книги из ГПНТБ / Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения

вторых, вентили монтируются непосредственно у входа в часть турбины низкого давления, что уменьшает свободный объем

пара.

Внедрение аварийного регулирования мощности турбин на­

ходится еще в начальной стадии. В 1970—1971 гг. были успешно

испытаны два турбоагрегата одной тепловой электростанции на

В СССР выполнены оригинальные работы в области APB

сильного действия с дополнительными сигналами для повышения устойчивости генераторов и наиболее интенсивного демпфиро­ вания их качаний. В 50-х годах вместо сигналов первой и второй производных угла электропередач, измерение которых представ­ ляет большие трудности, были предложены и реализованы на Волжской ГЭС им. В. И. Ленина сигналы первой и второй произ­

водной ток.а. Выявление таких сигналов требовало использования трансформаторов тока линий электропередач на высоком напря­ жении. Кроме того, при наличии нескольких линий, отходящих от электростанций, нужно было следить за током наиболее нагру­ женной линии, В связи с этим позднее были предложены и в даль­

нейшем широко внедрены APB сильного действия, реагиру­ ющие на отклонение частоты и ее первую производную. Такие регуляторы были рассмотрены выше. В данном случае выяв­ ление дополнительных сигналов производится наиболее про­ стым путем от трансформатора напряжения на выводах гене­

ратора.

Советский Союз продолжает занимать ведущее место в мире

вобласти разработок и изготовления APB. Тем не менее важно

познакомиться с положением, существующим в настоящее время

вдругих странах. В этом отношении представляет интерес работа проф. Войпио, опубликованная в журнале «Электра» международ­ ной организации СИГРЭ, в которой по странам приводятся све­ дения об использовании дополнительных сигналов в APB [133].

Австралия — в APB первых турбогенераторов мощностью 500 МВт с целью повышения устойчивости в режимах недовозбужде-

ния и демпфирования колебаний роторов используются сигналы: отклонения тока статора и производной внутреннего угла гене­

ратора.

Англия — проводится изучение APB с добавочными сигна­ лами от внутреннего угла генератора.

Дания — в качестве дополнительного сигнала учитывается отклонение мощности, измеряемое ваттметровым датчиком.

Италия — для демпфирования колебаний роторов вводится сигнал изменения тока возбуждения. Изучаются такие допол­

212

нительные сигналы, как мощность, активная составляющая тока статора, изменение скорости генератора.

Канада — для APB мощных гидрогенераторов применяется

сигнал, пропорциональный интегралу от скорости изменения мощности, измеряемый датчиком Холла.

Румыния — применяются дополнительные сигналы от вну­

треннего угла генератора и его производной.

США — вводятся сигналы, пропорциональные скорости и частоте машины, а также мощности. В качестве датчиков приме­

няются: тахометр, датчики Холла и частоты.

Финляндия — применяется дополнительный сигнал от трех­ фазных датчиков мощности Холла.

Франция — рассматривается применение сигнала, пропорцио­ нального активной мощности.

ФРГ — применяются дополнительные сигналы по мощности

(датчик Холла) и по внутреннему углу.

Швеция — для демпфирования колебаний ротора в отдельных случаях используется сигнал мощности генератора, измеряемой датчиком Холла.

135. - ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

1. По своей структурной схеме и надежности работы автома­ тический регулятор типа АРВ-СД является наиболее совершен­

ным в мировой технике. Однако в нем применяются магнитные усилители, поэтому в отношении его исполнения регулятор может

быть усовершенствован за счет перехода на интегральные схемы.

2.Для характеристики статической устойчивости генераторов

срегуляторами сильного действия обычно используются области

устойчивости в координатах ʌ/ и Настройка системы регулиро­ вания должна быть такой, чтобы при различных режимах работы

генератор был устойчивым. Для этого необходимо, чтобы в каж­ дом из режимов область устойчивости была достаточно большой. При развитии и объединении энергосистем электростанции ока­ зываются связанными с другими станциями и потребителями энер­ гии все большим количеством связей. В этих условиях для обес­

печения статической устойчивости во всех возможных режи­ мах работы генераторов, электростанций и линий электропе­

редач потребуется расширение областей устойчивости для

отдельных режимов. Для этой цели должны быть проведены научно-исследовательские работы по выявлению дополнитель­ ных сигналов и наиболее простых способов их практической

реализации.

