Устранение ненормальностей в работе газо-масляной системы

Газовая панель генератора оборудована рядом световых табло и звуковыми сигналами:

• "Понизилась чистота водорода в генераторе". Чаще всего, больше слив масла в сторону водорода. Необходимо продуть свежим водородом, проверить слив.

• "Понизилось давление водорода в генераторе". Подпитать и проверить. Причиной может быть снижение температуры при снижении нагрузки, если нет автоматики. Может быть неисправен РД или разрыв трубки в газоохладителе. Утечки сначала маленькие, затем увеличиваются. Если не удалось устранить причину, то Г отключают и вытесняют водород углекислотой.

• "Повысилась температура масла на сливе из уплотнений". Следует проверить температуру баббита, входящего масла. Причиной может быть неисправность маслоохладителей или дефект уплотнений.

• "Появилась вода или масло в корпусе генератора". Необходимо слить воду или масло из УЖИ и проверить, как быстро накопится жидкость вновь. Причины: течь в газоохладителе, превышение давления воды над водородом. Газоохладители отключаются поочередно на 1-2 часа, делают заглушки. Разрешается заглушать не более 5-10% общего числа трубок. Другой причиной может быть отпотевание газоохладителей, повышенная влажность водорода. Необходимо повысить температуру воды, снизить влажность путем продувки. Причиной появления масла может быть увеличение слива в сторону водорода.

• "Подплавился баббит". Причина - снижение давления или прекращение поступления масла. Последствия серьезные. Появляется дым и выброс масла из подшипников, снижается давление водорода. Генератор должен быть аварийно остановлен.

ЛЕКЦИЯ 3

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

ГЕНЕРАТОРА

Схема охлаждения обмотки статора водой по замкнутой системе показана на рис.1.

Рис.1

1- расширительный бачок, 2- насосы, 3- поплавковый регулятор, 4- клапан, 5,6-теплообменники, 7- ионообменные фильтры, 8- солемер, 9- измерительная шайба, 10- струйное реле, 11- газовая ловушка.

Обмотка статора и вся система охлаждения заполняются обессоленной водой (конденсатом) с солесодержанием 1 мг/л и электрическим сопротивлением не ниже 200 кОм/см. При работе Г допускается повышение солесодержания до 5 мг/л и снижение электрического сопротивления до 50 кОм/см. Для циркуляции конденсата по замкнутому контуру имеются два насоса 2, из которых один – в работе, другой – в резерве . Конденсат подается из расширительного бачка 1, уровень поддерживается поплавковым регулятором 3. При снижении уровня из-за наличия утечек поплавковый регулятор приоткрывается и добавляется конденсат из магистрали обессоленной воды. В бачке 1 поддерживается вакуум, и конденсат после Г попадает на решетку бака, разбрызгивается и под действием разряжения интенсивно очищается от воздуха (а иногда и от водорода). Воздух удаляется через клапан 4. Удаление воздуха очень важно для надежной работы системы охлаждения (СО), иначе он может скапливаться в проводниках обмотки, что приведет к перегреву обмотки. Давление конденсата 0,4-0,35 МПа. Имеется перепускной клапан, через который конденсат сбрасывается в расширительный бак 1 при повышении давления. После насосов конденсат идет в теплообменники 5 и 6, где он охлаждается ЦВ или конденсатом турбины (например, при пуске требуется нагреть конденсат), затем через один из ионообменных фильтров 7, солемер 8, шайбу для измерения расхода 9 поступает в напорный кольцевой коллектор и из него в стержни обмотки Г. На выходе собирается в сливной кольцевой коллектор, проходит струйное реле 10 и возвращается в расширительный бачок 1.

Работа Г при отсутствии циркуляции запрещена во всех режимах, кроме холостого хода без возбуждения. При снижении расхода на 25% действует предупредительная сигнализация, на 50% - аварийная сигнализация и останов Г.

Температура входящего конденсата (40±5)°С , а выходящего £ 85°С. При повышении температуры свыше 85°С нагрузка Г должна быть снижена.

В процессе эксплуатации Г происходит ухудшение качества конденсата, из проводников обмотки вымываются и попадают в конденсат ионы металла, для очистки предназначены фильтры. При снижении сопротивления конденсата до 75 кОм/см часть конденсата заменяют свежим, если снижение сопротивления продолжается, то при 50 кОм/см Г должен быть разгружен и отключен от сети.

