§ 40. Электрический генератор

Электрические генераторы представляют собой трехфазные генераторы переменного тока (рис. 137), основным элементом ко­торых является цельнокованый ротор 7, вращающийся в подшипниках скольжения 2 и 10 и расположенный внутри статора 8, установленного на фундаменте. В пазы ротора уложены обмотки, через которые проходит постоянный ток от постороннего источника, называемого возбудителем 1. При вращении ротора создается вращающееся магнитное поле. В статоре генератора располагает­ся цилиндрический сердечник 6, изготовленный из листов элект­ротехнической стали. На внутренней поверхности сердечника вы* полнены каналы, в которых расположена обмотка 4 статора. Вращающееся магнитное поле ротора, пересекая обмотку статора, наводит в ней эдс. В результате в обмотке статора возникает электрический ток, который через повышающий трансформатор поступает в электрическую сеть и направляется к потребителям.

Статор генератора выполняется сварным из листовой стали и не имеет горизонтального разъема. Снаружи к цилиндрическому корпусу статора приварены рым-лапы 9, необходимые для его ус­тановки на фундамент. Торцы корпуса закрываются щитами 3.

В, корпусе статора расположены газоохладители 5 для охлаждения среды, циркулирующей внутри, корпуса; генератора и представля­ющие собой теплообменники из тонкостенных латунных трубок, внутри которых проходит охлаждающая вода. ,

В местах выхода вала генератора из щитов располагаются уп­лотняющие подшипники (рис. 13$), которые позволяют полностью изолировать пространство внутри статор к от окружающей среды.

Рве 138. Двухкамерный уплотняющий подшипник генератора:

I — вкладыш, 2 — маслоуловитель, 3 — корпус,

4—упорный гребень, 5,6 — камеры првжим-

ного и уплотняющего маела, 7 —труба слива

масла со стороны генератора

Рис 139. Схема системы маслоснаб-

жения двухкамерных уплотняющих

подшипников генератора:

1, 14 — дополнительная переливная и пере­ливная трубы, 2 — демпферный бак, 3. I — уплотняющие подшипники, 4 —электроге­нератор, 6, Л —регуляторы давления при­жимного н уплотнительного масла, 7— фильтр, 8 — маслоохладитель, 9 — насосы, 10 — инжектор, .// — поплавковый затвор, 12 — бачок продувки

Уплотнение необходимо при использовании в качестве охлаждающей среды водорода, так как в смеси с воздухом он при определенной концентрации взрывоопасен и поэтому его утечка недопустима. Корпус подшипника 3 крепится к наружной стороне торцового щита через пластмассовую шайбу и электрически изолирован от него.

Основным элементом уплотнения является не вращающийся вкладыш 1, который прижимается к упорному гребню 4 ротора давлением масла в камере 5. Давление масла автоматически ре­гулируется специальным устройством. Через камеру 6 в зазор между вкладышем и гребнем ротора подается масло, которое не позволяет водороду вытекать наружу. Масло из камеры между' уплотняющим подшипником и маслоуловителем 2 по трубе 7 сли­вается в маслосистему генератора.

Уплотняющие подшипники имеют автономную систему маслоснабжения (рис. 139) и общий с турбиной маслобак, из которого масло забирается насосами 9 или инжектором 10. Через маслоох­ладитель 8 и фильтр 7 масло поступает к регуляторам 13 и 6, ко­торые управляют его подачей к вкладышам уплотняющих подшип­ников 3 и 5 генератора 4, а также подачей прижимного масла. Чтобы во время переключения маслонасосов подача масла не пре­кращалась, в схеме маслоснабжения предусмотрена специальная емкость — демпферный бак 2, в котором находится необходимый запас масла. Это масло самотеком может поступать к уплотняю­щим подшипникам 3 и 5. Масло из подшипников через бачок про­дувки 12 и поплавковый затвор // сливается в маслосистему тур­бины.

При работе генератора часть мощности (1,54-2,5%) теряется и превращается в теплоту, которая приводит к чрезмерному его разогреву. Перегрев генератора недопустим, так как под действи­ем высокой температуры изоляция обмоток ротора и статора те­ряет механическую прочность и изолирующие свойства. В зависи­мости от типа применяемой изоляции нормальная температура генератора 130—180° С. Для поддержания нормальной температур ры генератор охлаждают, газами (воздухом, водородом), жидко­стями (водой, маслом) или используют смешанное водородно-жидкостное охлаждение.

