8.3.12. Режимы работы гидрогенераторов

Изменение напряжения. Обычно гидрогенераторы рассчитывают так, чтобы при изменении действующего значения напряжения на выводах обмотки статора в пределах + 5 % номинального они развивали номинальную мощность при номинальном коэффициенте мощности. При 105% напряжения ток статора должен быть понижен до 95% номинального, а при 95% напряжения он может быть повышен до 105%. При снижении напряжения ниже 95% номинального увеличение тока свыше 105% обычно не допускается даже в том случае, когда температура обмотки статора остается в допустимых пределах. Это объясняется тем, что перепад температуры в изоляции от потерь в меди возрастает пропорционально квадрату тока, а чрезмерное увеличение перепада температуры приводит к значительным относительным перемещениям слоев изоляции, к необратимым деформациям в ней и в результате — к снижению срока службы изоляции.

Гидрогенераторы допускают также продолжительную работу при повышении напряжения до 110%. Однако ввиду увеличения потерь в стали и вызываемых ими местных нагревов, а также роста тока и нагрева обмотки возбуждения сохранить при этом номинальную мощность не удается. Обычно при повышении напряжения свыше 105% номинального полная мощность снижается примерно на 2% с каждым процентом повышения напряжения. Работа при напряжении свыше 110% номинального не допускается.

Изменения температуры воды и воздуха. Работа гидрогенератора с температурой охлаждающего воздуха свыше 35 °С при замк-

нутом цикле вентиляции и свыше 40 °С при разомкнутом не предусматривается, за исключением режимов сушки. Воздухоохладители обеспечивают номинальную нагрузку гидрогенераторов и возбудителей при температуре поступающей в воздухоохладители и теплообменники воды не выше 28 °С.

В отдельных случаях, при установке в районах с жарким тропическим климатом, гидрогенераторы рассчитывают для условий работы при более высокой температуре входящего охлаждающего воздуха, которая превышает температуру поступающей в воздухоохладители воды обычно на 7 — 10 °С.

В зимнее время снижение температуры охлаждающей воды позволяет уменьшить температуру воздуха, что в свою очередь дает возможность в известных пределах повысить мощность гидрогенератора, сохранив температуру его обмотки статора неизменной.

Однако увеличение мощности ограничивается и в этом случае перепадом температуры в изоляции.

При понижении температуры охлаждающего воздуха с 35 до 30 °С допустимо увеличение мощности гидрогенератора на 0,75% на каждый градус повышения температуры. При понижении температуры охлаждающего воздуха с 30 до 25 °С мощность может быть увеличена на 0,25% на каждый градус понижения температуры воздуха. При понижении температуры охлаждающего воздуха ниже 25 °С дальнейшее повышение нагрузки не допускается.

Работа гидрогенератора при температуре охлаждающего воздуха ниже +15 °С не рекомендуется, а ниже + 10 °С не допускается, так как при этом возможно нарушение изоляции обмотки статора. В зимнее время не следует также переохлаждать воздухоохладители во избежание конденсации на них влаги (отпотевания). Обычно осуществляется сезонное регулирование расхода охлаждающей воды через воздухоохладители.

Изменения частоты. При изменении частоты в пределах + 2,5 % номинальной (48,75 — 51,25 Гц) гидрогенератор сохраняет номинальную мощность. Однако при уменьшении частоты относительно номинальной повышение напряжения гидрогенератора сверх номинального не допускается. Это обусловлено тем, что при снижении частоты для поддержания постоянного напряжения приходится увеличивать магнитный поток, а также ток ротора. При одновременном повышении напряжения местные нагревы сердечника и обмотки статора, а также тем-

пература обмотки ротора могут превысить допустимые пределы.

В отдельных случаях могут иметь место также ограничения при работе гидрогенератора с повышенной против номинальной частотой и с большим напряжением. При повышении частоты увеличиваются добавочные потери в меди обмотки статора и на поверхности полюсных наконечников, а потери в сердечнике статора изменяются незначительно. В результате нагрев обмотки статора не выходит из допустимых пределов. При повышении напряжения из-за роста потерь в стали статора в напряженных в тепловом отношении гидрогенераторах может иметь место возрастание температуры обмотки статора выше допустимой. По этой причине для отдельных типов гидрогенераторов не допускается работа при повышенной частоте и увеличенном напряжении по сравнению с номинальным.