Для контроля за наличием циркуляции конденсата по всем параллельным ветвям под клинья в пазах статора заложены термосопротивления, от которых при повышении температуры сверх 75° обеспечивается подача сигнала. Нагрузка снижается, чтобы температура снизилась до 75°С. При первой возможности Г останавливают для выяснения причины повышенного нагрева. Если уменьшением нагрузки снизить нагрев не удается, Г должен быть немедленно разгружен и отключен от сети. Причиной сильного и быстрого перегрева проводников обмотки может быть попадание воздуха или водорода в систему водяного охлаждения. Образуются газовые пробки в каналах, нарушается нормальная циркуляция. На выходе сливного коллектора Г имеется газовая ловушка для контроля за появлением газа в конденсате. Персонал 2 раза в смену должен осматривать газовую ловушку, при появлении газа делается его химический анализ. Газ выпускается из газовой ловушки, и если она вновь заполняется газом или если в ловушку попадает водород, наблюдение за Г усиливается, измерение каждый час. При первой возможности, но не позднее 5 суток, Г следует остановить для выяснения причин неплотности.

При приемке из монтажа и после ремонта плотность обмотки вместе с коллекторами и соединительными шлангами проверяется путем опрессовки сжатым воздухом при давлении 0,3 МПа в течение 3 часов, а затем опрессовкой водой под давлением 1 МПа в течение 24 часов. Система считается водоплотной, если при неизменной температуре воздуха в обмотке давление в ней остается неизменным. Отыскание утечек, если они есть, производится течеискателем, для чего в воздух добавляется фреон. При опрессовке водой не должно наблюдаться никаких следов влаги.

На остановленном Г циркуляция конденсата не прекращается, если температура в машинном зале может быть ниже нуля. При длительных остановах Г конденсат удаляется из Г продувкой сжатым воздухом.

ЛЕКЦИЯ 4

НЕСИММЕТРИЧНАЯ НАГРУЗКА ГЕНЕРАТОРОВ.

Этот режим относится к ненормальным режимам работы генераторов, как и несинусоидальный и асинхронный режим.

Причины несимметричной нагрузки генераторов:

1. Большое содержание в нагрузке генератора однофазных потребителей

(эл.тяга, эл.печи и т.д.), режим потребления которых приводит к несимметрии токов в фазах.

2.Схемная несимметрия, т.е. нарушение симметрии самой схемы передачи энергии, например, при ремонте фазы группы, работа через неполнофазную группу трансформаторов, обрыв провода линии, обрыв фазы трансформатора, невключение фазы выключателя и др. Известны многочисленные примеры применения неполнофазных режимов в энергосистемах при аварийных выходах из строя трансформаторных фаз или отдельных проводов ЛЭП. Известен почти двухлетний опыт эксплуатации Куйбышевской электропередачи в неполнофазном режиме ( передача энергии от ГЭС по пяти проводам из шести) при переводе ее с напряжения 400 кВ на 500 кВ, сопровождавшемся усилением изоляции линии и реконструкцией трансформаторов без прекращения работы передачи.

3. Несимметричные короткие замыкания.

Рассмотрим подробнее все эти случаи.

ПТЭ допускают длительную работу Г с неравенством токов в фазах при условии, что ни один из токов не превысит номинальнго тока статора, при этом несимметрия не должна превышать 12% для турбогенераторов, 20% для гидрогенераторов с косвенным воздушным охлаждением, 15% для Г/Г с непосредственным воздушным охлаждением, 10% для Г/Г с непосредственным охлаждением обмоток водой.

Несимметрию определяют как (I_А - I_B) *100/I_A при условии, что I_A =I_C £Iном, а I_B < I_A.

Почему же такие жесткие условия, если токи даже не превышают номинальных значений?

При несимметричном режиме в статоре возникают токи обратной последовательности, магнитное поле которых вращается относительно ротора с двойной частотой. Это поле индуктирует в замкнутых контурах ротора вихревые токи двойной частоты, вызывающие дополнительный нагрев элементов ротора, дополнительные потери, что и определяет допустимость несимметричного режима.

