III.1.2. Номинальные параметры синхронного генератора

К ним относятся:

а) номинальная частота вращения n_н об/мин;

б) номинальное напряжение U_H, кВ – линейное напряжение обмотки статора в номинальном режиме. Эти напряжения согласованы в ГОСТе с напряжением электрических сетей и образуют следующий ряд (см. табл. III.1.).

Таблица III.1

Тип схем	Схемы ГРУ и блочные			Блочные схемы
UН, кВ	(3,15)	6,3	10,5	(13,8)	(15,75)	18	20	21	24

Примечание: напряжения в скобках относятся к выпущенным ранее турбогенераторам и не рекомендуются последними ГОСТами;

в) номинальный ток статора I_H ,кА – это значение тока обмотки статора, при котором допускается длительная, нормальная работа генератора при номинальных параметрах системы охлаждения (температуре, давлении и расходе охлаждающей среды) и номинальных значениях мощности и напряжения;

г) номинальный коэффициент мощности , ().– угол между напряжением и током обмотки статора;

д) номинальная активная мощность Р_Н, МВт. . Номинальные активные мощности турбогенераторов установлены ГОСТом (табл.III.2.);

Таблица III.2

Тип схемы	Схема с ГРУ или блочная						Блочная схема
РН, МВт	2,5	4	6	12	32	63	100	160	200	300	500	800	1200

е) номинальная полная мощность генератора S_Н (МВА);

ж) номинальный ток ротора (ток возбуждения) , А;

з) номинальное напряжение ротора , В;

и) КПД h, %. У современных турбогенераторов оно составляет 98,6-98,8 %

III.1.3. Системы охлаждения генераторов

а) Назначение С.О.

Во время работы синхронного генератора его обмотки и активная сталь нагреваются. Предельный нагрев генератора лимитируется изоляцией обмотки статора или ротора, т.к. под воздействием тепла происходит ухудшение её изоляционных свойств и понижение механической прочности и эластичности, т.е. изоляция постепенно стареет. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается и тем меньше срок ее службы. Изоляция должна работать при такой температуре, при длительном воздействии которой она сохранит свои изоляционные и механические свойства в течение времени, сравнимого со сроком службы генератора. Эта температура и будет характеризовать нагревостойкость изоляции.

По нагревостойкости изоляционные материалы делятся на 7 классов (см. табл. III.3).

Таблица III.3.

Класс нагревостойкости	У	А	Е	В	F	H	G
Допустимая температура, С0	90	105	120	130	155	180	>180

Материалы, применяемые для изоляции обмоток турбогенераторов и гидрогенераторов относятся к классу, B,F и H.

б) Классификация систем охлаждения.

Классификация представлена на рис. III.2.

Рис. III.2. Классификация систем охлаждения турбогенераторов: ОС – обмотка статора; ОР – обмотка ротора

в) Типы и характеристика охлаждающих сред

Турбогенераторы выполняются с воздушным, водородным, водородно-водяным и водомасляным охлаждением.

В качестве охлаждающей среды применяют:

1. газы (воздух, водород);

2. жидкости (дистиллированная вода, трансформаторное масло).

К свойствам охлаждающей среды относятся: 1) теплоотводящая способность; 2) затраты энергии на создание ее циркуляции; 3) пожароопасность; 4) степень ее влияния на изоляцию (возможность окисления изоляции при взаимодействии с охлаждающей средой).

Сравнительные теплоотводящие свойства сред приведены в таблице III.4. Здесь же указано их влияние на изоляцию и на пожароопасность генератора.

Таблица III.4.

Охлаждающая среда	Давление, МПа	Физ. свойства в долях показателей воздуха		Пожаро-опасность	Степень влияния на изоляцию
		плотность	теплоотвод. способность
Воздух	0,1	1	1	поддерживает горение	окисляет изоляцию
Водород	0,13	0,07	1,44	не поддерживает горение	не окисляет изоляцию
	0,2	0,14	2,75
Трансформ. масло	0,1	848	21	поддерживает горение	очень слабо окисляет изоляцию
Дистилир. вода	0,1	1000	50	не поддерживает горение	не окисляет изоляцию

Наибольшей теплоотводящей способностью обладают жидкости (вода и масло), хотя затраты энергии на создание их циркуляции больше, чем для воздуха и водорода, которые являются менее плотными.

Пожароопасность определяется свойством охлаждающей среды поддерживать горение внутри генератора. Если охлаждающая среда поддерживает горение, то необходима установка системы пожаротушения внутри генератора.

