книги из ГПНТБ / Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций

турбиной, и конец вектора ОА будет перемещаться при изме­ нении coscp по прямой АВ. Если турбина способна повышать свою мощность сверх номинальной (как это имеет место, на­ пример, для теплофикационных машин типа КО и КОО), то в части режимов при повышенных коэффициентах мощности генератор сможет работать при номинальной полной мощ­ ности (участок АА' диаграммы).

При работе в емкостном квадранте в режимах с недовозбуждением (влево от прямой ОБ) активная мощность генера­ тора ограничивается устойчивостью его работы.

Работа в режиме недовозбуждения все чаще практикуется в современных энергосистемах в часы провала нагрузки из-за избытков реактивной мощности и невозможности кратковре­ менных остановок крупных генераторов. Такой режим осуще­ ствим только при применении автоматического регулирования

шение активной нагрузки генератора для обеспечения устой­ чивости в области низких cos ф (участок GF диаграммы мощ­ ности). В табл. 8 приведены допустимые нагрузки турбогене­ раторов в режимах недовозбуждения [13].

В практике эксплуатации для определения допустимых на­ грузок в режимах перевозбуждения пользуются не диаграм­ мой мощности, а так называемой картой допустимых нагру­ зок, позволяющей одновременно оценить влияние температуры охлаждающей среды, напряжения и соэф. Такие карты состав­ ляются для каждой машины на основании специальных экс­ плуатационных испытаний на нагрев. Исходными условиями для их составления являются сохранение полной мощности ге­ нератора при отклонении напряжения на ±5, увеличение мощности при снижении температуры охлаждающей среды и уменьшение мощности при повышении температуры этой среды.

В табл. 9 приводятся для иллюстрации карты нагрузок генераторов ТВФ-60-2, 6,3 кВ, р80Д = 2 кгс/см2 и ТВВ-300-2,

20кВ, рвод = 3,5 кгс/см2.

Вмашинах со смешанным водородно-водяным охлажде­ нием статора повышение нагрузки при уменьшении темпера­ туры охлаждающей среды не допускается, так как темпера­ туры газа и воды могут изменяться независимо и затруднить контроль нагрузок настолько, что нагрузка генератора из-за неправильной оценки условий охлаждения может быть увели­ чена до недопустимых значений.

Следует учесть также возможность длительной перегрузки генераторов по току при изменении давления водорода в ма­ шинах с косвенным и непосредственным охлаждением обмоток

130

(рнс. 98). Из этих зависимостей следует также, что при пони­ жении давления водорода нагрузка генератора должна пони­ жаться.

132

§ 35. Допустимые перегрузки статора и ротора

Кратковременные перегрузки статора и ротора по току, не­ обходимость в которых возникает довольно часто при работе автоматики, форсировке возбуждения, работе различных ви­ дов АПВ, асинхронных режимах и т. п., допускаются в до­ вольно широких пределах (табл. 10 и 11).

* При работе с перегрузкой по току более 10 мин требуется повыше­ ние давления водорода не менее чем на 0,5 кгс/см2.

■отсутствии автоматики меры по снятию перегрузки должны быть ука­ заны в инструкции.

При определении допустимых перегрузок учитывают си­ стему охлаждения машин, ее конструктивные особенности и необходимость сохранения электрических и механических свойств изоляции. Для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора учитывается еще не­ допустимость вскипания охлаждающей воды или теплового разложения масла при повышенных нагревах, сопровождаю­ щих перегрузки. Для роторной обмотки очень важно также не превысить наибольшую разность температур между медью об­

133

мотки и сталью бочки ротора, при которой могут возникнуть остаточные деформации стержней и повреждение изоляции об­ мотки ротора.

При анализе режима перегрузки исходят из классического уравнения нагрева, учитывающего как отвод тепла от обмот­ ки, так и повышение ее температуры:

активного сопротивления меди; а •—коэффициент теплоотдачи Вт/(см2-град); F — поверхность охлаждения обмотки, см2; с —

температуры обмотки. Отсюда искомая зависимость превыше­ ния температуры от времени

- д<;„ - - д о [i - exp (-f) ]•

где постоянная времени процесса

у. cG

1 ==~^F’

Нам важно выяснить время, за которое будет достигнут предельный перегрев и которое, следовательно, представит собою допустимую длительность перегрузки. Предполагая, что нагрев происходит по адиабатическому закону, получим

o.F dt° = О,

и все тепло добавочных потерь пойдет на повышение темпера­ туры обмотки:

ДР = / 8/?£ф = с О - ^ - .

Так как

И

а

G = тlq,

134

то

Отсюда допустимая длительность перегрузки генератора с косвенным охлаждением тДОпп при известной длительности Тдоп! заданной перегрузки (обычно двойной или полуторакрат­ ной) равна:

Так как допустимая длительность полуторакратной перегрузки для генераторов с косвенным охлаждением обмотки статора и ротора по ГОСТу составляет 2 минуты, то

Эта формула применима как для обмотки ротора, так и ста­ тора.