Вихревые токи индуктируются прежде всего в массивной бочке ротора Г, замыкаются через контактные поверхности между зубцами, клиньями, бандажными кольцами. Из-за выраженного поверхностного эффекта при двойной частоте глубина h проникновения в массив ротора магнитного поля и вихревых токов невелика, фактически эти токи протекают в тонком поверхностном слое бочки ротора h =Ö2r/wm, где r - удельное сопротивление материала, m - магнитная проницаемость, w -угловая частота вихревых токов.

Обычно h не превосходит 5-7 мм в зубцах и 10-15 мм в пазовых клиньях, что обусловливает значительное эквивалентное сопротивление ротора и большие добавочные потери и нагрев. Необходимо учитывать не только общий уровень добавочных потерь, но также и неравномерный характер их распределения на поверхности ротора. Вихревые токи замыкаются через контактные поверхности между зубцами, клиньями и бандажными кольцами. Эти контакты, расположенные вблизи торцевых поверхностей ротора, имеют повышенное сопротивление и вызывают появление местных значительных перегревов. Вот почему тепловое состояние торцевых зон ротора, где наблюдаются наибольшие температуры при несимметричной нагрузке статора, является основным критерием для определения допустимой несимметрии. На рис.1 показано распределение температуры по длине ротора, и видно, что добавочный нагрев ротора с удалением от торцевой

зоны быстро падает и на расстоянии 12-15 см уже невелик.

Главным источником тепла в торцевой зоне является роторная сталь, однако более низкая температура пазовых клиньев и их более высокая теплопроводность обусловливают направление теплового потока в сторону клиньев. Более низкая температура размягчения материала клиньев по сравнению со сталью приводит к тому, что именно они оказываются самым слабым звеном ротора, ограничивающим величину тока обратной последовательности, при котором нагрев будет безопасным.

В обмотку возбуждения вихревые токи из-за поверхностного эффекта проникают мало, дополнительный нагрев обмотки возбуждения происходит только за счет теплопередачи, и возникают дополнительные потери.

Рис.1

В табл.1 приводится распределение дополнительных потерь от токов обратной последовательности в турбогенераторах разных типов. Из таблицы видно, что в современных высокоиспользованных генераторах при тех же диаметрах ротора растут размеры проводников, и вихревые токи в большей степени проникают в обмотку возбуждения, относительные дополнительные потери растут.

Все вышеприведенные рассуждения относятся прежде всего к турбогенераторам, роторы которых находятся в напряженном тепловом режиме, а их конструкция не способствует интенсивному отводу тепла добавочных потерь, вызванных несимметричным режимом статора.

У явнополюсных машин - гидрогенераторов, синхронных компенсаторов и синхронных двигателей условия охлаждения ротора значительно лучше, чем у турбогенераторов, и поэтому по тепловому режиму эти машины допускают большие несимметрии по сравнению с турбогенераторами. Допустимая несимметрия у гидрогенераторов ограничивается не тепловым режимом ротора, а повышенной вибрацией, возникающей при появления поля обратной последовательности, создающего момент двойной частоты

Таблица 1

	Косвенное охлаждение	ТВФ-100	ТГВ-200	ТГВ-300
1.Общие дополнит. потери при I2*=1, кВт	12000	12900	27100	47300
Из них: в обмотке возбужд., вне обмотки	100 11900	360 12540	1900 25200	3100 44200
2.Потери в обмотке возб. в номин. ре- жиме, кВт	285	445	800	1270
Отношение: дополнит.потери номин.потери	0,35	0,81	2,38	2,44

Таким образом, эксплуатационный персонал должен следить за симметрией нагрузки по фазам. Релейная защита, реагирующая на токи обратной последовательности, срабатывает при несимметричных режимах, действует на сигнал, и нагрузка генератора должна быть уменьшена или приняты меры для симметрирования схемы.

При длительной схемной несимметрии ( режим отключения одной фазы, например, трансформаторной группы при ремонтах) несимметрия столь значительна, что за счет снижения нагрузки не удастся уменьшить ток обратной последовательности до длительно допустимого значения. В этом случае включают в схему специальный симметрирующий реактор (рис.2). Значение реактивного сопротивления реактора определяется по выражению для тока I₂:

I₂ = -I₁(Xo -Xсим/3) / (Xo+X₂+Xсим/3).

