книги из ГПНТБ / Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций

ная шлифовка при ремонте и шлифовка на работающем возбудителе должна производиться стеклянной шкуркой, так как карборундовая пыль от наждачной шкурки может привести к замыканию между коллекторными пластинами. Кроме того, карборундовые зерна более жестки, чем стек­ лянные, они легко въедаются в медь, при работе возбуди­ теля не разрушаются, а углубляются в коллектор. Часто рекомендуется после шлифовки выполнять полировку при

помощи шкурки, смазанной вазелином. Полировка загряз­ няет коллектор и после нее приходится очищать промежутки между пластинами от смеси вазелина с пылью. Как пока­ зывает многолетний опыт, необходимости в полировке нет, и в большинстве случаев ее не производят.

При ремонте возбудителя миканит между коллекторными пластинами должен быть выбран (продорожен) на глубину 1,5—2 мм. Если произво­ дится проточка, то продороживание коллектора це­ лесообразно произвести до проточки. В противном слу­ чае в результате снятия слоя меди миканит может выступить на поверхность коллектора, что сильно за­

труднит продороживание. Кроме того, при продороживании могут быть допущены царапины и глубокие риски на поверхности коллектора, что потребует его повторной шлифовки. Продороживание коллектора при помощи дер­ жателя и закрепленного в нем куска ножовочного полотна (рис. 7-20) является низкопроизводительной и физически тяжелой операцией. Целесообразно ее производить при­ способлением с фрезой, вращаемой от электродвигателя,

241

Продороживание следует выполнять на одинаковую глубину по всей длине коллектора, не оставляя миканит

у стенок пластин (рис. 7-21). Перед шлифовкой коллектора

скраев пластин по всей их длине острым ножом, изготовлен­ ным из ножовочного полотна (рис. 7-22), снимают фаски,

что препятствует затягиванию промежутков между пла­ стинами медью.

Щеточная траверса возбудителя должна быть собрана так, чтобы щеточные ряды располагались строго парал­

рым сдвигом по образующей коллектора, чтобы политурой и износом были охвачены и промежутки между щетками первой пары.

Если возбудитель работает без искрения, то при его ремонте следует стремиться к сохранению воздушных зазоров под полюсами такими, какими они были до раз­ борки, если даже они окажутся несколько несимметрич­

2 4 2

ными. Следует учитывать, что на заводе зазоры под полю­ сами выверяются по контрольному валу (рис. 7-24), который полезно иметь и на станции. При ремонте же они обычно измеряются непосредственно между полюсами и якорем. Наличие неровностей или наплывов лака на поверхности якоря и полюса может исказить результат замера. Кроме того, не исключено, что некоторая неравномерность зазоров могла быть специально допущена на заводе для получения симметричности магнитной системы.

Симметричность магнитной системы имеет важнейшее значение для безыскровой работы возбудителя. Проверяется она измерением сопротивления обмоток каждого главного

Рис. 7-24. Контрольный вал для выверки зазо­ ров под полюсами.

/ — штифт на резьбе; 2 — контрольный вал.

идополнительного полюсов переменному току или измерением падения напряжения на обмотках полюсов при одном

итом же токе. На обмотку возбудителя плавно подается напряжение 220 В, а на дополнительную обмотку 20—30 В. Магнитная система симметрична, если разница в падении напряжения не превышает 1—1,5%. Если она больше и возбудитель искрит, то необходимо восстановить симмет­ ричность системы путем замены магнитных прокладок под полюсами немагнитными, и наоборот, или изменением вели­ чины воздушных зазоров.

Наладка коммутации, обеспечивающая надежную безы­ скровую работу возбудителя, производится на заводеизготовителе. На станции такая наладка осуществляется только в том случае, если обычные меры — проточка и шли­ фовка коллектора, установка новых щеток одной и той же марки, тщательное выравнивание расстояний между щеточ­ ными рядами, выверка установки щеток на нейтрали,

2 4 3

восстановление симметричности магнитной системы — ис­ крения не устранили.

Наиболее полное представление о состоянии коммутации машины постоянного тока и исходные данные для расчета и настройки дополнительных полюсов можно получить путем определения зоны безыскровой работы по способу, предложенному В. Т. Касьяновым [Л. 7-19].

