Ударный генератор ТИ-12-2, завода «Электросила», является синхронным трехфазным генератором, спроектированным на базе турбогенератора Т-12-2 мощностью 15 МВА, номинальным напряжением 6,3 ке и номинальным током 1375 а, 3000 об/мин. Концы статорных обмоток выведены для переключения в звезду и треугольник. Ударный генератор ТИ-12-2 имеет следующие параметры.
Длительно отдаваемая мощность Рдл, ква.............................................. 15000
Ударная мощность Руд, ква .................................................................... 277 000
Номинальное напряжение Un, в............................................... 8 000
Ток при соединении обмотки Iк.з, а:
в звезду................................................................. 20 000
в треугольник................................................................ 34 600
Сверхпереходная реактивность на фазу при соединении обмотки, ом/ф
в звезду, x ........................................................................... 0,12
в треугольник, х.................................................................. 0,04
Внешний вид ударного генератора ТИ-12-2 с приводным двигателем показан на рис. 9.
При испытаниях генератора, проведенных в ВЭИ, были получены осциллограммы двух внезапных коротких замыканий на зажимах генератора, поочередно, при двух напряжениях, меньших номинального (1000 и 4000 в).
Значения основных параметров, полученные по данным осциллограмм, приведены в табл. 3.
Низкие значения реактивности генератора получены в результате мероприятий, примененных заводом «Электросила»: приняты высокие магнитные индукции для магнитной цепи; лобовые части статорной обмотки окружены массивными проводящими деталями, демпфирующими потоки рассеяния и одновременно выполняющими роль деталей крепления лобовых частей; лобовые части обмотки — с пайками в головках лобовых частей.
Основные параметры по данным осциллограмм
Таблица 3
Рис. 9. Внешний вид ударного генератора ТИ-12-2 с приводным двигателем завода «Электросила» им. С. М. Кирова.
Принятая заводом «Электросила» конструкция снижает реактивности за счет сокращения длины лобовых частей. На рис. 10, а по данным работы [61] схематически показан разрез статора ударного генератора ТИ-12-2 по лобовым частям статорной обмотки. В генераторе А — лобовая часть, зажатая между двумя конусообразными кольцами Г и Д. Кольцо Д (бронзовое) крепится болтами к кольцу Г (немагнитный чугун). На рис. 10, б схематически показано сечение паза статора. Здесь два стержня обмотки расположены широкой стороной меди вдоль глубины паза. Такое расположение меди вызвано стремлением избежать нагрева при холостом ходе генератора от потоков, идущих радиально вдоль длины паза параллельно зубцу. Габаритные размеры генератора ТИ-12-2 с приводным двигателем показаны на рис. 11.
Рис. 10. Обмотка статора ударного генератора ТИ-12-2:
а — разрез лобовых частей статорной обмотки; б — схематическое сечение паза статора.
Приводной двигатель ударного генератора ТИ-12-2. Для привода ударного генератора применен двухскоростной асинхронный двигатель типа АМ-300/700, 1500/3000 об/мин, 3000 в, 700 квт.
Выбор приводного двигателя к ударному генератору связан с некоторыми трудностями. Мощные быстроходные машины постоянного тока трудна выполнимы. При разворачивании больших маховых масс роторов ударных генераторов в случае применения асинхронных двигателей приходится сталкиваться с большими количествами тепла, выделяющимися в роторной цепи. Поэтому наиболее пригодным здесь оказывается асинхронный двигатель с фазным ротором, в котором энергия пуска поглощается мощным пусковым сопротивлением. Однако для привода генератора ТИ-12-2 применен короткозамкнутый двигатель мощностью 700 квт, 3000 об/мин со специальной конструкцией ротора, предложенной заводом «Электросила». Испытания подтвердили высокое качество двигателя при его относительной простоте. Ротор двигателя выполнен массивным, из одного куска кованой стали аналогично роторам турбогенераторов. В пазы ротора заложена массивная медная клетка, замкнутая по торцам припаянными к ней бронзовыми кольцами.
Статор двигателя выполнен с переключениями полюсов для работы как на 3000, так и на 1500 об/мин. При работе на 1500 об/мин двигатель имеет cos φ = 0,56, а при 3000 об/мин — cos φ = 0,74.
Схема переключения обмоток статора (и скоростей) двигателя представлена на рис. 12. Для запуска двигателя сначала включают разъединитель Р2. Запуск производится включением выключателя ВМГ-133. При этом разъединители P1 и Р3 разомкнуты.
Рис. 11. Габаритные размеры ударного генератора ТИ-12-2 с приводным двигателем.
Напряжение подается на концы АВС обмотки, соединенной в треугольник. При этом двигатель развивает максимальный момент и разгоняет ротор до скорости 1500 об/мин. После разгона до этой скорости выключают выключатель и обмотку статора переключают с треугольника на двойную звезду, для чего размыкают разъединитель Р2 и замыкают разъединители P1 и Р3. Концы АВС обмоток при этом замыкаются накоротко, а напряжение сети с помощью выключателя подается на начала обмоток а, б и с. Эти переключения производятся с пульта и занимают мало времени, поэтому ротор не успевает сбавить обороты. После переключения двигатель разгоняется до 3000 об/мин и на этой скорости работает во время опытов. Приводной двигатель ударного генератора имеет следующие параметры:
Мощность Р, квт ... .......................................... 300/700
Номинальное напряжение Uн, в.................................................................. 3000
Номинальный ток Iн, а................................................................................... 119/210
Число оборотов n, об/мин ........................................................................ 1495/2950
Примечание. Верхняя цифра относится к соединению обмотки треугольником, а нижняя — двойной звездой.
