Основные данные генераторов
Длительно допустимый режим работы электрической машины называется номинальным и характеризуется номинальными параметрами. К ним относятся:
- Uном - номинальное напряжение, кВ – линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме;
- Iном - номинальный ток, А – то значение тока, при котором допускается длительная работа генератора при номинальных параметрах охлаждения (температура, давление, расход охлаждающей среды) и номинальных значениях мощности и напряжения;
- Sном - номинальная полная мощность, МВ∙А: 𝑆ном = √3𝑈ном𝐼ном;
- 𝑃ном - номинальная активная мощность, МВт: 𝑃ном = 𝑆ном 𝑐𝑜𝑠 𝜑ном;
- 𝑄ном - номинальная реактивная мощность, Мвар: 𝑄ном = 𝑆ном 𝑠𝑖𝑛 𝜑ном;
- cos𝜑ном - номинальный коэффициент мощности.
Номинальные напряжения генераторов приняты на 5-10% выше номинальных напряжений соответствующих сетей, так учитывают потери напряжения при протекании тока по линиям. Согласно ГОСТ 533-2000 установлена шкала номинальных напряжений трёхфазных синхронных турбогенераторов:
Для номинальной активной мощности турбогенераторов также установлен стандартный рекомендуемый ряд:
Шкала номинальных мощностей гидрогенераторов не стандартизирована.
Номинальный коэффициент мощности принят равным:
К параметрам индуктивных сопротивлений и постоянных времени генератора относятся:
- 𝑥𝑑 – синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси,
- 𝑥𝑑′ – переходное индуктивное сопротивление по продольной оси,
- 𝑥𝑑′′ – сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси,
- 𝑇𝑎 – электромагнитная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока статора.
Схема соединения обмотки статора, как правило, выполняется по схеме звезды:
Одна
звезда
звезда с изолированной нейтралью; такая обмотка имеет 6 выводов (3 фазных, 3 нулевых);
Две звезды
для генераторов мощностью более 60 МВт обмотку статора выполняют в виде двух параллельных ветвей, чётные и нечётные ветви соединяют в звезды, а нейтральные точки соединяют нулевыми проводниками; установка трансформатора тока в нулевой проводник позволяет выполнять поперечную дифференциальную защиту генератора от внутренних повреждений; обмотка имеет 9 или 12 выводов (6 фазных, 3 или 6 нулевых).
Системы охлаждения генераторов
Во время работы генератора его обмотки и активная сталь нагреваются, это является одной из главных причин старения изоляции обмоток. Чем выше температура нагрева, тем быстрее ухудшаются физические свойства изоляции, она высыхает, растрескивается, теряет изоляционные свойства (изнашивается), сокращается срок её службы. Поэтому при эксплуатации генератора нельзя допускать нагрева обмоток выше допустимых температур, для этого генераторы снабжаются системами охлаждения.
Все генераторы выполняют с искусственным охлаждением. По способу отвода тепла от нагретых обмоток статора и ротора различают косвенное и непосредственное охлаждение.
При косвенном охлаждении охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентиляторов, встроенных в торцы ротора, подаётся внутрь генератора и прогоняется через немагнитный зазор и вентиляционные каналы. Охлаждающий газ не соприкасается с проводниками обмоток ротора и статора, и тепло передаётся газу через изоляцию обмоток.
При непосредственном охлаждении охлаждающий газ или жидкость соприкасается с проводниками обмоток, сердечником магнитопровода. Для этого в них предусматриваются специальные каналы для циркуляции охлаждающего агента, который нагнетается в эти каналы вентиляторами или насосами.
К охлаждающим газам относятся воздух, водород, при этом содержание водорода должно быть не ниже 97% при косвенном охлаждении и 98% при непосредственном. В качестве охлаждающих жидкостей используются дистиллированная вода, масло.
Водород эффективнее воздуха при охлаждении, так как имеет большую теплоотводящую способность (в четыре раза при давлении 0,4 МПа), но его использование опасно, так как в определенной пропорции в смеси с воздухом он взрывоопасен («гремучий газ», если воздуха в смеси значительно более 3%). Поэтому при водородном охлаждении корпус генератора должен иметь высокую степень герметичности, и давление водорода в корпусе должно превышать атмосферное с запасом.
Вода в сравнении с маслом обладает более высокими теплоотводящими свойствами, но при наличии в ней растворенных металлов становится проводящей средой, через которую возможно замыкание токоведущих частей на корпус. Также проникновение воды из системы охлаждения в изоляционные конструкции приводит к увлажнению изоляции и замыканиям токоведущих частей на корпус.
Системы охлаждения имеют буквенное обозначение, приводимое в типе генератора (таблица 3.1)
Дополнительно в обозначении генератора могут использоваться буква П, это означает, что генератор предназначен для сопряжения с паровой турбиной, или буква Г – сопряжение с газовой турбиной.
Срок службы турбогенераторов согласно ГОСТ 533-2000 должен быть не менее 40 лет. На электростанциях, введённых в работу в прошлом столетии, сроки эксплуатации генераторов могут значительно превышать сроки службы и их необходимо заменять. Для уменьшения затрат при модернизации новые генераторы устанавливают на существующие фундаменты и увеличивают их мощность по сравнению с заменяемыми.
Пример условного обозначения: Т3В-1200-2У3 – турбогенератор с водяным охлаждением обмоток ротора, обмоток и стали статора, номинальная активная мощность 1200 МВт, количество полюсов – 2, климатическое исполнение для работы в районах с умеренным климатом (буква У), для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией (цифра 3).