Как видно из этого выражения, полная компенсация тока обратной последовательности I_2, достигается при значении сопротивления симметрирующего реактора Xсим =3Xo.

Рис.2

Кроме длительно допустимой несимметрии необходимо знать способность генераторов выдерживать кратковременные тепловые перегрузки ротора при несимметричных к.з. (например, для выбора уставок релейной защиты). В этом случае критерий допустимости несимметричного режима приводится в интегральной форме

I₂²·t £ T,

где t - допустимое время прохождения тока обратной последовательности, с , I₂ - среднеквадратичная величина эффективного тока обратной последовательности в относительных единицах, Т - интегральный критерий термической стойкости турбогенераторов, с.

Физическая сущность критерия заключается в предположении, что при адиабатном нагреве некоторого тела заданного объема повышение его температуры будет одинаковым при разных токах, и длительности процесса, изменяющихся так, что количество тепла, сообщаемое телу, каждый раз остается тем же самым.

На основании специальных экспериментов и длительного опыта эксплуатации для роторов ТГ с косвенным охлаждением установлен следующий критерий термической стойкости при кратковременной перегрузке токами обратной последовательности: I₂²·t=30 с. При установлении этого критерия исходили из предельного допустимого нагрева торцевой зоны ротора в 200°С и из условий отсутствия повреждения элементов торцевой зоны.

Для Г с непосредственным охлаждением типа ТВФ этот критерий составляет 15 с, для ТВВ и ТГВ - 8 с.

Как уже неоднократно отмечалось, для Г с непосредственным охлаждением допустимая длительность несимметричного режима должна быть меньше при таком же токе I₂, т.к. линейные нагрузки в этих генераторах больше, использование активных материалов выше.

Приведенные критерии термической стойкости роторов турбогенераторов можно лишь ориентировочно считать достаточными. В эксплуатации имели место случаи повреждения роторов с непосредственным охлаждением при затянувшихся несимметричных режимах. Ужесточение критериев нежелательно из-за трудностей согласования защит, поэтому заводы-изготовители вносят улучшения в конструкцию генераторов для повышения их термической стойкости .

К таким конструктивным мерам относятся:

1) изготовление пазовых клиньев из легированной меди, имеющей значительно более высокую температуру размягчения, чем дюралевые клинья;

2) применение в торцевой зоне роторов демпферных систем;

3. посадка бандажных колец на бочку ротора без изолирующих прокладок.

За рубежом ведущие фирмы также применяют развитые демпферные системы различных конструкций для защиты торцевых зон от вихревых токов, серебрение посадочных поверхностей, торцевое прижатие бандажей и т.д.

Для иллюстрации опасности несимметричного режима для турбогенераторов приведем описание случаев, имевших место в процессе эксплуатации.

При переводе генератора ТВ2-100-2 с одной системы шин на другую произошла поломка траверсы масляного выключателя, в результате чего генератор находился в течение 17 мин в глубоком несимметричном режиме. Повреждение торцевой зоны было настолько значительным, что бандаж приварился к зубцам, и его сначала не удалось снять. Бандажные кольца пришлось вырезать. После снятия бандажа были выявлены характер и размеры повреждений. Большой зуб и малые зубцы, прилегающие к нему, были оплавлены на глубину до 16 мм, а глубина термического влияния (закаленная зона) распространилась на глубину до 30 мм.

При осмотре генератора ТВФ-200-2, проработавшего длительно в несимметричном режиме, были обнаружены наплывы расплавленного дюралюминия на крайних пакетах сердечника статора. После выемки ротора были обнаружено вытекание клиньев из пазов. Объем повреждений: со стороны турбины в торцевой зоне выплавлено 11 клиньев и оплавлено 6 зубцов, со стороны контактных колец - 13 клиньев и 7 зубцов; на торцевых поверхностях выплавлено 4 канавки глубиной до 2 мм с одной стороны и 7 канавок глубиной до 3,5 мм - с другой. При этом термическое влияние проявилось на работоспособности колец и через некоторое время. Бандажные кольца были отремонтированы, а через 7 лет была выявлена трещина длиной 80 мм глубиной 20 мм.

