Параметры возбуждения.
Возбуждение турбогенераторов призвано обеспечить работу машин как в нормальных, так и некоторых анормальных режимах. В установившихся режимах система возбуждения должна обеспечить автоматическое поддержание напряжения на зажимах машины в заданных пределах, а также обеспечить регулирование реактивной мощности.
В анормальных режимах, из которых наиболее типичным является короткое замыкание, система возбуждения призвана выполнять двоякую роль.
В том случае, когда короткое замыкание произошло внутри самого генератора или блока (генератор — трансформатор), задача системы возбуждения состоит в том, чтобы возможно скорее развозбудить машину и тем самым уменьшить объем повреждения основного оборудования. Эту функцию развозбуждения (гашения поля) выполняют обычно специальные устройства, которые принято называть автоматами гашения поля (АГП). Все современные машины снабжаются такими устройствами, на которые сигнал действия поступает от реле дифференциальной защиты или от других защитных органов блока.
В том случае, когда короткое замыкание произошло на фидере отходящей линии, после отключения которого возможна передача энергии, система возбуждения призвана обеспечить динамический переход турбогенератора по возможности без потери синхронной связи с системой.
Система возбуждения обычно содержит два основных элемента: а) силовую часть — возбудитель, б) систему регулирования и управления возбудителем.
Возбудитель в нормальных (установившихся) режимах должен покрывать потери на возбуждение. Номинальный ток возбудителя обычно принимается несколько большим номинального тока возбуждения основного генератора (на 5—10%). Номинальное напряжение возбудителя также устанавливается с превышением номинального напряжения возбуждения (напряжения на контактных кольцах) на 5—10%. Таким образом, номинальная мощность возбудителя обычно превышает потери на возбуждение на 10—20%.
Номинальный ток возбуждения современных турбогенераторов находится в пределах 500—4000 а для машин с газовым охлаждением, причем наибольшие токи соответствуют наиболее крупным машинам. Для роторов с непосредственным жидкостным охлаждением эти токи могут составлять более 5000 а.
По ГОСТ 533—68 кратность форсировки возбуждения должна быть не менее 2. При этом как обмотки возбуждения турбогенератора, так и сам возбудитель должны выдерживать двукратный номинальный ток возбуждения: для обмоток с косвенным охлаждением не менее 50 сек, для обмоток с непосредственным охлаждением не менее 20 сек. Нарастание температуры обмотки возбуждения при водородном охлаждении может быть приближенно определено по уравнению адиабатического нагрева (поскольку постоянная времени нагревания таких обмоток составляет 2—4 мин):
(7-7)
где k — кратность форсировки, j, — плотность тока в обмотке возбуждения, а/мм2, t — время действия форсировки, сек.
Поскольку плотность тока в обмотке возбуждения генератора с непосредственным водородным охлаждением составляет примерно 10 а/мм2, то скорость нарастания температуры для таких обмоток при двукратной форсировке составит 1,8 град/сек. За 20 сек превышение температуры достигнет 36 град сверх рабочей («горячей») температуры обмотки возбуждения. Следует отметить, что генераторы с косвенным охлаждением обмоток получали такие превышения температуры сверх рабочей примерно за 3 мин.
Вследствие этого по мере роста плотностей тока в обмотках возбуждения в генераторах больших мощностей кратности форсировок или их продолжительность желательно снижать. Наиболее целесообразным представляется сокращение времени форсировки, поскольку переходные процессы в системах в большинстве случаев могут продолжаться менее 10—15 сек.
Поскольку каждый возбудитель помимо номинального напряжения должен характеризоваться предельным (форсировочным) напряжением, магнитная цепь возбудителя в номинальном режиме должна быть ненасыщенной или слабо насыщенной, с тем чтобы при форсировке возбуждения возбудитель не был чрезмерно насыщен. Вследствие этого возбудитель оказывается неиспользованным (с точки зрения обычных условий) в номинальном режиме по потоку и размеры его магнитной цепи определяются обычно по потоку, соответствующему предельному напряжению.
Модельная мощность возбудителя (мощность, определяющая габариты машины) оказывается таким образом существенно большей его номинальной мощности, по крайней мере в отношении Uп/Uн, т. е. примерно в 1,8—2 раза.
Номинальная скорость нарастания напряжения возбудителя определяется по формуле (ГОСТ 183—66):
(7-8)
где t1 — время нарастания напряжения возбудителя, сек.
Время определяется по кривой нарастания напряжения возбудителя как время, в течение которого это напряжение возрастает от значения, равного номинальному напряжению возбуждения Uн, до значения U', определяемого выражением:
(7-9)
В действительности нарастание напряжения будет происходить в каждом конкретном случае по произвольному закону и оценка по (7-8) является в какой-то мере условной.
Параметры охлаждающей воды.
Потери, которые выделяются в активных частях турбогенератора, а также механические потери в подшипниках, уплотнениях и т. д. должны быть отведены от машины с помощью технической воды. В современных турбогенераторах потери внутри машины отводятся специальными охлаждающими агентами, из которых наибольшее распространение получили водород, дистиллированная вода, воздух, трансформаторное масло. Все эти агенты, или среды, находятся в непосредственном соприкосновении с охлаждаемыми частями машины и циркулируют по замкнутому циклу. Нагретые охлаждающие среды в свою очередь охлаждаются технической водой в специальных теплообменниках.
В турбогенераторах применяются следующие теплообменники: газоохладители для охлаждения водорода или воздуха (воздухоохладители), водоводяные теплообменники для охлаждения дистиллята, водо-масляные теплообменники для охлаждения масла.
Газоохладители обычно встраиваются непосредственно в корпус статора самого генератора. Воздухоохладители могут либо непосредственно встраиваться в корпус генератора, либо располагаться вне машины, соединяясь с машиной специальными воздуховодами.
Водо-водяные и водо-масляные теплообменники располагаются вне машины, причем первичные охлаждающие агенты (дистиллят, масло) выводятся из машины по трубопроводам.
Во всех этих теплообменниках вторичной охлаждающей системой является техническая вода. В качестве технической воды может быть использована вода рек, водоемов, морская вода или конденсат турбины.
Температура первичных охлаждающих агентов внутри машины, очевидно, будет зависеть от температуры технической охлаждающей воды. Для турбогенераторов температура технической охлаждающей воды обычно составляет 33° С. Поскольку нормальные теплообменники рассчитываются так, чтобы разность между холодной температурой технической воды и холодной температурой охлаждающих агентов составляла 7-10 град, то входящая в машину охлаждающая среда имеет температуру 40—45° С. С учетом этой холодной температуры входящей охлаждающей среды и рассчитываются затем превышения температуры в отдельных частях машины.
Кроме температуры охлаждающей технической воды, необходимо также правильно указать ее расход. Обычно все теплообменники работают нормально, если нагрев технической охлаждающей воды в ней составляет примерно ϑт= 3—5 град. Зная потери Q, квт, отводимые теплообменником, и температуру ϑт, можно определить расход технической охлаждающей воды
(7-10)
В турбогенераторах расход технической воды может составить величину от нескольких десятков до тысяч кубических метров в час у самых больших машин.
Для нормальной эксплуатации должны быть обеспечены заданные параметры технической воды. В тех случаях, когда по каким-либо условиям температура технической воды бывает выше 33оС (например, в условиях тропиков), необходимо либо понизить мощность машины, либо повысить интенсивность ее охлаждения (например, за счет повышения давления водорода в корпусе генератора), либо сделать и то, и другое.