Рис. 12. Схема переключения обмоток статора для изменения скоростей асинхронного двигателя
Мощность приводного двигателя значительно ниже номинальной мощности ударного генератора. Расход энергии при испытаниях покрывается главным образом за счет запаса живой силы агрегата. Поэтому привод должен обладать мощностью, достаточной лишь для разгона ротора до номинальной скорости 3000 об/мин и покрытия потерь холостого хода агрегата.
Возбудительный агрегат генератора ТИ-12-2. Возбудителем генератора ТИ-12-2 является генератор постоянного тока типа ГП-8-750, на 1000 квт, 600 в, 750 об/мин. Номинальный ток возбудителя составляет 1670 а. В качестве приводного двигателя к нему служит асинхронный двигатель с контактными кольцами типа АМ-17а на 1200 квт.
Возбудительный агрегат снабжен маховиком, с маховым моментом 40 т-м2. Агрегат имеет общую фундаментную плиту. Генератор возбудительного агрегата в свою очередь имеет независимое возбуждение от подвозбудителя мощностью 50 квт, напряжением 230 в и 1000 об/мин. Главный возбудитель выбран с параметрами, обеспечивающими ударное возбуждение синхронного генератора, для уменьшения скорости спадания тока короткого замыкания. Мощность его превышает нормальную мощность возбудителя, необходимую для генератора ТИ-12-2. Габаритные размеры возбудительного агрегата показаны на рис. 13.
Испытания главного двигатель-генераторного агрегата ТИ-12-2. Во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина, в лаборатории мощности отключения, были произведены испытания агрегатов. Краткие результаты испытания и полученные основные характеристики приведены ниже.
Омическое сопротивление обмоток генератора ТИ-12-2, при температуре 13° С, оказалось равным: фазы w—z — 0,00497 ом; фазы у—υ — 0,00496 ом·, фазы и—х — 0,00498 ом. Сопротивление обмотки возбуждения генератора при температуре 13° С равно 0,1406 ом.
Рис. 13. Габаритные размеры возбудительного агрегата генератора ТИ-12-2.
Характеристики однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания ударного генератора ТИ-12-2, iст = φ (i рот), даны на рис. 14. При номинальном токе в статоре генератора по характеристике трехфазного короткого замыкания ток в роторе имеет значение 165 а. На рис. 15 представлены: 1 — кривая выбега генератора ТИ-12-2 (вращаемого двигателем типа АМ, мощностью 700 квт) при 3000 об/мин·, 2 — кривая выбега возбудительного агрегата (асинхронный двигатель, маховик и генератор постоянного тока). Из кривой 1 видно, что выбег ударного генератора продолжается примерно 39 мин, а кривая 2 показывает, что выбег возбудительного агрегата составляет 60 мин. Был замерен расход масла в подшипниках главного агрегата. Он составил: при 1500 об/мин и температуре 30° С — 90 л/мин·, при 3000 об/мин и 50° С — 115 л/мин.
На ударном генераторе ТИ-12-2, при напряжениях от 500 до 2000 в, были сняты осциллограммы процессов при внезапном трех- и двухфазном коротком замыкании генератора.
Рис. 14. Характеристики Iст = φ(iрот) при однофазном (1), двухфазном (2) и трехфазном (3) коротком замыкании ударного генератора ТИ-12-2.
Рис. 15. Кривые выбега:
1 — генератора ТИ-12-2, вращаемого асинхронным двигателем мощностью 700 квт при 3000 об/мин; 2 — возбудительного агрегата.
При напряжении на статоре порядка 2000 в ток короткого замыкания достигал 18 000 а. При двухфазном коротком замыкании ток генератора при напряжении 1880 в доходил до 24 700 а.
Испытания приводного двигателя АМ-700/300. При исследовании пусковых процессов двигателя АМ-700/300 были измерены по осциллограммам значения тока, напряжения, а также числа оборотов при пуске в зависимости от времени. Из кривой рис. 16 видно, что при схеме соединения обмоток двигателя на 1500 об/мин пусковой ток равен 630 а. Напряжение сети при пуске падает до 15—18%. До половинной скорости двигатель разгоняется примерно за 52 сек. От половинной до номинальной скорости двигатель разгоняется за 102 сек.
На рис. 17 показаны кривые мощности и тока, потребляемых двигателем, и cos φ двигателя АМ-700/300-2/4, в зависимости от напряжения ударного генератора ТИ-12-2. Из кривых видно, что при невозбужденном генераторе двигатель потребляет ток, равный 84 а, мощность 230 квт, при cos φ= 0,6—0,65.
