LEKTsII_EChS_2010
.pdf
используемых в технике: водород - к = 0.5, гелий - к = 0.2, элегаз к = 2.9, фреон-12 - к = 2.4, перфторированные углеводородные газы к = (4-10),.;
Классификация охлаждающих агентов:
1. Воздух: это самый доступный охлаждающий агент, однако все его характеристики относительно малы.
;
ρ= 1,293 кг/м³;
к = 1;
Первые ТГ с воздушным охлаждением был изготовлен фирмой Brown Bowery.
2. Водород: Удельная теплоемкость водорода больше, чем у воздуха. Плотность водорода меньше, чем у воздуха. Первый ТГ российского производства на 200 МВт был с водородным охлаждением.
14,26 ;
ρ= 0,090 кг/м³;
к = 0,5;
При концентрации водорода в воздухе от 30 до 70 % имеем гремучую смесь, которая детонирует с выделением большого количества тепла.
Поэтому особое внимание следует уделить герметичности корпуса. Главная трудность при изоляции – обеспечение герметичности в месте связи вала с турбиной.
статор
ротор
T |
B |
|
ОХЛ |
Рис. 67 – Принципиальная схема устройства ТГ
Эту проблему решают установкой специальных уплотнений на валу –
кольцевые уплотнения.
бабитовые |
воздух |
|
|
вкладыши |
|
масло |
водород |
подпружинивание на валу
Рис. 68 – Кольцевые уплотнения с баббитовыми вкладышами
С помощью уплотнений удается поддерживать концентрацию водорода порядка 98%.
Так же достичь герметичности помогает масляная плёнка в уплотнителях. Масло подается под давлением, и создаваемая масляная плёнка является одновременно и изолирующим слоем, и охлаждающим агентом.
Простота конструкции;
Избыточное масло частично попадает в воздух, частично внутрь ТГ. Пары масла уменьшают чистоту водорода, а следовательно снижают КПД ТГ.
В современных ТГ проблему маслозагрязнения водорода решают с помощью избыточного давления создаваемого в корпусе (порядка
2-4 атм.).
Недостатком кольцевых уплотнителей является то, что для подачи масла и смазки уплотнения необходим маслонасос. Он считается вторым по важности потребителем СН после валоповорота на ТЭЦ и главного циркуляционного насоса на АЭС.
Одним из технических решений обеспечения надежности работы маслонасоса является установка маховика (при отключении питания маслонасос использует энергию инерции маховика).
реактор |
маховик |
Рис. 69 – Маховик подключенный к маслонасосу
При снижении чистоты водорода до 98 % необходимо искать проблемы в системе герметизации – требование автоматики отключения генератора от системы и его ремонта. Ремонт ТГ осуществляется с разгерметизацией – водород выдувается азотом, затем сверху подается воздух.
Второй тип уплотнения – торцевой, когда баббитные вкладыши прижимаются не к валу, а к кольцу. За счет центробежных усилий часть масла выбрасывается в воздух.
масло
воздух
водород
Рис. 70 – Торцевое уплотнение ТГ
В качестве косвенной системы охлаждения кроме водорода на сегодняшний день не применяют ничего.
3. Были попытки использования трансформаторного масла:
Масло лучший охлаждающий агент и лучший диэлектрик, чем водород. В случае масленого охлаждения класс напряжения ТГ бы повысился. Если бы напряжения обмотки статора было 110 кВ, то повышающий трансформатор на генераторе был бы не нужен.
масло
ТЦ 
водород
Рис. 71 – Маслоохлаждаемый ТГ
При наличии масла в качестве охлаждающего агента резко снижается проницаемость магнитного зазора из-за наличия тонкостенного цилиндра, разграничивающего масло и водород (рисунок 71, ТЦ).
За счет косвенного охлаждения единичная мощность выросла со 100 МВт до 200 МВт. Дальнейший рост единичной мощности происходил за счет системы непосредственного охлаждения.
Охлаждающие агенты систем непосредственного охлаждения:
1.Трансформаторное масло: турбогенераторы марки ТВМ (Новосибирский завод).
2.Дистиллированная вода: турбогенераторы марки ТГВ, ТВВ (Ленинградский завод «Электросила»).
Дистиллированная вода не сравнима с обычной, так как не оставляет осадок.
Вывод: Все современные ТГ имеют комплексную систему охлаждения.
Для увеличения единичной мощности ТГ помимо усовершенствования систем охлаждения рассматривают использования сверхпроводимости обмотки. Однако, на данный момент, нет материалов демонстрирующих свойства сверхпроводимости при нормальных температурах.
ГЛАВА 5: Системы возбуждения современных турбогенераторов
Для выработки генератором электрической энергии необходимо выполнение двух условий:
1.Генератор должен вращаться (в качестве первичного двигателя используется паровая или гидротурбина)
2.По обмотке ротора должен протекать постоянный ток
|
if |
T |
B |
|
Рис. 72 – Схема генератора |
Система возбуждения предназначена для питания обмотки ротора постоянным током. Причем сила тока в обмотке измеряется килоамперами или десятками килоампер.
При отсутствии постоянного тока ( ) в обмотке баланс мощностей нарушиться и ротор начнет разгоняться, генератор идет в разнос, для предотвращения этого необходима автоматика, отключающая турбину
(стопорные клапаны турбины).
При исчезновении постоянного тока генератор выпадает из синхронизма за счет увеличения асинхронного момента. При этом в сеть выдается активная мощность, а из сети потребляется реактивная.
