2.4. Система охлаждения

В работающем синхронном компенсаторе выделяется теплота, обусловленная нагревом обмоток статора и ротора электрическим током, электромагнитными потерями в стали, потерями на вентиляцию и трение. Нормальная работа компенсатора возможна при отводе тепла охлаждающей средой — воздухом или водородом. Применяемая в компенсаторах система охлаждения называется косвенной (или поверхностной), потому что тепло передается охлаждающему газу внешней поверхностью активных частей машины.

По сравнению с воздушным водородное охлаждение обладает ря­дом преимуществ, обусловленных особыми свойствами водорода: теплопроводность водорода более чем в 7 раз превышает теплопроводность воздуха; он легче воздуха в 14,3 раза, что способствует уменьшению вентиляционных потерь почти в 10 раз. Кроме того, в окружении водорода изоляция обмоток работает лучше. На нее не оказывает влияния кислород (озон). Уменьшается опасность развития пожара в машине, так как водород не поддерживает горения. Вместе с тем водородное охлаждение сложнее в обслуживании, чем воздушное. Водород в смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь, поэтому машины с водородным охлаждением должны быть газоплотными. В них должно постоянно поддерживаться избыточное давление водорода, чтобы воздух не попал в корпус машины. Оптимальным для отечественных компенсаторов средней мощности принято рабочее давление водорода 0,1 МПа*. С уменьшением давления мощность компенсатора падает. Если водород в системе охлаждения заменить воздухом, то допустимая нагрузка компенсатора ограничивается 60—70% его номинальной мощности.

Компенсаторы серии КС выпускаются для работы с воздушным охлаждением. При разомкнутой системе вентиляции забираемый снаружи воздух перед поступлением в машину очищается от пыли висциновыми фильтрами, устанавливаемыми перед камерой холодного воздуха. Фильтры периодически (1 раз в 3 - 4 месяца) очищаются от грязи промывкой в бензоле или керосине.

Компенсаторы серии КСВ имеют замкнутую систему вентиляции. У компенсаторов наружной установки газоохладители размещаются вертикально внутри корпуса вблизи торцевых щитов. Они состоят из стальных трубных досок, между которыми проходят латунные трубки. Внутри трубок циркулирует вода, снаружи - охлаждаемый водой газ. Перемещение газа в машине обеспечивается двумя вентиляторами, расположенными по торцам ротора. Вентиляторы прогоняют охлаждающий газ по замкнутому пути: зона торцевых щитов - радиальные вентиляционные каналы в стали статора и лобовые части обмоток статора — камера горячего воздуха — газоохладители. Ротор охлаждается газом, проходящим по радиальным каналам остова, под действием эффекта самовентиляции. Щеточный аппарат и контактные кольца также охлаждаются газом, находящимся в компенсаторе, по принципу самовентиляции. Из камеры контактных колец охлаждающий газ возвращается в корпус компенсатора через аслогазовый фильтр, очищающий газ от угольной пыли.

Газоснабжение.Принципиальная схема газоснабжения компенсаторов серии КСВ мощностью 50 MBА приведена на рис. 2.9.

Положение вентилей на схеме соответствует режиму заполнения компенсатора водородом из баллонов (изображения закрытых вентилей зачернены). Газовая система состоит из газопроводов, размещенных внутри корпуса компенсатора; коллектора двуокиси углерода СО2 (углекислого газа) 12 с подключенными к нему баллонами 13; водородного коллектора 18 с автоматическим регулятором давления газа 9; газопровода подачи сжатого воздуха 10; газоосушителя 20; указателя уровня жидкости 7, газового фильтра 21, запорной и оперативной арматуры. Газовые коллекторы получают питание от баллонов с газом. При централизованном газоснабжении водородный коллектор соединяется гибким шлангом с газопроводом из центрального водородного хозяйства, где водород хранится под давлением 1 МПа. Подача двуокиси углерода также мо­жет производиться централизованно из ресиверов. Заполнение компенсатора воздухом обычно производится от магистрали сжатого воздуха через редуктор. При использовании сжатого воздуха давлением менее 0,6 МПа он перед поступлением в компенсатор осушается дополнительным газоосушителем.

Для предотвращения образования взрывоопасной смеси перевод компенсатора с воздуха на водород и обратно производится с предварительным вытеснением из него воздуха (водорода) двуокисью углерода. Заполнение корпуса двуокисью углерода, а затем водородом производится как на остановленном, так и на работающем компенсаторе. В последнем случае несколько повышается расход двуокиси углерода и водорода, поскольку при вращающемся роторе газы интенсивно перемешиваются и вместе с заполняемым газом в атмосферу удаляется большое количество заменяющего газа.

Газовая система компенсатора позволяет производить операции:

• наполнения компенсатора водородом с использованием в процессе заполнения двуокиси углерода (или азота);

• вытеснения водорода и перевода компенсатора на работу с воз­душным охлаждением;

• вытеснения водорода из камеры контактных колец, а также запол­нения ее водородом;

• автоматического поддержания внутри компенсатора заданного давления газа и контроля чистоты водорода.