Одна из схем определения области безыскровой работы показана на рис. 7-25. На холостом ходу возбудителя в обмотку дополнительных полюсов и компенсационную обмотку, если она есть, от постороннего источника, например аккумуляторной батареи 12 В, емкостью 20— 60 А-ч, подается ток подпитки произвольного направления до появле­ ния искрения под щетками. Затем ток подпитки снижается и при этом

определяется величина тока, при котором искрение прекращается пол­ ностью под всеми щетками. После этого направление тока подпитки • меняется переключателем на обратное и вновь определяется величина тока, при котором искрение прекращается. Таким же образом опреде­ ляются границы прекращения искрения при нагрузке возбудителя током в 20, 40, 60, 80, 100 и 120% номинальной величины.

Откладывая на графике (рис. 7-26) по оси абсцисс ток якоря возбу­ дителя /„,а по оси ординат ток подпитки Д«, при котором искрение пре­ кращалось, получаем кривые a b ией, ограничивающие область безыскро­ вой работы.

За положительный ток подпитки принимается ток, при котором напряжение на обмотке дополнительных полюсов, замеренное по вольт­ метру, увеличивается, а за отрицательный — ток, при котором напря­ жение уменьшается. Желательно, чтобы амперметр в цепи подпитки имел нуль в середине шкалы.

Отклонение средней линии области безыскровой работы вверх от оси абсцисс, как изображено на рис. 7-26, указывает на недостаточ­ ность магнитного потока дополнительных полюсов. Для усиления дей­ ствия полюсов требуется уменьшить зазор между ними и якорем.

2 4 4

Если же средняя линия отклоняется вниз, то дополнительные полюсы чрезмерно сильны и для их ослабления требуется увеличить зазоры под ними. В хорошо настроенной машине средняя линия отклоняется от оси абсцисс только незначительно и преимущественно вниз. Расчет необходимых зазоров под дополнительными полюсами, обеспечиваю­ щих устойчивую безыскровую работу возбудителя, производится для данных, полученных при номинальном токе возбудителя по формулам,

приведенным в [Л. 7-19].

Чем шире область безыскровой работы, тем устойчивей будет рабо­ тать возбудитель без искрения. У хорошо собранных машин в опыте с номинальной нагрузкой она должна составлять 3— 5% номинального тока. Определение области безыскровой работы может производиться как в режиме нагрузки, так и в режиме к. з. Но более точные резуль­ таты получаются в режиме нагрузки.

7-7. Вибрация электрических машин и ее устранение

Вибрация электрических машин может возникнуть из-за механической неуравновешенности роторов; несимметрии электромагнитных сил; неправильной центровки валов турбин и генераторов или нарушения ее из-за тепловых деформаций или осадки фундамента, неправильной сборки или при износе деталей соединительной муфты между гене­ ратором и турбиной; износа или неправильной шабровки подшипников; появления трещин в сварке фундаментной плиты и т. д.

Вибрация может появиться также при тепловой неста­ бильности ротора. Из-за температурной деформации обмо­ ток, витковых замыканий или неравномерных потоков охлаждающего газа по вентиляционным каналам возникает неравномерный нагрев бочки ротора по окружности, что приводит к изменению упругой линии прогиба ротора и нарушению его уравновешенности. Например, для ротора длиной 8 000 мм разность температур на противоположных образующих бочки всего лишь на 2° С приводит к прогибу ротора на 0,17 мм.

У крупных двухполюсных генераторов при недостаточ­ ной жесткости конструкции корпуса статора может возник­ нуть вибрация статора с частотой, равной двойной частоте сети. Характерным признаком такой вибрации является появление ее при подаче возбуждения на ротор. Вибрация подшипников с двойной частотой может появиться вслед­ ствие неодинаковой жесткости ротора по взаимно перпен­ дикулярным осям (жесткость ротора по оси большого зуба обычно больше).

Вмощных турбогенераторах размеры контактных колец

иконсольных концов ротора, на которых они размещаются,

2 4 5

увеличены, что нередко вызывает появление значительной вибрации контактных колец.

При больших частотах вращения роторов машин даже небольшая неуравновешенность вызывает значительную несбалансированную центробежную силу, создающую вред­ ные нагрузки на ротор и подшипники и вызывающую их вибрацию.

Центробежная сила, кгс, от .неуравновешенной нагрузки определяется из следующего выражения:

lOQr (n/3000)2,

где Q — масса неуравновешенной нагрузки, кг; г — рас­ стояние неуравновешенной нагрузки от оси вращения, мм; п — частота вращения, об/мин. Например, при неуравно­ вешенности в 1 кг на радиус 500 мм и п — 3 000 об/мин центробежная сила будет равна 5 000 кгс.