ЛЕКЦИЯ 5.

НЕСИНУСОИДАЛЬНАЯ НАГРУЗКА ГЕНЕРАТОРОВ.

Причины несинусоидального режима:

Подключение к генераторам мощных преобразовательных установок, выпрямительные и инверторные элементы которых имеют нелинейные характеристики и генерируют высшие гармоники тока и напряжения. Известен процесс коммутации выпрямителей. При каждом переходе тока с одного вентиля на другой через них временно образуется контур двухфазного к.з. При этом искажается форма кривой питающего напряжения из-за появления на ней горбов и впадин. Процесс коммутации вызывает также сдвиг фазы между питающим напряжением и входным током, что приводит к потреблению установкой значительной реактивной мощности.

Последствия:

Гармоники тока вызывают повышенный нагрев оборудования, дополнительные потери в стали. В нормальном режиме в генераторе также имеются высшие гармоники: форма кривой напряжения - не идеальная синусоида. С высшими гармониками борются конструктивными мерами, например, укорачиванием шага обмотки. В нормальном режиме рассчитывают номинальные потери, они влияют на к.п.д. генератора. При несинусоидальном режиме - дополнительные потери, дополнительный нагрев, и нагрузку генератора необходимо снижать. Установлен примерный коэффициент снижения мощности Г из-за добавочного нагрева обмотки статора токами высших гармоник при несинусоидальном режиме

Kn =KпРм.ном /(КпРм.ном +DРмn) ,

где Рм.ном -номинальные потери в меди, Кп - коэффициент поверхностного эффекта, DРмn - добавочные потери от высших гармоник.

Гармоники напряжения увеличивают потери в стали и изоляции, а также вызывают помехи, оказывают вредное влияние на измерительные приборы, устройства релейной защиты, управление, регулирование, поэтому коэффициент несимметрии по напряжению также регламентируется

D =ÖSUn² ·100/Uном £5%

Это критерий допустимости несинусоидального режима по напряжению.

Что происходит в роторе?

Гармоники тока статора создают магнитные потоки, имеющие частоты fn =(kp ±1)f_{1 ,} где k =1,2,3...n, р - количество пульсаций выпрямленного тока за один период. Одни из них вращаются согласно ротору, другие - навстречу ему, но все они несинхронны, поэтому индуктируют в роторе вихревые токи, вызывающие добавочный нагрев ротора. Добавочные потери при этом возникают в очень тонком поверхностном слое бочки ротора ввиду сильного проявления поверхностного эффекта (hº 1/w ). Эквивалентное сопротивление ротора этим токам велико, имеют место большие добавочные потери. Необходимо также учитывать неравномерный характер распределения этих потерь на поверхности ротора.

В целом картина по физическим процессам в роторе очень похожа на несимметричный режим, а расчет несинусоидального режима значительно сложнее. Принято эквивалентировать эти режимы с точки зрения теплового воздействия на ротор, на обмотку возбуждения, в которой хотя непосредственно вихревые токи не возникают, однако имеет место косвенный нагрев меди обмотки возбуждения потерями в массиве ротора. Допустимой считают такую несинусоидальную нагрузку, при которой потери в роторе от токов высших гармоник будут не выше потерь несимметричного режима, допускаемого ПТЭ, т.е.

S I_n²r_n £ I₂²r₂

Если принять, что сопротивление ротора высшим гармоникам тока приблизительно равно активному сопротивлению обратной последовательности, то получим

SI_n² £ I₂²доп.

Пример эквивалентности несимметричного режима и режима работы генератора на выпрямительную нагрузку (несинусоидального режима).

Схема питания I_A-I_B I_A I₂ I_A

выпрямителей I_A I_B I_ном I_ном

6-фазная 0,33 1,49 0,233 0,3

12-фазная 0,135 1,155 0,095 0,73

24-фазная 0,035 1,035 0,024 1,0

Меры борьбы с несинусоидальной нагрузкой:

Порядок и величины высших гармонических зависят от числа фаз выпрямления, например, 12 или 24 вместо 6 значительно облегчают условия работы генераторов.

Существует и ряд других мер:

используют фильтры высших гармоник, сеть отсоса гармоник и т.д.

ЛЕКЦИЯ 6