Особенности конструкции синхронных компенсаторов. Синхронные компенсаторы генерируют реактивную мощность и напряжение в электрических системах с большими колебаниями потребления реактивной мощности, а также используются как средство повышения устойчивости параллельной работы электрических станций и как средство компенсации емкостного сопротивления линии электропередачи.
Рис. 9-64. Подушки (сегменты) подпятников: а — двухслойная: 1 — верхний слой, 2 — основание; б — с внутренним охлаждением:
1 — трубки для воды, 2 — трубки для подачи масла под давлением
Синхронные компенсаторы явнополюсного исполнения изготовляются до мощности 160 Мв-а в единице, являясь машинами с наибольшим значением мощности на полюс. Для снижения габаритов (а следовательно, веса и стоимости) и потерь синхронные компенсаторы, начиная с единичной мощности 30 Мв-а, изготовляются с водородным охлаждением. Применение водородного охлаждения облегчается тем, что вал синхронного компенсатора не выходит за пределы корпуса и последний может быть надежно герметизирован.
Поскольку длина синхронного компенсатора ограничена механическими характеристиками ротора, а диаметр — окружной скоростью, достигающей 100 м/сек, естественно, что с увеличением единичной мощности выгодно увеличивать число полюсов, т. е. снижать скорость вращения. Поэтому явнополюсные синхронные компенсаторы при мощности до 50 Мв-а выполняются на скорость вращения 1000 и 750 об/мин, а свыше 50 Мв-а — на 750 об/мин.
Диаметр синхронного компенсатора ограничивается при неразъемной конструкции статора железнодорожным габаритом, а также тепловыми нагрузками пусковой обмотки (при непосредственном пуске от сети). Поэтому с дальнейшим увеличением единичной мощности возможно либо увеличение длины машин, либо дальнейшее снижение скорости вращения и переход на вертикальную разборную конструкцию, как в гидрогенераторе, либо дальнейшая интенсификация системы охлаждения, связанная, однако, по достижении некоторых значений электромагнитных нагрузок со снижением к. п. д.
Электромагнитные нагрузки синхронных компенсаторов несколько ниже, чем у генераторов и двигателей с той же мощностью на полюс, так как синхронные компенсаторы всегда работают в режиме cos φ = + 0[9-3]. Так, индукция в зазоре при холостом ходе не превосходит 0,6—0,75 тл, в зубцах 1,4—1,7 тл (последнее значение для холоднокатаной стали), в сердечнике полюса 1,1—1,35 тл.
Линейная нагрузка составляет (5-6) ·104 а/м для компенсаторов с воздушным охлаждением и (7,5—10)· 104 а/м для компенсаторов с водородным охлаждением, плотность тока в обмотке статора лежит в пределах от 3,3 до 5 а/мм2 (верхний предел — при термореактивной изоляции), в обмотке ротора — от 2,5 до 5 а/мм2.
Конструктивное исполнение синхронных компенсаторов мощностью до30 Μв·а, которые изготовляются с воздушным охлаждением (рис. 9-63, б), мало отличается от исполнения мощных быстроходных машин общепромышленного применения. При установке этих компенсаторов на фундаменте в последнем оборудуется вентиляционная шахта.
Компенсаторы большей мощности изготовляются герметическими с водородным охлаждением и со встроенными в корпус газоохладителями, что позволяет устанавливать их на открытом воздухе (рис. 9-64, а).
Рис. 9-65. Роторы синхронных компенсаторов: а — остов, собранный из трех поковок; б — остов, собранный из дисков
В этом случае корпус компенсатора напоминает корпус турбогенератора с водородным охлаждением, но не имеет уплотнений вала. Синхронные компенсаторы такого типа выпускаются как со щитовыми подшипниками, так и со встроенными в корпус стояковыми подшипниками (рис. 9-63, а).
Известны разработки вертикальных синхронных компенсаторов (рис. 9-63, в), подпятник и подшипники которых могут работать на самосмазке, что сильно упрощает конструкцию, но их применение, по-видимому, будет целесообразным при значительном росте единичной мощности.
Синхронные компенсаторы с водородным охлаждением обычно выполняются с аксиально-радиальной системой вентиляции (рис. 6-15, д), для устройства которой в поясах жесткости корпуса статора предусматриваются отверстия соответствующего размера, а в остове-ободе ротора устраивается система аксиально-радиальной раздачи газа.