Нарушение уравновешенности ранее отбалансирован­ ного ротора генератора может произойти из-за неплотной запрессовки обмотки, при ослаблении посадки бандажных или центрирующих колец. При механической неуравнове­ шенности ротора вибрация появляется уже на х. х. машины и мало зависит от изменения нагрузки.

Несимметрия электромагнитных сил, вызывающая ви­ брацию машины, может возникнуть в результате неравно­ мерного воздушного зазора или появления виткового замы­ кания в обмотке ротора. Неравномерность воздушного зазора нарушает равенство электромагнитных сил, дейст­ вующих между роторными полюсами и статором. В месте меньшего зазора электромагнитные силы больше, так как они пропорциональны квадрату индукции и обратно про­ порциональны величине'зазора. Неравномерность воздуш­ ного зазора в двухполюсных машинах может появиться только в результате эксцентричного расположения ротора относительно статора. В многополюсных генераторах она, кроме того, может возникнуть при разном расстоянии от оси ротора до поверхности полюсов. Неравномерность зазора, вызванная эксцентричным положением ротора, меньше влияет на вибрацию подшипников, чем неравномерность зазора из-за неодинакового расстояния от оси ротора до поверхности полюсов и поэтому последняя не должна пре­ вышать 2,5—3% [Л. 7-20].

При витковом замыкании магнитные потоки обоих полю­ сов двухполюсной машины остаются равными друг другу, но

2 4 9

распределение магнитной индукции станет несимметричным относительно поперечной оси ротора.

На рис. 7-27 показано распределение индукции в зазоре при двухполюсном роторе, обомотка которого условно состоит всего из шести витков. При замыканиц витка 3—3' распределение индукции в зазоре изменится, как пока­ зано на рис. 7-27, б. При этом ограниченные кривой индук­ ции площади под обоими полюсами останутся равными друг другу, так как через оба полюса проходит один и тот

Рис. 7-27. Распределение индукции в воздушном зазоре.

а — в исправном роторе; б — при витковом замыкании; в — сравнение распределения индукции (при витковом замыкании пунктир); г — срав­ нение квадратов индукции; д — результирующее усилие, действующее на ротор.

же магнитный поток (рис. 7-27, в). Однако площади квадра­ тов индукции уже не будут равны {рис. 7-27, г), вследствие чего нарушится и равенство притяжений полюсов к ста­ тору, пропорциональное квадрату индукции (рис. 7-27, 5). Неуравновешенное усилие будет перемещаться вместе с ро­ тором и вызовет вибрации, подобные тем, какие возникают при наличии неуравновешенных масс. Чем ближе короткозамкнутые витки лежат к середине полюса, тем больше одностороннее результирующее усилие, действующее на полюс, и тем больше будут вызванные им вибрации.

Одним из признаков того, что вибрация возникла из-за несимметрии магнитного потока, вызванной витковым замы­ канием или неравномерностью зазора, является зависи­ мость ее величины от тока возбуждения. При снятом воз­ буждении вибрация полностью исчезает, Однако для полу­

2 4 7

чения полной уверенности в наличии виткового замыкания, как правило, достаточно измерить сопротивление обмотки ротора переменному току при номинальной скорости вра­ щения и по мере снижения ее до нуля и сопоставить полу­ ченный результат с данными приемных испытаний.

Наличие виткового замыкания в обмотке ротора можно обнаружить также по изменению характеристик х. х. и к. з., по уменьшению активного сопротивления обмотки ротора. Однако ввиду меньшей чувствительности этих характеристик к витковым замыканиям определение по ним замыкания небольшого числа витков менее эффективно по сравнению с измерением полного сопротивления обмотки ротора.

Контроль за вибрацией турбогенераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей производится измере­ нием амплитуды ее на крышках подшипников в трех направ­ лениях: вертикальном, горизонтально-поперечном и гори­ зонтально-осевом. Оценка состояния машины производится по наихудшей вибрации любого подшипника при самом неблагоприятном по вибрации режиме работы.

Для турбогенераторов установлены следующие нормы оценки вибрации:

Амплитуда вибрации подшипников синхронных ком­ пенсаторов и разгонных электродвигателей с номинальной частотой вращения 600—1 000 об/мин не должна превы­ шать 100 мк.