3. Во время аварий на линиях электропередач отдельные цепи двухцепных линий или отдельные одноцепные линии могут отклю­ чаться. В этих условиях уменьшается пропускная способность

213

ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ

НОВЫЕ СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ

14. - СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Создание турбогенераторов все больших мощностей связано,

как это было показано выше, с существенным увеличением элек­

тромагнитных и механических нагрузок машин. Однако уровень надежности турбогенераторов не должен снижаться по мере уве­ личения их мощностей. В этих условиях особенно важное значе­ ние приобретает развитие методов контроля технологических процессов производства турбогенераторов, а также способов их контроля и защиты во время эксплуатации. В связи с большим количеством методов и способов контроля и защиты, применяе­ мых в производстве и на электростанциях, невозможно привести даже краткое их изложение. Поэтому ниже рассматриваются только новые способы контроля и защиты, которые были разра­ ботаны в самое последнее время в СССР и за рубежом и начинают

с участием ВНИИэлектромаш, а также работы ведущей зарубеж­ ной фирмы «Дженерал Электрик» (США).

142. - ТЕПЛОВИЗОР КАК СРЕДСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СБОРКИ СЕРДЕЧНИКОВ СТАТОРОВ

Нагрев сердечника статора генератора происходит в результате потерь энергии на гистерезис и вихревые токи и, кроме того, по­ терь энергии от токов, образующихся в листах стали при наличии

местных областей повышенной электропроводности. Такие об­

ласти могут возникнуть в связи с несовершенством изоляции ли­ стов, наличием заусенцев на краях листов, повреждением изоля­ ции листов стали при опрессовке сердечника, в результате зади­ ров стали при заклиновке обмотки и др. Поскольку наружная сторона спинки сердечника статора замкнута призмами, на кото­

рых собирается сердечник, то в зонах повышенной электропровод­

ности появляются добавочные токи и потери энергии в листах Стали. При этом в местах повреждения изоляции или замыкания

215

листов возникают повышенные нагревы, которые в конечном счете могут привести к «пожару» стали сердечника. В связи с добавоч­

ными токами и потерями энергии внутренняя поверхность сер­ дечника имеет обычно неравномерный нагрев.

Для выявления мест повышенного нагрева поперечное сечение сердечника статора охватывается несколькими витками кабеля,

по которому пропускается переменный ток, создающий в спинке сердечника максимальную магнитную индукцию 1.4 Тл. Места

повышенного нагрева выявляются термопарами, а сразу же после отключения питания витков кабеля — проверкой нагрева рукой. Ясно, что такие способы контроля нагрева сердечника статора являются несовершенными, так как число термопар ограничено, а при проверке рукой невозможно быстро охватить большую поверхность. Поиски более совершенного способа контроля нагрева

сердечника в процессе производства, а также при ремонтах на

электростанциях завершились созданием нового аппарата — теп­ ловизора. Тепловизор был разработан Государственным оптиче­

ским институтом им. С. И. Вавилова совместно с ВНИИэлектро-

машем и ЛЭО «Электросила».

Тепловизор дает возможность получить карту теплового поля внутренней поверхности расточки сердечника в процессе его нагрева при наличии магнитного потока, а также в процессе осты­

вания. Такие тепловые карты позволяют точно определить место­ положение очагов перегрева на внутренней поверхности сердеч­ ника, а также дать качественную оценку областей нагрева внутри сердечника.

Тепловизор состоит из трех отдельных блоков: оптической головки, самоходного шасси и электронного блока (рис. 14-1).

Оптическая головка во время работы устанавливается на само­

ходное шасси. Движущаяся часть прибора соединяется с элек­ тронным блоком с помощью кабеля.