Рис. 16. Зависимость напряжения, тока и числа оборотов в минуту от времени при пуске асинхронного двигателя АМ-700/300 до его половинной скорости.
Рис. 17. Кривые мощности и тока, потребляемых двигателем АМ-700/300- 2/4, и cos φ двигателя в зависимости от напряжения ударного генератора ТИ-12-2.
Испытание возбудительного агрегата. При испытании генератора возбудительного агрегата, мощностью 1000 квт, было измерено омическое сопротивление его обмоток. Значения сопротивлений обмоток при Т = 8° С, оказались равными, ом:
Шунтовой................................................................................................... 4,4
Компаундной........................................................................ 0,000726
Дополнительных полюсов и компенсационной .... 0,0058
Сопротивления между двумя соседними коллекторными пластинами оказались в пределах от 0,0008 до 0,0012 ом.
При испытании приводного двигателя возбудителя типа АМ-17-88, мощностью 1200 квт, было измерено омическое сопротивление двух фаз обмоток, при температуре 8° С, которое оказалось для статора равным 0,1206 ом и для ротора — 0,01815 ом. Исходя из этих значений сопротивления обмотки ротора, сопротивление пускового реостата было принято равным примерно 2 ом.
При пусковом процессе двигателя возбудителя были сняты осциллограммы при пуске: напряжения, тока статора и тока ротора двигателя. По этим осциллограммам были построены зависимости от времени напряжения, тока статора и тока ротора, как это показано на рис. 18.
Из рис. 18 видно, что максимальное значение пускового тока в статоре равно 416 а. Напряжение сети при пуске падает приблизительно на 7%. Двигатель разгоняется до номинальных оборотов за 58 сек.
Кривые зависимости мощности Р, тока i и cos φ двигателя в зависимости от напряжения ударного генератора ТИ-12-2 представлены на рис. 19. Эти кривые показывают, что с изменением напряжения генератора ТИ-12-2 ток двигателя практически не изменяется, а мощность Р и cos φ изменяются весьма значительно.
При невозбужденном генераторе ТИ-12-2 потребляемая двигателем модность равна 36 квт и cos φ = 0,135. При напряжении генератора, равном 6000 в, мощность, потребляемая двигателем, равна 50 квт при cos φ = 0,19.
Токи короткого замыкания ЛМО на базе ударного генератора ТИ-12-2. Испытания выключающих аппаратов производятся различными по величине токами. В зависимости от параметров ударного генератора и схемы соединения величины токов короткого замыкания в испытательной цепи можно определить расчетом.
Рис. 18. Зависимость тока статора, тока ротора и напряжения сети от времени при пуске асинхронного двигателя мощностью 1200 квт.
Рис. 19. Зависимость мощности, тока и cos φ асинхронного двигателя мощностью 1200 квт от напряжения ударного генератора ТИ-12-2.
Принципиальная схема коммутации ЛМО и точки короткого замыкания, от I до V, для цепей с генераторным напряжением, а также с повышающим или понижающим трансформаторами, представлена на рис. 20. Напряжения и токи, получаемые от испытательной установки, должны соответствовать типу испытуемых аппаратов: выключателей, предохранителей, разрядников и др.
Параметры ударного генератора ТИ-12-2
Номинальная мощность Рн, ква......................................................................... 15 000
Номинальное напряжение Uн, в .... ..................................................................... 8000
Сопротивление X, ом, при соединении обмоток статора: в звезду ................. 0,12
в треугольник....................................................................................... . . . . 0,04
Повысительный трансформатор Tp, мощностью 15 000 ква со значением ек=2,4%, рассчитан на напряжение 6/35 кВ; трансформатор Тр2 со значением ек=3,78% рассчитан на напряжение 6,6/12 кВ; трансформатор Тр3 мощностью 1650 ква со значением ек=3,66% рассчитан на напряжение 12/24 кВ; трансформатор Тр4 понизительный мощностью 1000 ква со значением ек=1,79% рассчитан на напряжение 4/0,4 кВ.
Регулирование тока короткого замыкания производится при помощи регулируемого шестиступенчатого реактора L. Пусть (рис. 20) значение сопротивления ступеней реактора будет равно, ом: 1 — 0,231; 2 — 0,462; 3 — 0,693; 4 — 0,924; 5 — 1,55; 6 — 1,386.
Результаты расчетов токов трехфазного короткого замыкания для точек I—V (рис. 20) для разных схем соединения обмоток, приведенных в табл. 4, для разных напряжений, при принятых параметрах ударного генератора ТИ-12-2, отпаек реактора и трансформаторов — приведены в табл. 5. При других значениях индуктивности реактора будут изменяться значения токов.
Таблица 4
Схемы соединения обмоток при испытании, при коротком замыкании в точках /—V
Таблица 5
Токи короткого замыкания ударного генератора ТИ-12-2 при разных напряжениях в схемах соединения обмоток и наличии реактора
Рис. 20. Принципиальная схема коммутации ЛМО на базе ударного генератора ТИ-12-2.
На рис. 21 представлен пульт управления испытаниями в ЛМО ВЭИ на базе ударного генератора ТИ-12-2 и синтетической схемы испытания ВЭИ.