На гидрогенераторах измеряются амплитуды вибрации верхней и нижней крестовин в трех направлениях: в верти­ кальном, горизонтальном «нижний бьеф—верхний бьеф» и горизонтальном «начало здания — конец здания».

Для гидрогенераторов установлены следующие нормы на вибрацию:

Измерения амплитуды вибрации проводятся после мон­ тажа, до и после капитального ремонта периодически 1 раз

2 4 8

в 3 мес, а также при заметном увеличении вибрации. При появлении вибрации, превышающей норму, определяют ее причину [Л. 7-8].

Если проведенные измерения показали, что причина вибрации состоит в неуравновешенности масс, произво­ дится балансировка ротора, при которой определяется масса грузов, необходимая для уравновешения, и место закрепления груза на роторе. Роторы генераторов подвер­ гаются динамической балансировке. Статической баланси­ ровкой их отбалансировать нельзя, так как при ней невоз­ можно определить сечение ротора, в котором находится неуравновешенная масса.

Динамическая балансировка может проводиться или на станках при скорости, пониженной против номинальной, или при вращении ротора в собственных подшипниках при номинальной скорости вращения. К недостаткам баланси­ ровки на станке относится невозможность обнаружить (устранить) нежестко закрепленный небаланс или неба­ ланс, возникающий от температурных деформаций, т. е. небаланс, появляющийся при работе агрегата на нормаль­ ной скорости вращения и в нагретом состоянии. Кроме того, балансировка на станке гибких роторов может не дать удовлетворительных результатов вследствие влияния дина­ мического прогиба при работе на рабочей скорости. Балан­ сировку гибких роторов на станке можно рекомендовать для устранения грубой неуравновешенности (после замены обмоток, клиньев и т. д.) с установкой грузов по всей длине бочки ротора и с последующей балансировкой в собственных подшипниках. Поэтому основным методом балансировки роторов в условиях электростанций является балансировка их в собственных подшипниках при номинальной частоте вращения.

Балансировка роторов генераторов является специфи­ ческой операцией, выполняемой опытными специалистамибалансировщиками. Технология балансировки и аппара­ тура приведены в [Л. 7-8].

7-8. Сушка генераторов и синхронных компенсаторов

Компаундированная изоляция обмоток в среде воздуха с умеренной влажностью, характерной для машинных залов, практически не поддается объемному увлажнению даже при длительном нахождении машины в резерве, ремонте или монтаже. При этом, как правило, может насту­

2 4 9

пить лишь легко устранимое поверхностное увлажнение изоляции. Однако не следует полагать, что машины с ком­ паундированной изоляцией вообще не подвержены силь­ ному увлажнению и что можно во всех случаях обойтись без сушки обмотки. При попадании на обмотку большого коли­ чества воды, например из системы пожаротушения, при затоплении машины, или при длительном воздействии воды (в течение суток и более) из-за течи газоохладителей, эле­ ментов водяного охлаждения электрическая прочность изоляции, особенно при наличии в ней трещин, пустот, может понизиться до аварийного состояния. Следует учи­ тывать также, что в обмотке имеется некомпаундированная изоляция соединений стержней и катушечных групп.

При длительном соприкосновении с влажным воздухом, не говоря уже о попадании воды или пара, влага может проникнуть во все слои изоляции головок. Одновременно будут увлажнены поверхности лобовых частей стержней и шпагатные бандажи, наложенные на них. В результате во время работы машины или при подъеме на ней напряжения перед включением в сеть может наступить пробой между увлажненными головками соседних стержней, принадлежа­ щих разным фазам, или на каком-либо другом участке обмотки.

Вопрос о допустимости включения генератора и син­ хронного компенсатора без сушки после ремонта со сменой обмотки, монтажа или попадания воды согласно инструкции СН 241-63 должен решаться по результатам определения характеристик изоляции.

Генераторы и синхронные компенсаторы с напряжением ниже 15,75 кВ могут быть включены без сушки, если соблюдены три условия:

абсолютное значение сопротивления изоляции обмотки статора при температуре 75° С не ниже значения, опреде­ ленного по формуле, МОм,

1 0 0 0 + 0 ,01Р ’

где U — номинальное напряжение машины, В; Р — номи­ нальная мощность машины, кВт; значение коэффициента абсорбции не менее 1,2;

характеристика зависимости токов утечки через изоля­ цию обмотки от испытательного напряжения выпрямленного тока не должна иметь крутой изгиб (рис. 7-28, кривые 1—12)

2 5 0