3.3. Нормальні режими роботи генераторів
Нормальними режимами генератора є такі, при яких він працює з номінальними параметрами, вказаними на заводській таблиці і в паспорті, або з відхиленнями, допустимими по ДЕСТ . Робота генератора точно з номінальними параметрами називається, крім того, номінальним режимом. До основних параметрів генератора належать: повна потужність, напруга і струм статора, струм ротора, коефіцієнт потужності, частота, температура і тиск охолоджуючого середовища.
Тривало допустимі значення струму статора і ротора генератора залежно від конкретних значень тиску газу і температури охолоджуючого середовища, а також від значення робочої напруги на виводах статора звичайно указуються в так званій режимній карті генератора, якою користуються при його експлуатації.
При складанні режимних карт керуються наступними міркуваннями. Тривало допустимі струми статора і ротора повинні бути понижені, якщо температура охолоджуючого середовища або тиск газу відрізняються від номінального убік погіршення охолоджування. Якщо температура охолоджуючого газу нижча від номінальної, то потужність генератора дозволяється підвищити.
Допустимі при зниженій температурі холодного газу струми ротора і статора, якщо вони не вказані заводом-виготівником, встановлюються на підставі випробування на нагрівання.
При цьому не повинні бути перевищені найбільші допустимі в експлуатації температури, визначені при номінальному режимі. Не допускається збільшувати потужність при зниженні температури вхідної в обмотку води для генераторів з водяним охолоджуванням обмотки статора.
Якщо температура охолоджуючого газу вища номінальної, то допустимі струми статора і ротора зменшуються до значень, при яких температури обмоток не перевищуватимуть найбільших допустимих в експлуатації. При температурі вхідного газу вище 55° С робота генераторів не допускається.
Для генераторів з водяним охолоджуванням обмотки статора зниження навантаження у разі підвищення температури вхідної в обмотку води вище за номінальну повинне бути таким, щоб температура води, що виходить з обмотки, не перевищила 85 °С.
Відхилення від номінального тиску водню в генераторі не повинне бути більше ±0,02 МПа для генераторів з тиском 0,1 МПа і вище; ±0,01 МПа для генераторів з тиском водню 0,05 МПа і вище і ±0,001 МПа для генераторів з тиском водню 0,005 МПа. Зниження водню понад норму для генераторів з тиском 0,005 МПа небезпечно в основному через можливість попадання повітря в машину при скиданні навантаження або при появі витоку, а для генераторів з високим тиском — через перегрів обмоток. Допустиме навантаження при зниженні тиску водню для цих генераторів встановлюється заводом-виготівником або визначається випробуванням на нагрівання. При підвищенні тиску понад норму знижується надійність системи водневого охолоджування. Наприклад, через витискання при цьому торцевих щитів може порушитися робота ущільнень і з'явитися небезпечний витік водню, який буде загрожувати пожежею або вибухом.
Для запобігання конденсації вологи на стінках газо охолоджувачів температура точки роси водню в корпусі генератора при робочому тиску повинна бути нижчою, ніж температура води на вході в газоохолоджувачі, але не вище 15 °С. Остання вимога фактично визначає вологовміст газу не більш 12,8 г/м3. Підвищення вогкості водню в генераторі за відсутності течі води в газоохолоджувачах і застосуванні для підживлення добре осушеного водню може відбутися тільки за рахунок попадання вологи разом з повітрям з масла, що зливається з ущільнень у бік водню.
Підвищення вогкості водню знижує надійність і термін роботи ізоляції, шкідливо позначається на механічній міцності бандажів ротора, обмежує зниження температури холодного водню в зимовий час через можливість конденсації вологи на стінках газоохолоджувачів. Нарешті, підвищення вологи в газі на 1 г/м3, збільшуючи густину газової суміші, підвищує вентиляційні втрати в генераторі на 0,8—1 %.
У теперішній час для зниження вологості газу почали застосовувати холодильні установки.
Генератори з поверхневим водневим охолоджуванням можуть працювати на повітряному охолоджуванні при пониженому навантаженні. Для генераторів з безпосереднім охолоджуванням робота з навантаженням на повітряному охолоджуванні недопустима, оскільки це привело б до перегрівання і пошкодження обмотки. Генератори серії ТВФ повинні бути переведені на водень до включення в мережу, а генератори серій ТВВ і ТГВ при повітряному охолоджуванні можуть працювати на XX тільки без збудження і то короткочасно. Чистота водню в генераторі повинна бути не нижчою за наступні значення:
Тиск водню, МПа: Чистота водню,%
До 0,05.................... …………………………………………………………………95
0,05 і вище в генераторах з непрямим охолоджуванням ………………………...97 генераторах з безпосереднім охолоджуванням і синхронних компенсаторах.............................................................................................................98
Зниження чистоти водню на 1 % приводить до збільшення вентиляційних втрат на 10—11 %. Наприклад, в генераторі ТВФ-100-2 з тиском водню 0,3 МПа при зниженні чистоти водню тільки на 1 % додаткові втрати складуть за рік не менше 200 МВт· год.. У потужніших генераторах додаткові вентиляційні втрати при зниженні чистоти водню ще більше. Крім того, зниження чистоти водню приводить до погіршення охолоджування або утворення вибухонебезпечної суміші. При зниженні чистоти водню нижче за норму генератор повинен бути продутий шляхом випуску з нього водню із зниженою чистотою і додаванням такої ж кількості чистого водню з ресиверів або балонів.