Оптическая головка включает вращающуюся часть, состоя­ щую из объектива 1 и диагонального зеркала 2, и неподвижную

часть, состоящую из приемника излучения 3 (неохлаждаемого фотосопротивления с батареей) и усилителя 4. Подвижная часть головки приводится во вращение с малой скоростью 2 об./сек. от

синхронного двигателя с редуктором 5. В результате обеспечи­

вается круговой просмотр элемента круговой поверхности. Самоходное шасси перемещает головку вдоль оси расточки

статора. Колеса каретки 6 приводятся в движение от электро­ двигателя через редуктор и трансмиссии. Колеса имеют бочко­ образный профиль и перемещаются вдоль естественного рельефа поверхности расточки, создаваемой чередованием пазов и зуб­ цов. На одном из колес расположен датчик отсчета хода (счетчик метров). На каретке установлены концевые выключатели, обес­

печивающие остановку шасси в конце прямого и обратного пути. Благодаря вращательному движению скандирующего устрой­

216

ства - и поступательному движению головки, обзор поверхности расточки ведется по винтовой линии. Для просмотра всей поверх­

ности статора вращательное и поступательное движения согла­ суются таким образом, чтобы исключалась возможность про­ пуска или перекрытия просматриваемых элементов поверхности.

Электронный блок располагается вне статора и соединяется с головкой; тепловизора с помощью соединительного кабеля 18.

12 S

Рис. 14-1. Блок-схема тепловизора.

стоящего из объектива и диагонального зеркала; 6 — каретка с четырьмя колесами; 7 — электродвигатель для привода в движение каретки; 8 — датчик отсчета хода; 9 — бара­ бан с двумя спиралями; 10 — длинная и короткая линейки; 11 — кассета с рулоном элек­ трохимической бумаги; 12 — ролик протяжки бумаги; 13 — синхронный двигатель с ре­ дуктором; 14 — блок усилителя и коррекции плотности записи; 15 — блок фазирования двигателей 5 и 13; 16 — блок питания; 17 — блок управления тепловизором; 18 — соеди­

нительный кабель.

Электронный блок включает записывающее устройство, блок вторичного усиления 14, блок питания 16, блоки автоматики и управления.

Записывающее устройство состоит из барабана 9 с двумя круго­ выми спиралями (длинной и короткой). Обе спирали и барабан

служат одним электродом, к которому питание подводится через кольцо и щетку. Большая спираль используется для записи теп­ лового поля, а малая — для отметки расстояния вдоль расточки статора на теплокарте. Барабан приводится во вращение синх­ ронным двигателем с редуктором 13. Этот двигатель работает синхронно с двигателем 5. Над барабаном располагается кассета

11 с рулоном фотохимической бумаги; ниже его размещен ролик

217

Эти линейки прижимают бумагу к спиралям барабана. Длинная линейка служит вторым электродом по отношению к большой спирали. Сигнал на короткую линейку подается через переклю­ чатель счетчика метров 8. Электрохимическая бумага проходит

между электродами, через нее протекает ток, величина которого зависит от интенсивности инфракрасного излучения. Более теп­ лым местам на поверхности расточки статора соответствуют более светлые места на электрохимической бумаге. Скорость вращения скандирующего устройства и скорость записи согла­ суются, поэтому один виток, просматриваемый на поверхности статора, записывается в виде одной строки на электрохимической

бумаге.

C помощью блока фазирования 15 производится совмещение края записи на электрохимической бумаге с выбранной образую­ щей внутренней поверхности статора.

Основные данные тепловизора: диапазон измеряемых темпера­ тур от 20 до 50° С, диапазон фокусировки аппарата 550—750 мм,

размер записи изображения 180 мм, видимое на теплокарте тепло­ вое разрежение составляет 1—20 С; скорость скандирования 2 об./мин., скорость просмотра по длине 10 мм/сек., скорость записи на бумаге 2 строки/сек., скорость протяжки бумаги 0.38—0.6 мм/сек.

