Перегрузки по току статора и ротора

Условия нагрева обмоток, при кратковременных перегрузках, близки к условиям адиабатического процесса, так как количество тепла, успевающего за короткий промежуток времени рассеяться во внешнюю среду, незначительно. Во избежание нарушений изоляции, вызванных тепловыми деформациями при удлинении обмотки из-за ее нагрева, обычно ограничивают кратковременное повышение температуры обмотки 15°С.

Обмотки с непосредственным водяным охлаждением обладают большей перегрузочной способностью по сравнению с обмотками с косвенным воздушным охлаждением при малых кратностях перегрузок, но из-за высокой номинальной плотности тока допускают меньшую длительность перегрузок большой кратности.

Изменения частоты

При изменении частоты в пределах + 2,5 % номинальной, гидрогенератор сохраняет номинальную мощность. Однако при уменьшении частоты относительно номинальной повышение напряжения гидрогенератора сверх номинального не допускается. Это обусловлено тем, что при снижении частоты для поддержания постоянного напряжения приходится увеличивать магнитный поток, а также ток ротора. При одновременном повышении напряжения местные нагревы сердечника и обмотки статора, а также температура обмотки ротора могут превысить допустимые пределы.

При повышении частоты увеличиваются добавочные потери в меди обмотки статора и на поверхности полюсных наконечников, а потери в сердечнике статора изменяются незначительно. В результате нагрев обмотки статора не выходит из допустимых пределов. При повышении напряжения, из-за роста потерь в стали статора в напряженных в тепловом отношении гидрогенераторах, может иметь место возрастание температуры обмотки статора выше допустимой. По этой причине для отдельных типов гидрогенераторов не допускается работа при повышенной частоте и увеличенном напряжении, по сравнению с номинальным.

Асинхронный режим

Асинхронный режим гидрогенератора может наступить в результате потери возбуждения, неудачной самосинхронизации, несвоевременного отключения участка сети с коротким замыканием, сброса большой нагрузки при сохранении электрической связи с системой и т. п.

В асинхронном режиме имеют место большие пульсации тока и напряжения, вызывающие вибрации гидрогенератора и значительные механические усилия в отдельных узлах. Кроме того, в обмотке возбуждения генератора, вращающегося асинхронно, наводится значительная ЭДС, которая при размыкании цепи возбуждения может привести к пробою изоляции ротора. Поэтому асинхронный режим не допускается сколько-нибудь длительное время и при выпадении из синхронизма машина должна быть аварийно отключена от сети.

Изменение температуры воды и воздуха

Работа гидрогенератора с температурой охлаждающего воздуха свыше 35°С при замкнутом цикле вентиляции и свыше 40°С при разомкнутом не предусматривается, за исключением режимов сушки. Воздухоохладители обеспечивают номинальную нагрузку гидрогенераторов и возбудителей при температуре поступающей в воздухоохладители и теплообменники воды не выше 28°С.

В отдельных случаях, при установке в районах с жарким тропическим климатом, гидрогенераторы рассчитывают для условий работы при более высокой температуре входящего охлаждающего воздуха, которая превышает температуру поступающей в воздухоохладители воды обычно на 7 - 10°С.

В зимнее время снижение температуры охлаждающей воды позволяет уменьшить температуру воздуха, что в свою очередь дает возможность в известных пределах повысить мощность гидрогенератора, сохранив температуру его обмотки статора неизменной.

Однако увеличение мощности ограничивается и в этом случае перепадом температуры в изоляции.

При понижении температуры охлаждающего воздуха с 35 до 30°С допустимо увеличение мощности гидрогенератора на 0,75% на каждый градус повышения температуры. При понижении температуры охлаждающего воздуха с 30 до 25°С мощность может быть увеличена на 0,25% на каждый градус понижения температуры воздуха. При понижении температуры охлаждающего воздуха ниже 25°С дальнейшее повышение нагрузки не допускается.

Работа гидрогенератора при температуре охлаждающего воздуха ниже +15°С не рекомендуется, а ниже + 10°С не допускается, так как при этом возможно нарушение изоляции обмотки статора. В зимнее время не следует также переохлаждать воздухоохладители во избежание конденсации на них влаги (отпотевания). Обычно осуществляется сезонное регулирование расхода охлаждающей воды через воздухоохладители.

Практическое применение

Так как гидрогенераторы применяются на ГЭС, то примеры их использования будут тесно связаны с определенными электростанциями.

Отечественные достижения

Первые советские гидрогенераторы мощностью 7,25 МВт были созданы в 1925 году на заводе "Электросила" (Ленинград) для Волховской ГЭС им. В. И. Ленина. В начале 30-х годов на Днепровской ГЭС уже были установлены гидрогенераторы мощностью 65 МВт, а с 1939 по 1940 года изготовлены для того времени крупнейшие по моменту вращения, габаритам и массе гидрогенераторы для Угличской и Рыбинской ГЭС. Позже были созданы уникальные гидрогенераторы для Братской (1960 год) и Красноярской (1964) ГЭС мощностью 225 и 508 МВт соответственно. А в 1966 на заводе "Уралэлектротяжмаш" был изготовлен опытный экономичный высоковольтный (110 КВ) гидрогенератор мощностью 20 МВт; в 1971 году был спроектирован гидрогенератор на 650 МВт для установки на Саяно-Шушенской ГЭС.

Самые крупные ГЭС

Самой мощной считается строящаяся в Китае на реке Янцзы ГЭС «Три ущелья». Планируемая вырабатываемая мощность достигает 22,40 ГВт. Второе место занимает Итайпу - крупная ГЭС на реке Парана, в Бразилии. Силовое оборудование станции состоит из 20 гидроагрегатов мощностью по 700 МВт, по причине превышения расчётного напора, мощность генераторов достигает 750 МВт в течение более чем половины времени работы. В итоге ее суммарная мощность ровняется 14 ГВт.

Аварии на ГЭС

Крупнейшей аварией за всю историю ГЭС является прорыв плотины китайского водохранилища Банкяо в 1975 году. Тайфун «Нина» столкнулся с холодным фронтом, в результате выпало более 800 мм осадков. Водохранилище начало переполняться. В результате каскадного разрушения плотин ниже по течению сразу погибло 26 тысяч человек, после затопления утонуло еще 145 тысяч. Всего число пострадавших составило 11 млн.

Ярчайшим примером аварии связанной непосредственно с гидрогенераторами, является авария на Саяно-Шушенской ГЭС. Непосредственной причиной аварии названы разрушение шпилек крепления крышки турбины гидроагрегата (гидротурбина и гидрогенератор), вызванное дополнительными динамическими нагрузками переменного характера, которому предшествовало образование и развитие усталостных повреждений узлов крепления, что привело к срыву крышки и затоплению машинного зала станции.