторе под действием поля возбуждения индуктируется трехфазная э. д. с., которая после включения генератора в сеть определяет прохождение трехфазного тока нагрузки.
Турбогенераторы выполняют исключительно с горизонтальным валом, в то время как гидрогенераторы имеют обычно вертикальное расположение вала.
Номинальные параметры турбогенераторов. Каждый синхронный генератор характеризуется следующими номинальными параметрами: напряжением, мощностью, током статора, током ротора, частотой и коэффициентом мощности cosφ.
Номинальным напряжением генератора называют то напряжение, при котором он предназначен для нормальной работы. ГОСТ устанавливает номинальные напряжения генераторов на 5% выше соответствующих номинальных напряжений электрических сетей для компенсации потерь напряжения в сетях при их нормальной нагрузке.
Номинальная мощность генератора определяется как длительно допустимая нагрузка при определенной расчетной температуре охлаждающего вещества (газа или жидкости) и длительно допустимой температуре нагрева обмотки и стали статора и обмотки ротора.
Для трехфазного генератора номинальная мощность определяется по формулам:
полная мощность, кВ-А,
активная мощность, кВт,
В приведенных формулах напряжение U выражено в киловольтах, а ток I — в амперах.
Номинальный ток статора, А, определяется по формуле
Номинальный ток ротора — это тот наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.
Номинальная частота трехфазного переменного тока принята в СССР 50 Гц.
Номинальный — коэффициент мощности у большинства синхронных генераторов равен 0,8—0,9.
Каждый генератор характеризуется также коэффициентом полезного действия при номинальной нагрузке его и номинальном коэффициенте мощности. У современных турбогенераторов номинальный к. п. д. колеблется в пределах 96,3—99,0%. Чем мощнее генератор, тем выше его к. п. д. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности к. п. д. генератора уменьшается.
Допустимые температуры нагрева обмоток статора и ротора зависят в первую очередь от применяемых изоляционных материалов и температуры охлаждающей среды. По ГОСТ 533-68 для изоляции класса В (на асфальтобитумных лаках) допустимая температура обмотки статора должна находиться в пределах 105° С, а ротора — 130° С. При более теплостойкой изоляций обмоток статора и ротора, например классов F и Н, пределы допустимой температуры нагрева их увеличиваются.
Таблица 2-1
Технические данные турбогенераторов
- В обозначении систем возбуждения буквы означают: М — от машинного возбудителя постоянного тока: ВЧ — от машинного возбудителя переменного тока 500 Гц; ИС — от ионного или тиристорного возбудителя по схеме самовозбуждения; ИН —от ионного или тиристорного возбудителя по схеме независимого возбуждения; МР — от машинного возбудителя постоянного тока, соединенного с валом генератора через редуктор; БЩ — бесщеточное.
- В обозначении охлаждения обмоток буквы обозначают: ВЗ — воздушное; КВР — косвенное водородом; НВ — непосредственное водой; НВР — непосредственное (внутреннее) водородом; НМ — непосредственное маслом.
В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно стареет; это вызвано целым рядом факторов: загрязнением, увлажнением, окислением кислородом воздуха, воздействием электрического поля и динамических нагрузок и т. д. Но главной причиной старения изоляции является ее нагрев. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок ее службы. Опытным путем установлено, что срок службы изоляции класса В при температуре нагрева ее 120° С составляет около 15 лет, а при нагреве до 140° С срок ее службы сокращается почти до 2 лет. Она становится хрупкой, а электрическая прочность резко уменьшается. Но та же изоляция при температуре нагрева 105° С (т. е. в пределах ГОСТ) стареет значительно медленнее и срок службы ее увеличивается до 30 лет. Поэтому во время эксплуатации при любых режимах работы генератора нельзя допускать нагрева его обмоток и стали свыше допустимых температур.
Температура обмотки и стали статора контролируется с помощью температурных индикаторов, в качестве которых используются термосопротивления (обычно медные катушки). Они закладываются заводом-изготовителем на дно паза (для измерения температуры стали) и между стержнями (для измерения температуры меди) в местах предполагаемого наибольшего нагрева машины. Принцип измерения основывается на изменении сопротивления медного провода термосопротивлений при нагреве. Показания температуры в этих местах замеряются с помощью логометра, устанавливаемого на щите управления.
Температуру нагрева обмотки ротора измеряют косвенно — по изменению омического сопротивления обмотки при нагреве (с помощью амперметра и вольтметра в цепи возбуждения).
Средняя длительная температура обмоток и стали генераторов зависит от нагрузки генератора и условий его охлаждения. Согласно ГОСТ 533-68 охладители должны обеспечивать номинальную мощность генератора и возбудителя при температуре воды на входе в охладитель +33° С.
Технические данные и характеристики турбогенераторов приведены в табл. 2-1.