143. - ИСКАТЕЛЬ МЕСТНЫХ ПЕРЕГРЕВОВ

Этот прибор (рис. 14-2), разработанный во ВНИИэлектромаше, служит для определения отклонения радиационной тем­

пературы поверхности от заданного уровня. Он может приме­

няться для дистанционного определения температур и неоднород­ ности нагрева любых объектов, имеющих одинаково окрашен­ ную поверхность. Такой прибор может использоваться для контроля сердечников статоров на предмет отсутствия коротких замыканий между листами, нагрева конструктивных элементов и обмоток статоров электрических машин. Принцип действия этого прибора позволяет применить данный способ для опре­ деления нагрева бандажных колец перед посадкой их на бочку

ротора, для измерения температуры вращающихся частей и др. Прибор состоит из двух частей. Первая часть включает оптичес­

кий блок 1, стрелочный прибор 7 и световой сигнализатор 8.

Вторая часть содержит электронную часть схемы. На лицевой стороне панели электронной части схемы расположена рукоятка уставки температуры, а также переключатель для выбора диапа­ зона температур. Обе части прибора соединены коротким кабе­

лем, поскольку вторая часть прибора предназначена для ноше­ ния на ремне.

218

Термоэлемент 2 измеряет температуру поверхности относи­ тельно корпуса оптического блока 1. Температура корпуса опре­ деляется с помощью термометра сопротивления 4. Сигналы обоих

датчиков складываются, и из них вычитается сигнал устройства выбора уставки 5. Поэтому прибор 7 показывает отклонение от за­

данной уставки. Световой сигнализатор 8 отмечает момент пре­ вышения температуры поверхности над температурой уставки.

Основные технические данные прибора следующие: значение уставки температуры от —5 до +1250 С, число диапазонов 5, погрешность определения температуры +0.5° С, инерционность измерения около 2 сек., видимый угловой размер объектов кон­ троля должен быть не менее 0.1, общий вес прибора не превышает

3 кг.

14. - СИСТЕМА ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ (CTK)

Система теплового контроля в модификациях СТК-50, CTK-IOO,

СТК-150 и СТК-200 была разработана ВНИИэлектромаш

рами, что и СТК-50.

Функции системы CTK:

1)сравнение контролируемой по данному каналу температуры

сдвумя индивидуальными уставками — предупредительной и аварийной;

2)в случае превышения значений предупредительной уставки

осуществление световой сигнализации по каждому каналу кон­ троля, по группе из 10 каналов, по блоку из 5 групп, по панели

ипо GTK в целом, когда имеется 2 панели;

3)в случае превышения значений аварийной уставки проведе­

ние световой сигнализации: групповой, блочной и общей (по GTK

в целом);

219

4)ретрансляция общих сигналов на пульт управления элек­ тростанции;

5)автоматическая регистрация температуры по группе кана­ лов, в которой хотя бы в одном из каналов наблюдается превы­ шение предупредительной уставки, с указанием номера группы

иномера капала;

6) снятие диаграммы температур всех каналов по команде с пульта управления электростанции или нажатием соответствую­ щей кнопки на лицевой панели GTK;

Рис. 14-3. Принципиальная схема индивидуальной ячейки сравнения.

I — питание моста контроля; II — питание магнитных модуляторов; III —в схему проф­ контроля; IV — к групповому предупредительному реле Г П; V —в схему узловой сиг­ нализации; VI — к групповому аварийному реле; VII — на измерение; VIII —на ре­ гистрацию.

7)регистрация температур по любой из групп по команде дежурного персонала с помощью нажатия кнопки на панели CTK;

8)измерение температуры любого из каналов, фиксирующейся по прибору на лицевой стороне панелей GTK.

Температурный диапазон GTK составляет от 0 до 150° С, при этом уставки можно изменять ступенями через 5o G.

Для уменьшения уровня наводок, особенно от систем тири­ сторного возбуждения, используются специальные термометры сопротивлений бифилярного типа, а также специальные типы соединительных кабелей.

Основным элементом CTK является ячейка сравнения (рис. 14-3). Она состоит из мостовой схемы, магнитного модулятора, трац-

220