- •IV. Короткие замыкания в электрических системах
- •IV.1. Виды кз
- •IV.2. Причины возникновения кз
- •IV.3. Последствия протекания токов кз по проводникам аппарата
- •IV.4. Координация (методы ограничения) токов кз
- •IV.5. Переходные процессы при кз. Начальное значение периодической составляющей тока кз. Ударный ток кз. Ударный коэффициент кз
- •V. Основные процессы и явления, определяющие конструкцию аппаратов и проводников
- •V.1. Нагрев аппаратов (а) и проводников (п) токами длительного режима.
- •V.2 Нагрев п и а токами кз. Термическая стойкость а и п.
- •V.3. Электродинамические усилия возникающие в п при протекании в них токов кз
- •V.3.1.Общие замечания.
- •V.3.2. Электродинамическая стойкость
- •III. Основное электрооборудование электрических станций и подстанций
- •III.1. Синхронные генераторы
- •III.1.1. Особенности конструкции турбогенераторов
- •III.1.2. Номинальные параметры синхронного генератора
- •III.1.3. Системы охлаждения генераторов
- •III.1.4. Маркировка турбогенераторов
- •III.1.5. Система возбуждения (св).
- •III.1.6. Автоматическое гашение поля
- •III.1.7. Автоматическая регулировка возбуждения и форсировка возбуждения.
III.1.2. Номинальные параметры синхронного генератора
К ним относятся:
а) номинальная частота вращения nн об/мин;
б) номинальное напряжение UH, кВ – линейное напряжение обмотки статора в номинальном режиме. Эти напряжения согласованы в ГОСТе с напряжением электрических сетей и образуют следующий ряд (см. табл. III.1.).
Таблица III.1
Тип схем |
Схемы ГРУ и блочные |
Блочные схемы |
|||||||
UН, кВ |
(3,15) |
6,3 |
10,5 |
(13,8) |
(15,75) |
18 |
20 |
21 |
24 |
в) номинальный ток статора IH ,кА – это значение тока обмотки статора, при котором допускается длительная, нормальная работа генератора при номинальных параметрах системы охлаждения (температуре, давлении и расходе охлаждающей среды) и номинальных значениях мощности и напряжения;
г) номинальный коэффициент мощности , ( ). – угол между напряжением и током обмотки статора;
д) номинальная активная мощность РН, МВт. . Номинальные активные мощности турбогенераторов установлены ГОСТом (табл.III.2.);
Таблица III.2
Тип схемы |
Схема с ГРУ и блочная |
Блочная схема |
|||||||||||
РН, МВт |
2,5 |
4 |
6 |
12 |
32 |
63 |
100 |
160 |
200 |
300 |
500 |
800 |
1200 |
е) номинальная полная мощность генератора SН (МВА);
ж) номинальный ток ротора (ток возбуждения) , А;
з) номинальное напряжение ротора , В;
и) КПД h, %. У современных турбогенераторов оно составляет 98,6-98,8 %
III.1.3. Системы охлаждения генераторов
а) Назначение С.О.
Во время работы синхронного генератора его обмотки и активная сталь нагреваются. Предельный нагрев генератора лимитируется изоляцией обмотки статора или ротора, т.к. под воздействием тепла происходит ухудшение её изоляционных свойств и понижение механической прочности и эластичности, т.е. изоляция постепенно стареет. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается и тем меньше срок ее службы. Изоляция должна работать при такой температуре, при длительном воздействии которой она сохранит свои изоляционные и механические свойства в течение времени, сравнимого со сроком службы генератора. Эта температура и будет характеризовать нагревостойкость изоляции.
По нагревостойкости изоляционные материалы делятся на 7 классов (см. табл. III.3).
Таблица III.3.
Класс нагревостойкости |
У |
А |
Е |
В |
F |
H |
G |
Допустимая температура, С0 |
90 |
105 |
120 |
130 |
155 |
180 |
>180 |
Материалы, применяемые для изоляции обмоток турбогенераторов и гидрогенераторов относятся к классу, B,F и H.
б) Классификация систем охлаждения.
Классификация представлена на рис. III.2.
|
Рис. III.2. Классификация систем охлаждения турбогенераторов: ОС – обмотка статора; ОР – обмотка ротора |
в) Типы и характеристика охлаждающих сред
Турбогенераторы выполняются с воздушным, водородным, водородно-водяным и водомасляным охлаждением.
В качестве охлаждающей среды применяют:
газы (воздух, водород);
жидкости (дистиллированная вода, трансформаторное масло).
К свойствам охлаждающей среды относятся: 1) теплоотводящая способность; 2) затраты энергии на создание ее циркуляции; 3) пожароопасность; 4) степень ее влияния на изоляцию (возможность окисления изоляции при взаимодействии с охлаждающей средой).
Сравнительные теплоотводящие свойства сред приведены в таблице III.4. Здесь же указано их влияние на изоляцию и на пожароопасность генератора.
Таблица III.4.