Для генераторов с непосредственным охлаждением учиты­ вают неравномерный подогрев охлаждающей среды в каналах стержней, а также увеличение постоянной времени нагрева. ГОСТ для турбогенераторов ТГВ, ТВВ и ТВМ устанавливает, длительность полуторакратной перегрузки не две, а одну, минуту. Поэтому для статоров турбогенераторов этих типов

135

Для роторов с непосредственным охлаждением допустимая длительность двукратной перегрузки установлена в 20 секунд, отсюда

Длительность двукратной перегрузки ротора турбогенератора 800 МВт предварительно установлена в 15 секунд, т. е.

Меньшая перегрузочная способность генераторов с непо­ средственным охлаждением по сравнению с генераторами кос­ венного охлаждения объясняется более высокими номиналь­ ными плотностями тока в их обмотках и неравномерностью нагрева обмотки при перегрузках из-за подогрева охлаждаю­ щей среды в каналах.

§ 36. Пусковые режимы

Включение мощных генераторов в сеть производится спо­ собом точной синхронизации, а в аварийных случаях разреша­ ется для всех типов машин, в том числе и с непосредственным охлаждением, применение способа самосинхронизации.

Способ точной синхронизации требует соблюдения ряда условий: отклонения напряжений генератора и сети по вели­ чине не более 5—8% и по углу не более 15°, отклонения ча­ стоты не более 0,1%. Подгонка напряжения и частоты гене­ ратора, как правило, занимает много времени, и поэтому в аварийных условиях, когда требуется быстрый ввод резервной мощности, разрешается применять способ самосинхронизации. При этом способе генератор, частота которого уравнивается с частотой сети лишь приблизительно, с точностью до 2%, вклю­ чается в сеть без возбуждения, после чего генератор возбуж­ дается и втягивается в синхронизм.

Скорость подъема напряжения генератора не ограничива­ ется, но нагрузка его повышается постепенно. В нормальных условиях скорость изменения нагрузки агрегата определяется

время первого нагружения скорость изменения реактивной на­ грузки, не связанная, вообще говоря, с изменением активной нагрузки, может оказаться весьма высокой. При этом измене­ ние токовой нагрузки генератора будет происходить также с очень высокой скоростью. Другой случай, когда возможны

136

такие быстрые изменения токовой нагрузки генератора, — это регулирование активной нагрузки, например в диапазоне 70— 100% мощности агрегата, когда генератор работает в пиковом режиме или регулирует частоту. В этих случаях возникает не­ обходимость дополнительного рассмотрения поведения обмо­ ток статора и ротора генератора, так как тепловые постоянные времени этих обмоток (в минутах) на порядок отличаются от тепловой постоянной времени активной стали генератора

(табл. 12).

П р и м е ч а н и е . Тепловая постоянная времени для активной стали т = 40 мим.

Вследствие различия тепловых постоянных стали и меди, резкие изменения нагрузки машины будут приводить к относи­ тельному перемещению стержней обмотки в пазах и могут вызвать механические повреждения изоляции, ее смятие или разрывы. Наиболее вероятны такие повреждения изоляции у обмоток регулирующих машин, часто меняющих свою на­ грузку.

Ввиду того что условия теплового расширения стержней

•обмоток статора и ротора существенно различаются, так как обмотка статора неподвижна, а обмотка ротора вращается, то их поведение в условиях быстрого нагревания и охлажде­ ния должно быть рассмотрено раздельно.

При увеличении нагрузки статора и тепловом удлинении ■стержней его обмотки одновременно происходит и деформа­ ция изоляционной оболочки, подвергающейся растягивающим усилиям.

В [18] подробно рассмотрен наиболее неблагоприятный слу­ чай внезапного повышения нагрузки статора машины с микалентной компаундированной изоляцией. Так как механические напряжения в материале изоляции зависят от скорости дефор­ мации (рис. 99), а из-за значительной силы сцепления медь и ■изоляция удлиняются одинаково, то для выяснения поведения изоляции в условиях переменной нагрузки достаточно устано­

137

вить скорость деформации стержня обмотки при повышении

Здесь скорость повышения температуры может быть опреде­ лена в предположении адиабатического нагрева по прибли­ женной формуле

Рис. 99

Принимая линейный коэффициент теплового расширения меди ем =16,5-10_6 мм/мм-град, находим выражение для скорости относительного удлинения стержня при плотности тока в нем, равной / А/мм2,

Отсюда скорость относительного удлинения стержня при вне­ запном приложении к нему полной токовой нагрузки с обыч­ ной для современных мощных машин номинальной плот­ ностью тока 5—7 А/мм2

v — = 0,125 — 0,250 ■10-3 мин-1 .

Ввиду того что возникающие при этих скоростях деформа­ ции напряжения растяжения не превосходят значений в 90— 100 кгс/см2, а разрушающие напряжения при этом больше

138