Степень влияния на изоляцию и пожаробезопасность зависят от наличия кислорода в охлаждающей среде.

Следует отметить, что у машин с водородным охлаждением должна быть обеспечена высокая газоплотность корпуса масляными уплотнениями в целях исключения попадания воздуха внутрь генератора и образования взрывоопасной гремучей смеси, которая получается при определенных соотношениях водорода и кислорода.

г) Отличие косвенной (КСО) от непосредственной системы охлаждения (НСО)

При КСО охлаждающая среда (воздух или водород) циркулирует в зазоре между ротором и статором, а также в вентиляционных каналах сердечника статора. Поэтому тепло, выделяемое в проводниках обмотки статора и обмотки ротора, поглощается охлаждающим газом лишь после того, как оно пройдет либо через пазовую изоляцию (Q₁) и сталь ротора или статора (Q₂), либо через пазовую изоляцию (Q₃) и пазовый клин ротора или статора (Q₄) (см. рис. III.3.а). Говорят, что охлаждающая среда соприкасается с медью косвенным путем.

При НСО охлаждающая среда непосредственно соприкасается с медью обмоток, благодаря чему основная часть тепла, выделяемого в меди (Q_г) отводится непосредственно к охлаждающей среде, минуя изоляцию, сталь и клин (см. рис. III.3.б)

Следовательно, при НСО теплоотводящие свойства среды могут быть использованы более эффективно, чем при КСО.

а)	б)
Рис. III.3. Отвод тепла охлаждающей средой от обмоток при КСО (а) и НСО (б): 1, 7 – элементарные проводники обмоток статора и ротора; 3, 6 – сталь статора и ротора; 4, 9 – пазовый клин; 2, 8 – пазовая изоляция обмоток статора и ротора; 5 – воздушный зазор; 10 – направление движения охлаждающей среды

д) Отличие проточной воздушной системы охлаждения от замкнутой

При проточной СО воздух (охлаждающая среда), пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу (см. рис. III.4.а). Такая СО применяется только для генераторов небольшой мощности (до 3 МВт включительно), т.к. с воздухом, несмотря на наличие фильтров, в машину попадает пыль.

Для более крупных генераторов, требующих большого количества воздуха, применяют замкнутую вентиляцию (замкнутую СО), при которой в машине циркулирует одно и то же количество воздуха. Нагретый воздух охлаждается в охладителе и снова поступает к активным частям машины под воздействием вентилятора (рис. III.4.б). Отсутствие притока воздуха извне облегчает ликвидацию пожара в машине.

а)	б)

Рис. III.4. Проточная (а) и замкнутая (б) системы охлаждения: Г – генератор; В – вентилятор; Ф – фильтр; О – охладитель.

е) Типы замкнутых систем охлаждения

Воздушное косвенное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 6 и 12 МВт. Буквенного кода не имеет.

Водородное косвенное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 32 МВт. Обозначается буквой В – водород.

Водородное смешанное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 63 и 100 МВт. Здесь обмотка статора имеет косвенное, а обмотка ротора и сердечник статора – непосредственное водородное охлаждение. Буквенный код ВФ (В – водород; Ф – форсированное охладение).

Водяное непосредственное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 63 и 800 МВт. Здесь обмотка статора, обмотка ротора и сердечник статора охлаждаются непосредственно водой. Буквенный код 3В (3В – три воды).

Водомаслянное непосредственной охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью 300 и 500 МВт Здесь сердечник и обмотка статора непосредственно охлаждаются маслом, а обмотка ротора – непосредственно водой. Буквенный код ВМ (В – вода; М – масло).

Водородное непосредственное охлаждение применяется только для турбогенераторов типа ТГВ-200 и ТГВ-300 с номинальными мощностями 200 и 300 МВт соответственно. Здесь обмотка статора, обмотка ротора и сердечник статора охлаждаются непосредственно водородом. Буквенный код В (В – водород).

Водородноводяное непосредственное охлаждение применяется для генераторов с номинальной активной мощностью от 160 до 1200 МВт. Здесь обмотка статора охлаждается непосредственно водой, а обмотка ротора и сердечник статора – непосредственно водородом. Буквенный код ВВ (В – водород; В – вода).

Примечание: для турбогенераторов ТГВ-500 применяется также водородноводяное непосредственное охлаждение, где обмотка статора и обмотка ротора охлаждаются непосредственно водой, а сталь статора – непосредственно водородом.