Охлаждающая среда |
Давление, МПа |
Физ. свойства в долях показателей воздуха |
Пожаро-опасность |
Степень влияния на изоляцию |
|
плотность |
теплоотвод. способность |
||||
Воздух |
0,1 |
1 |
1 |
поддерживает горение |
окисляет изоляцию |
Водород |
0,13 |
0,07 |
1,44 |
не поддерживает горение |
не окисляет изоляцию |
0,2 |
0,14 |
2,75 |
|||
Трансформ. масло |
0,1 |
848 |
21 |
поддерживает горение |
очень слабо окисляет изоляцию |
Дистилир. вода
|
0,1 |
1000 |
50 |
не поддерживает горение |
не окисляет изоляцию |
Наибольшей теплоотводящей способностью обладают жидкости (вода и масло), хотя затраты энергии на создание их циркуляции больше, чем для воздуха и водорода, которые являются менее плотными.
Пожароопасность определяется свойством охлаждающей среды поддерживать горение внутри генератора. Если охлаждающая среда поддерживает горение, то необходима установка системы пожаротушения внутри генератора.
Степень влияния на изоляцию и пожаробезопасность зависят от наличия кислорода в охлаждающей среде.
Следует отметить, что у машин с водородным охлаждением должна быть обеспечена высокая газоплотность корпуса масляными уплотнениями в целях исключения попадания воздуха внутрь генератора и образования взрывоопасной гремучей смеси, которая получается при определенных соотношениях водорода и кислорода.
г) Отличие косвенной (КСО) от непосредственной системы охлаждения (НСО)
При КСО охлаждающая среда (воздух или водород) циркулирует в зазоре между ротором и статором, а также в вентиляционных каналах сердечника статора. Поэтому тепло, выделяемое в проводниках обмотки статора и обмотки ротора, поглощается охлаждающим газом лишь после того, как оно пройдет либо через пазовую изоляцию (Q1) и сталь ротора или статора (Q2), либо через пазовую изоляцию (Q3) и пазовый клин ротора или статора (Q4) (см. рис. III.3.а). Говорят, что охлаждающая среда соприкасается с медью косвенным путем.
При НСО охлаждающая среда непосредственно соприкасается с медью обмоток, благодаря чему основная часть тепла, выделяемого в меди (Qг) отводится непосредственно к охлаждающей среде, минуя изоляцию, сталь и клин (см. рис. III.3.б)
Следовательно, при НСО теплоотводящие свойства среды могут быть использованы более эффективно, чем при КСО.
|
|
а) |
б) |
Рис. III.3. Отвод тепла охлаждающей средой от обмоток при КСО (а) и НСО (б): 1, 7 – элементарные проводники обмоток статора и ротора; 3, 6 – сталь статора и ротора; 4, 9 – пазовый клин; 2, 8 – пазовая изоляция обмоток статора и ротора; 5 – воздушный зазор; 10 – направление движения охлаждающей среды |
д) Отличие проточной воздушной системы охлаждения от замкнутой
При проточной СО воздух (охлаждающая среда), пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу (см. рис. III.4.а). Такая СО применяется только для генераторов небольшой мощности (до 3 МВт включительно), т.к. с воздухом, несмотря на наличие фильтров, в машину попадает пыль.
Для более крупных генераторов, требующих большого количества воздуха, применяют замкнутую вентиляцию (замкнутую СО), при которой в машине циркулирует одно и то же количество воздуха. Нагретый воздух охлаждается в охладителе и снова поступает к активным частям машины под воздействием вентилятора (рис. III.4.б). Отсутствие притока воздуха извне облегчает ликвидацию пожара в машине.
|
|
а) |
б) |
Рис. III.4. Проточная (а) и замкнутая (б) системы охлаждения: Г – генератор; В – вентилятор; Ф – фильтр; О – охладитель.
е) Типы замкнутых систем охлаждения
Воздушное косвенное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 6 и 12 МВт. Буквенного кода не имеет.
Водородное косвенное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 32 МВт. Обозначается буквой В – водород.
Водородное смешанное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 63 и 100 МВт. Здесь обмотка статора имеет косвенное, а обмотка ротора и сердечник статора – непосредственное водородное охлаждение. Буквенный код ВФ (В – водород; Ф – форсированное охладение).
Водяное непосредственное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 63 и 800 МВт. Здесь обмотка статора, обмотка ротора и сердечник статора охлаждаются непосредственно водой. Буквенный код 3В (3В – три воды).
Водомаслянное непосредственной охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 300 и 500 МВт Здесь сердечник и обмотка статора непосредственно охлаждаются маслом, а обмотка ротора – непосредственно водой. Буквенный код ВМ (В – вода; М – масло).
Водородное непосредственное охлаждение применяется только для турбогенераторов типа ТГВ-200 и ТГВ-300 с номинальными мощностями 200 и 300 МВт соответственно. Здесь обмотка статора, обмотка ротора и сердечник статора охлаждаются непосредственно водородом. Буквенный код В (В – водород).
Водородноводяное непосредственное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью от 160 до 1200 МВт. Здесь обмотка статора охлаждается непосредственно водой, а обмотка ротора и сердечник статора – непосредственно водородом. Буквенный код ВВ (В – водород; В – вода).
Примечание: для турбогенераторов ТГВ-500 применяется также водородноводяное непосредственное охлаждение, где обмотка статора и обмотка ротора охлаждаются непосредственно водой, а сталь статора – непосредственно водородом.