III.1.2. Номинальные параметры синхронного генератора

К ним относятся:

а) номинальная частота вращения n_н об/мин. Частота вращения турбогенераторов на ТЭС составляет 3000 об/мин., а на АЭС 1500 или 3000 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.

а).

б).

Рис. III.2. Классификация систем охлаждения: а). для турбогенераторов; б). для гидрогенераторов. (ОС – обмотка статора; ОР – обмотка ротора)

в) Отличие систем охлаждения турбогенератора и гидрогенератора.

1). В гидрогенераторах водородное охлаждение не применяется из-за больших размеров этих машин, при которых трудно создать газоплотный корпус;

2). Охлаждение ротора турбогенератора менее эффективно чем у гидрогенератора, т.к.:

• форма сердечника ротора гидрогенератора более благоприятна для отвода от нее тепла, чем форма ротора турбогенератора;

• ротор турбогенератора не имеет вентиляционных каналов, а ротор гидрогенератора имеет.

3). Максимальные номинальные мощности для одинаковых систем охлаждения у гидрогенератора всегда выше; чем у турбогенератора.

4). Воздушная НСО применяется только в гидрогенератора.

г) Типы и характеристика охлаждающих сред

В качестве охлаждающей среды применяют:

1. газы (воздух, водород);

2. жидкости (дистиллированная вода, трансформаторное масло).

Турбогенераторы выполняются с воздушным, водородным, водородно-водяным и водомасляным охлаждением, гидрогенераторы – только с воздушным, водяным и воздушно-водяным.

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.

Т.к. дистиллированная вода циркулирует только внутри проводников обмоток и не соприкасается с изоляцией, то она не влияет на пожаробезопасноть генератора и изоляцию обмоток.

Следует отметить, что у турбогенераторов 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.

д) 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 газовую 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

е) 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, 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.