Охлаждение может быть косвенным или непосредственным. При косвенном газ охлаждает проводники обмоток снаружи, а при непосредственном водород, вода или масло проходит по кана­лам, выполненным внутри проводников обмоток.

Воздушные системы охлаждения выполняются только косвен­ными и в настоящее время используются в генераторах относитель­но небольшой мощности (до 12 МВт), хотя существуют в ранее выпускавшихся генераторах мощностью до 100 МВт, находящихся еще в эксплуатации.

При воздушном охлаждении (рис. 140) вентиляция генератора осуществляется вентиляторами 2, расположенными на ее роторе 3. Вентиляторы забирают воздух из воздухоохладителей и направ­ляют его к охлаждаемым поверхностям статора и ротора. Нагре­тый воздух уходит из корпуса / генератора в воздухоохладители, и которых охлаждающей средой служит вода.

При непосредственном охлаждении используется дистиллирован­ная вода, имеющая удельное сопротивление не менее 2-10⁵Ом-см. Масло в качестве охладителя применяется значительно, ре-

же, так как его теплопроводность примерно в 2,5 раза меньше теплопроводности воды и оно пожароопасно.

В генераторах применяют электромашинные и вентильные си­стемы возбуждения. В электромашинной системе источником по­стоянного тока служит вспомогательный электрогенератор посто­янного тока (возбудитель), который/может быть соединен с рото­ром генератора или приводиться в действие независимым синхрон­ным или асинхронным электродвигателем. При вентильной системе источником постоянного тока служат ртутные или полупроводниковые вентили, которые питаются током от гене­ратора или вспомогатель­ного синхронного элект­рогенератора.

Системы возбуждения изготовляют по схеме не­зависимого возбуждения или самовозбуждения. Чаще используются схе­мы независимого возбуж­дения, в которых возбу­дитель не связан с элек­трической сетью, а приво­дится во вращение рото­ром возбуждаемого гене­ратора. В этом случае возбудителем служит электрогенератор посто­янного тока с вентильны­ми выпрямителями. В схе­мах с самовозбуждением в возбудителе используется электрическая энергия, которая вырабатывается самим генератором или отбирае­мая из электрической сети.

Электромашинные возбудители применяют в генераторах мощ­ностью до 100 МВт, а также в качестве резервных возбудителей генераторов с вентильными системами возбуждения. В генерато­рах большой мощности применяют системы возбуждения с неуправляемыми или управляемыми вентилями.

Перспективными являются бесконтактные системы возбужде­ния, когда возбудитель непосредственно соединен с обмотками возбуждения генератора без скользящих контактов. Для этого полупроводниковые неуправляемые вентили и предохранители размещают во вращающемся барабане между якорем возбудителя и муфтой, соединяющей его с ротором генератора. Обмотки воз­будителя и выпрямителя вращаются с одинаковой частотой, по­этому их можно электрически соединить друг с другом без кон­тактных колец и щеток.

Включать генераторы в сеть на параллельную работу с други­ми генераторами можно как способом точной синхронизации, так_Им, способом самосинхронизации. При подключении необходимо чтобы по абсолютному значению, частоте и фазе напряжение сети совпадало с напряжением, вырабатываемым генератором. При точной синхронизации отклонение напряжения электрогенератора от напряженней сети должно по абсолютному значению быть не более чем на 20%, по фазе на 15%; а по частоте на 0,1%.

При самосинхронизации обмотка возбуждения замыкается на специальный гасительный резистор. При этом отключатся ав­томат гашения поля и электрогенератор включается в сеть без синхронизации. В этом случае частота вращения генератора может отличаться от частоты сети не более чем на 2%. После включения в сеть генератор возбуждается и плавно синхронизируется с ней .He всех- электростанциях, как правило, применяют точную синхронизацию, а самосинхронизацию лишь в аварийных условиях.

При нормальной работе обслуживающий персонал контроли­рует основные параметры генератора: мощность; напряжение и ток статора и ротора; коэффициент мощности; частоту электрического тока; температуру и давление охлаждающей среды.

При длительном установившемся режиме работы все эти параметры Должны поддерживаться постоянными. Допускается отклонение тока статора на ±3%, тока возбуждения и частоты на ±1%. В течение часа температура медных обмоток статора не должна измениться более чем[ на- 1°С, а охлаждающей жидкости - более чем на 0 5° С При номинальной активной мощности генератор в нормальных условиях должен работать неограниченно долго.