Вытеснение воздуха диокисидом углерода. Подача диокисида углерода производится через нижний коллектор компенсатора и через нижний газопровод камеры контактных колец. Воздух как более легкий газ удаляется из верхних точек этих объемов. Баллоны с диокисидом углерода 23 подсоединяют к коллектору 21 без редукторов. Одновременно разрежают несколько баллонов.

В процессе разрядки баллонов вентили на них и на коллекторе могут замерзнуть. Происходит это по той причине, что расширение диоксида углерода при переходе ее из жидкого в газообразное состояние связано с поглощением тепла. Если скорость истечения диоксида углерода значительна (более 3 кг/ч), подводимого снаружи тепла оказывается недостаточно и диоксид углерода замерзает не только в арматуре, но и в баллонах. Поэтому вентили на баллонах и общий вентиль на коллекторе следует периодически закрывать и открывать. Замерзшие баллоны отсоединяют от рампы и помещают в более теплое помещение или подогревают до полного размораживания. После этого баллоны вновь используют. Более эффективным способом опорожнения баллонов с диоксидом углерода является установка их в опрокинутом положении. В этом случае диоксид углерода, находясь в жидком состоянии, выливается из баллонов. Чтобы избежать ее замерзания при дросселировании вентилем, вентиль подогревают электронагревательными элементами.

Контроль за сменой воздуха производится путем химического анализа вытесняемого газа. Первую пробу отбирают через вентиль водородного коллектора после использования половины баллонов с двуокисью углерода, а затем - через каждые 30 мин. Отбор проб газа и их анализ поручается специально обученному персоналу.

Вытеснение воздуха считается законченным, если содержание диоксида углерода в смеси составит не менее 85%. После этого закрывают вентиль 8 выпуска воздуха из корпуса и все вентили коллектора 12.

Если замена газовой среды производилась на работающем компен­саторе, то нужно иметь в виду, что длительная работа компенсатора, корпус которого заполнен двуокисью углерода, не рекомендуется из-за опасения коррозии металла.

Вытеснение диоксида углерода водородом. Перед вытеснением диоксида углерода следует продуть все импульсные трубки кратковременным открытием их вентилей. Водород подается в верхний коллектор компенсатора, двуокись углерода удаляется через нижний. Заполнение компенсатора водородом производится при избыточном давлении 10 - 20 кПа. Давление регулируется открытием вентиля 14, через ко­торый двуокись углерода вытесняется в атмосферу. Заполнение компенсатора водородом считается законченным, когда химический анализ газа покажет, что в нем содержится 95 - 96% водорода и менее 1,2% кислорода. Повышение давления водорода в компенсаторе до рабочего производится лишь после окончательного вытеснения двуокиси углерода при закрытом выхлопном вентиле.

Контроль за вытеснением диоксида углерода на работающем компенсаторе ведется по дифференциальному манометру 4, электрический газоанализатор 5 должен быть отключен. Включение его производится в случае особой необходимости при чистоте водорода не ниже 90%. Тогда же отбирается и первая проба газа для химического анализа.

Перевод компенсатора с водородного на воздушное охлаждение. Перед началом операций нагрузку компенсатора снижают до значения, допустимого при работе с воздушным охлаждением. При этом учитывается, что охлаждающая способность воздуха и двуокиси углерода практически одинакова. Электрический газоанализатор отключается во избежание его повреждения. Для контроля используется дифференциальный манометр.

Порядок операций по вытеснению водорода двуокисью углерода такой же, как и при вытеснении воздуха двуокисью углерода. В корпусе компенсатора поддерживается давление в пределах 10 - 20 кПа. Вытеснение водорода диоксидом углерода заканчивается при содержании двуокиси углерода в смеси, взятой из отборника на водородном коллекторе, не менее 95% при остановленном компенсаторе и не менее 85% - на работающем.

Необходимо помнить, что водород из компенсатора должен выпускаться в атмосферу только через огнепреграждающее устройство.

Следующей операцией является вытеснение из корпуса компенсатора диоксида углерода воздухом, подаваемым, как правило, из ресивера по газопроводу 17 через редуктор. При значительном перепаде давле­ний влажность воздуха при этом снижается настолько, что позволяет обойтись без газоосушительного фильтра. Воздух подается до тех пор, пока двуокись углерода не удалится полностью из компенсатора. Под полным удалением двуокиси углерода считается содержание ее в пробе не более 1%.

^{Подготовка камеры контактных колец для работ внутри камеры. Все работы в камере контактных колец} (чистка, осмотр, замена щеток и пр.) выполняют только на отключенном от сети компенсаторе и остановленном роторе. Для вскрытия камеры не обязательно вытеснение водорода из корпуса компенсатора. Достаточно перекрыть вентили, соединяющие камеру с корпусом, и отделить камеру от остального объема с помощью электромагнитного или механического уплотнения. После этого в камеру подается из баллона диоксид углерода. Вытеснение водорода из камеры производится через верхний вентиль. Из него же отбирается и проба газа на анализ. Вытеснение водорода заканчивают, когда содержание двуокиси углерода в газовой смеси станет не менее 85%. Практически время заполнения камеры углекислым газом не превышает 10 - 15 мин.