P |
PA |
PT |
f |
Рис. 73 – Зависимость мощностей от частоты |
При увеличением усилий на обмотках возникает аварийный режим, требующий немедленного отключения.
Основными параметрами системы возбуждения являются: напряжение обмотки возбуждения (ОВ) – в настоящее время равное . определяется конструктивными особенностями системы возбуждения. Ток ОВ – , измеряющийся килоамперами. Мощность обмотки возбуждения, равная .
Чрезвычайно важная характеристика системы возбуждения – кратность форсировки – способность системы возбуждения увеличивать свою мощность. У современных генераторов кратность форсировки нормируется и должна быть не менее двух. Форсировка является способом увеличения
мощности системы возбуждения . |
|
, |
где |
- потолочное значение напряжения;
Регулируя , регулируем баланс реактивной мощности, при близких КЗ такое регулирование актуально.
Еще одним важным показателем является скорость нарастания напряжения:
Скорость нарастания напряжения необходимо изменять быстро, не менее чем за две секунды. Кратность форсировки и скорость нарастания напряжения всегда рассматриваются в паре.
Так же необходимо плавное регулирование тока в ОВ в широком диапазоне от нуля до . При этом основным требованием является надежность.
Система возбуждения включает в себя из три основные составляющие:
1.Источник постоянного тока (для подачи в ОВ);
2.Система регулирования постоянного тока – плавно и в широком диапазоне;
3.Сама обмотка возбуждения (ОВ).
OB
Рис. 74 – Генератор и его обмотка возбуждения (ОВ)
Обмотка возбуждения находиться в чрезвычайно сложных механических условиях – она расположена на роторе и вращается вместе с ним с частотой 3000 об/мин.
Рассмотрим хронологическую эволюцию систем возбуждения ТГ.
§1 Электромашинная система возбуждения
Рис. 75 – Принцип устройства электромашинной системы возбуждения
Возбудителем является источник постоянного тока (ГПТ), причем левая часть схемы представляет собой принцип независимого возбуждения, а правая – принцип самовозбуждения.
ШР – шунтовой реостат, используется для плавного регулирования постоянного тока;
Форсировка возбуждения – это резкое увеличение выработки реактивной мощности при близких КЗ.
РФ – контакты релейной форсировки;
Управляет работой системы возбуждения автоматика работы – АРВ.
К-К – контактные кольца, выполненные по принципу скользящего контакта;
Возбудитель находится на одном валу с генератором. Возбудитель имеет свою систему возбуждения, которая как правило выполняется по схеме самовозбуждения.
Независимой, называется такая система возбуждения, в которой наличие напряжения на зажимах ОВ не зависит от наличия напряжения на зажимах возбуждаемой машины.
Система самовозбуждения – это система, в которой наличие напряжения на зажимах ОВ зависит от наличия напряжения на зажимах возбуждаемой машины.
ГПТ на невысоких мощностях, когда мощность системы возбуждения составляет меньше одного процента от мощности генератора, являются чрезвычайно надежными элементами схемы. В этих случаях установка независимой системы возбуждения предпочтительнее.
Минусы независимой системы возбуждения проявляются с ростом ее мощности. Недостатки надежности:
1.При больших токах контактные кольца и щетки МПТ очень сильно нагружены и быстро выходят из строя. Это и ограничивает область применения электромашинной системы возбуждения до мощности ТГ меньшей, чем 120 МВт.
2.Контактные кольца и щетки на роторе. С увеличением величины тока усложняется конструкция контактных колец.
Недостатки скорости:
1.Медленное изменение возбуждения;
2.Низкое быстродействие, так как система основана на инерционном принципе действия и является косвенной.
Вывод: Электромашинная система возбуждения хороша для генераторов малой мощности, а так же для использования в качестве резервной системы возбуждения для большинства электростанций.
§2 Тиристорная система самовозбуждения
Применяется для блоков до 300 МВт.
Рис. 76 – Принцип устройства тиристорной системы самовозбуждения
В качестве источников постоянного тока используются две группы тиристоров – рабочая (РГ) и форсировочная (ФГ).
ПТ – последовательный трансформатор;
ВТ – выпрямительный трансформатор;
АНВ – агрегат начального возбуждения;
СУРГ (ФГ) – систему управления рабочей (форсировочной) группой. СУРГ управляет углом открытия тиристоров.
Самая быстродействующая система возбуждения, т.к. она основана на безинерционном принципе;
Чрезвычайно надежная система, ввиду отсутствия вращающихся частей, кроме самой ОВ;
Крайне экономичная система.
Наличие контактных колец в присоединении ОВ;
При близких КЗ напряжение на зажимах генератора снижается, что влечет за собой снижение мощности системы возбуждения.
Для того чтобы противодействовать этому в конструкцию вводится форсировочная группа, которая включается при близких КЗ и дает удвоенное напряжение.
Если же ФГ не помогает, то в нейтраль включена обмотка ПТ, аоторая позволяет преобразовать силу тока в мощность системы возбуждения.
§3 Тиристорная система независимого возбуждения
Применяется для блоков 500 – 800 МВт.
Рис. 77 – Принцип устройства тиристорной системы независимого возбуждения
Источник постоянного тока – тиристорный выпрямитель (ТВ), питаемый генератором постоянного тока, который сидит на одном валу с основным генератором.
СУТВ – система управления тиристорным выпрямителем;
ОВВ – обмотка возбуждения возбудителя.
Независимая система возбуждения, не нужно напряжение на статоре, а только лишь вращение ротора.
Высокое быстродействие.
Наличие контактных колец и щеток, влияет не только на надежность системы, но и на ее габарит.