Вміст кисню в корпусі генератора не повинен перевищувати 1,2 %, а в бачку продування—2 %. Недотримання цієї вимоги різко збільшить небезпеку утворення в генераторі вибухонебезпечної суміші. Тому, якщо вміст кисню досягає значень, близьких до гранично допустимих, виконується продування генератора чистим воднем, як і при зниженні чистоти водню.
Всі генератори допускають роботу з номінальною потужністю при зміні напруги в межах ±5 % номінального і при допустимих в експлуатації змінах частоти. Попутно відзначимо, що найбільший струм ротора в одному з трьох режимів по напрузі (0,95; 1; 1,05 Uном) приймається за номінальний струм ротора.
Тривало допустиме відхилення напруги не повинне перевищувати ±10 % номінального. При відхиленні напруги більше ±5 % номінального повна потужність генератора зменшується згідно вказівці заводу-виготівника або на підставі випробування.
Підвищення напруги понад 105 % номінального пов'язано з підвищенням струму збудження і магнітної індукції генератора, що викликає підвищений нагрів стали статора, зростання додаткових втрат в роторі і конструктивних елементах статора. Щоб не перевищити нагрівання обмотки ротора і сталі статора понад допустимі в експлуатації межі, навантаження генератора при підвищенні напруги понад 105 % повинне знижуватися. Зменшення ж потужності генератора при зниженні напруги нижче 95 % номінальної викликається тим, що підвищувати струм понад 105% номінального неприпустимо. Підвищення напруги понад 110 % неприпустиме через різке посилення місцевих перегрівів активної сталі осердя статора з результаті зростання при цьому магнітного потоку розсіювання.
Рисунок 3. 2. Діаграма потужності
Розглянемо роботу генератора з різними коефіцієнтами потужності, користуючись діаграмою потужності (рисунок 3.2). Повна потужність генератора обмежується:
у зоні перезбуджування при коефіцієнті потужності менш номінального — нагріванням обмотки ротора, оскільки для збільшення реактивного навантаження необхідно збільшувати струм ротора. При номінальному струмі ротора через розмагнічуючу дію реакції реактивного струму статора найбільше значення струму статора складе всього лише близько 80 % номінального;
у зоні від номінального значення коефіцієнта потужності до значення, рівного одиниці, — нагріванням обмотки статора або допустимою потужністю турбіни;
у зоні недозбудження (коефіцієнт потужності менший одиниці) — потужністю турбіни, струмом статора, нагріванням торцевих елементів осердя статора.
У режимі недозбудження через підмагнічувальний характер реакції струму статора помітно зростає аксіальна складова магнітного поля розсіювання в зуб-цовій зоні торцевих пакетів осердя (в основному в трьох крайніх пакетах), внаслідок чого різко збільшуються вихрові струми в листах активної сталі, в натискних плитах і пальцях, що викликають сильне нагрівання цих елементів. Для обмотки статора особливо небезпечне нагрівання активної сталі в зоні під пазами і в зубцях, з якими обмотка безпосередньо стикається.
Рівень нагрівання кінцевих елементів осердя статора особливо значний в генераторах з безпосереднім охолоджуванням, що мають підвищені електромагнітні навантаження. Не дивлячись на заходи, що приймаються по зниженню нагріву (виконання розрізів в зубцях крайніх пакетів, посилення охолоджування цих пакетів і т.д.), торцеві елементи статора цих машин нагріваються до високих температур не тільки в режимах недозбудження, але і при роботі їх з відстаючим струмом при коефіцієнті потужності, близькому до одиниці. Тому допустиме тривале навантаження в режимі недозбудження, а також при підвищенні коефіцієнта потужності від номінального до одиниці для генераторів з безпосереднім охолоджуванням повинно визначатися на підставі спеціальних випробувань або директивних матеріалів з урахуванням забезпечення стійкості паралельної роботи в мережі.
Для генераторів з непрямим охолоджуванням дозволяється тривала робота при підвищенні коефіцієнта потужності від номінального до одиниці із збереженням номінального значення повної потужності.
При регулярній роботі генератора в режимах недозбудження повинне бути забезпечене автоматичне обмеження мінімального струму збудження для виключення втрати стійкості у випадках раптового підвищення напруги в мережі.