Для вытеснения диоксида углерода воздух в камеру подается через верхний вентиль, а двуокись углерода выходит в атмосферу через нижний продувочный вентиль 10. После заполнения камеры воздухом сразу же приступают к вскрытию ее люка. Медлить со вскрытием нельзя, так как в камеру через неплотности может проникнуть водород, что приведет к образованию взрывоопасной смеси.

По окончании ремонтных работ люк камеры закрывают и воздух из нее сразу вытесняют двуокисью углерода. При помощи мыльного раствора проверяют газоплотность прокладок люка камеры. После этого диоксида углерода вытесняется водородом. Продувка камеры продолжается до тех пор, пока содержание водорода в ней станет таким же, как в корпусе. Затем объемы камеры и корпуса соединяют откры­тием уплотнений и вентилей.

Контроль заданного давления и чистоты водорода в компенсаторе. Во время эксплуатации компенсатора с водородным охлаждением контролируется давление и чистота водорода, находящегося в корпусе машины. От значения давления зависит интенсивность охлаждения и мощность компенсатора. Понижение давления водорода при всех других номинальных параметрах (напряжении, температуре охлаждающей среды) приводит к перегреву активных частей машины, в результате чего компенсатор не может находиться в работе с номинальной нагрузкой. Чем выше давление водорода, тем большую нагрузку может нести компенсатор. Однако чрезмерное повышение давления водорода против номинального может нарушить газоплотность корпуса и привести к опасной утечке водорода. На практике колебания давления водорода допускаются не более чем на 10 кПа для компенсаторов, работающих при избыточном давлении 50 кПа и выше, и не более чем на 1 кПа для компенсаторов с избыточным давлением 5 кПа.

Давление водорода в компенсаторе поддерживается автоматически механическим регулятором давления (например, типа РДВ) или вручную, если утечка водорода небольшая.

При хорошей газоплотности корпуса суточная утечка водорода не превышает 1 – 2% общего объема газа в компенсаторе. Контроль за давлением водорода ведется по манометру.

Чистота водорода в компенсаторе при рабочем давлении до 50 кПа должна быть не ниже 95%, а при давлении 50 кПа и выше - не ниже 97%. Снижение этих показателей повышает возможность образования взрывоопасных смесей газов, а также приводит к дополнительному на­греву активных частей машины в среднем на 1С на каждые 1,5% пони­жения чистоты водорода.

На работающем компенсаторе автоматический контроль чистоты водорода производится электрическим газоанализатором. Его работа основана на принципе измерения теплопроводности газа. Платиновая нить прибора, включенная в схему измерительного моста, изменяет свое сопротивление в зависимости от процентного содержания водорода в газовой смеси, поток которой направляется на нить и охлаждает ее. Шкала прибора градуируется в процентах содержания водорода.

Для контроля чистоты водорода применяется и дифференциальный манометр, измеряющий напор, развиваемый вентилятором компенсато­ра. При неизменной частоте вращения вентилятора, а также неизменной температуре и давлении охлаждающей среды напор газового потока за­висит от плотности газовой смеси, от содержания в ней водорода и дру­гих газов. Компенсаторы обладают различными напорами, которые определяются опытным путем. Так, напор, развиваемый вентилятором компенсатора типа КСВ 50000-11 при воздушном охлаждении, равен примерно 730 Па (73 мм вод.ст.), а при водородном охлаждении при чистоте водорода 98% и давлении 50 кПа составляет 90 - 100 Па (9 - 10 мм вод.ст.). Градуировка манометра производится в процентах чи­стоты водорода.

При помощи дифференциального манометра может быть определено содержание водорода и диоксида углерода в процессе замены охлаждающей среды на вращающейся машине. Для этого составляется специальная номограмма, пользуясь которой персонал определяет состав газа на любой стадии переходного режима.

Помимо автоматического контроля чистоты водорода электрическим газоанализатором 1 раз в неделю производится контрольный химический анализ газа на аппарате типа ВТИ-2. Показания электрического газоанализатора сверяются с результатом химического анализа.

Отметим и то обстоятельство, что водород в компенсаторе должен быть сухим, с относительной влажностью не более 85% при рабочем давлении и любой температуре холодного газа. Наличие влажного водорода вызывает конденсацию влаги внутри компенсатора, снижает сопротивление изоляции обмоток, способствует повышенной коррозии стальных конструкций. Влажность водорода контролируется по психрометру не реже 1 раза в неделю. Если влажность водорода повышается, замеры влажности производятся ежедневно. Кроме того, проверяется отсутствие влаги в указателе уровня жидкости типа УЖИ и у дренажных вентилей газовой системы. Причиной повышения влажности может быть как применение водорода с повышенным содержанием влаги, так и возникновение течей в газоохладителях. В первом случае уменьшить содержание влаги можно путем продувки системы чистым сухим водородом (следует также проверить состояние газоосушителя и при необходимости заменить в нем увлажненный адсорбент), во втором случае — отысканием поврежденного газоохладителя. Длительная работа компенсатора с поврежденным газоохладителем не допускается.