Рис. 9-66. Подшипниковые узлы синхронных компенсаторов: а — стояковый, б — щитовой
При цельнокованом остове-ободе (рис. 9-65, а), к которому присоединяются на горячей посадке хвостовины вала, осевые и радиальные каналы сверлятся в оболочке; если же остов-обод собирается из дисков (рис. 9-65, б), то осевые каналы образуются путем обработки центральной части вала в виде «звездочки», а радиальные — с помощью распорок между пакетами.
Полюсы роторов синхронных компенсаторов, как правило, крепятся к ободу двумя хвостами (вследствие больших центробежных сил).
Некоторые заводы применяют массивные копаные сердечники полюсов, рассчитанные на двусторонний обдув обмотки возбуждения (рис. 9-36, б).
Рис. 9-67. Контактные кольца синхронных компенсаторов: а — втулка колец; б — установка колец в камере при водородном охлаждении
Механические напряжения в элементах такого полюса могут быть приняты на 30% более высокими, чем в элементах шихтованного полюса. Наружная поверхность массивных полюсных башмаков для уменьшения потерь делается рифленой (ширина канавки 0,25—0,3 ширины паза статора, шаг — около 2,5 ширины канавки, глубина канавки 0,3—0,5 воздушного зазора [9-3]; воздушный зазор при этом не должен быть меньше 0,8 открытия паза статора.
Демпферные (пусковые) обмотки синхронных компенсаторов рассчитаны в большинстве случаев на прямой асинхронный пуск от сети и выполняются достаточно массивными. Обычно стержни обмотки выполняются из латуни, а крайние стержни — из меди с присадкой серебра или хромоцинковой бронзы (для снижения разности нагрева и тепловых деформации крайних стержней по отношению к остальным из-за их перегрузки при пуске).
В массивных полюсах стержни демпферной обмотки становятся ненужными, но короткозамыкающие полосы выполняются таких же размеров, как и при наличии стержней. Короткозамыкающие полосы крепятся к башмакам массивных полюсов болтами, причем для улучшения контакта торцы башмаков и сами полосы серебрятся (рис. 9-57, г). Перемычки для соединения полос, изготовленные из листовой бронзы, крепятся к полосам болтами и укрепляются на ободе ротора с помощью оттяжек.
На роторах синхронных компенсаторов устанавливается два осевых вентилятора.
Подшипниковые узлы горизонтальных синхронных компенсаторов (как и мощных синхронных двигателей или горизонтальных гидрогенераторов) несут большую радиальную нагрузку. Поэтому в синхронных компенсаторах применяются подшипники с принудительной подачей смазки под давлением и с самоустанавливающимися вкладышами цилиндрической формы (рис. 9-66, а) или в виде отдельных подушек (рис. 9-66, б), устанавливаемых в нижней части подшипника на балансирах и регулируемых с помощью винтовых опор. Подшипники с цилиндрическим вкладышем удовлетворительно работают при нагрузке до 25 кгс/см2, подшипники с регулируемыми балансирными опорами допускают нагрузку до 40 кгс/см2.
Контактные кольца синхронных компенсаторов с водородным охлаждением изготовляются обычно из сплава меди с магнием или из алюминиево-железистой бронзы (БРАЖ9-4). Для их лучшего охлаждения торцевые поверхности контактных колец обработаны таким образом, что они действуют, как вентиляторы (рис. 9-67, а), а на контактной поверхности прорезаны спиральные канавки. Так как контактные кольца работают в атмосфере водорода, материал щетки должен способствовать образованию на их поверхности защитного слоя («политуры»). Для этой цели применяются щетки из материала ЭГ-74АФ (графит, пропитанный фторопластом), являющегося весьма износостойким.
Камеры контактных колец заполнены водородом и сообщаются с корпусом компенсатора (рис. 9-67, б), однако снабжена уплотнениями, позволяющими во время осмотра колец герметизировать корпус при снятой крышке камеры. Эти уплотнения могут быть масляными или магнитными.
В вертикальных синхронных компенсаторах естественным масляным уплотнением может служить ванна подпятника и подшипника.