Допустимые перегрузки по току статора и ротора. Условия нагрева обмоток при кратковременных перегрузках близки к условиям адиабатического процесса, так как количество тепла, успевающего за короткий промежуток времени рассеяться во внешнюю среду, незначительно. Во избежание нарушений изоляции, вызванных тепловыми деформациями при удлинении обмотки из-за ее нагрева, обычно ограничивают кратковременное повышение температуры обмотки 15 °С.

Обмотки с непосредственным водяным охлаждением обладают большей перегрузочной способностью по сравнению с обмотками с косвенным воздушным охлаждением при малых кратностях перегрузок, но из-за высокой номинальной плотности тока допускают меньшую длительность перегрузок большой кратности. Допустимые длительности перегрузок обмоток гидрогенераторов приведены в табл. 8.9.

Таблица 8.9. Допустимые длительности перегрузок обмоток по току, мин

	Обмотка	статора	Обмотка	возбуждения
Крат-	Воздуш-	Водя-	Воздуш-	Водяное или
ность	ное	ное	ное	форсирован-
пере-	охлаж-	охлаж-	охлаж-	ное воздушное
грузки	дение	дение	дение	охлаждение
2,0	50 с	20 с	50 с	20 с
1,5	2	1	2	50 с
1,4	3	1,25	3	1
1,3	4	2,5	4	1,5
1,25	5	4	5	2
1,2	6	6	6	2,75
1,15	15	15	10,5	4
1,1	60	Длительно

Несимметричная нагрузка. При несимметричных нагрузках генератора появляются обратно вращающиеся магнитные поля первой и высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в демпферной обмотке, на поверхности полюсных башмаков и в обмотке возбуждения. Чрезмерные нагревы мест соединений короткозамыкающих сегментов демпферной обмотки токами обратной последовательности могут привести к ее разрушению. Несимметричные нагрузки вызывают также пульсации момента с основной частотой 100 Гц, в результате чего возникают вибрации статора и ротора, которые при длительном воздействии могут привести к разрушению крепления сердечника статора и межполюсных соединений ротора. По этим причинам несимметричная нагрузка ограничивается токами обратной последовательности и должны приниматься меры для снижения продолжительности несимметричной нагрузки.

В зависимости от системы охлаждения, мощности гидрогенератора, наличия демпферной системы допускается работа при следующих разностях токов по фазам, %:

Гидрогенераторы с косвенным воздушным охлаждением и мощностью 125 МВ-А и выше........15

То же мощностью менее 125 MB ■ А . . .20

Гидрогенераторы с непосредственным жидкостным охлаждением.....10

Гидрогенераторы без демпферной системы ..............10

Наибольший ток при несимметричной нагрузке ни в одной из фаз не должен превышать номинального.

Снижение допустимой разности токов в фазах для крупных гидрогенераторов обусловлено более высоким уровнем электромагнитных, тепловых и механических нагрузок и, следовательно, большей напряженностью конструкций машин. Еще большим использованием характеризуются гидрогенераторы с применением форсированных систем охлаждения, и в частности непосредственного водяного, что приводит к необходимости снижать допустимую разность токов в фазах до 10%.

Несимметричные короткие замыкания. Гидрогенераторы могут выдержать лишь кратковременные несимметричные короткие замыкания, так как токи обратной последовательности, достигающие больших значений, могут привести к выходу из строя генератора из-за возможных повреждений ротора от местных нагревов и вибраций.

В практике принято определять допусти-

мую длительность несимметричных коротких замыканий исходя из термической стойкости демпферной системы.

Гидрогенераторы допускают кратковременные несимметричные короткие замыкания при условии, что произведение квадрата среднего тока обратной последовательности 1₂ (в долях номинального тока статора) на время продолжительности короткого замыкания г_к в секундах не превосходит определенного значения:

1\Ь « С.

Обычно для гидрогенераторов с косвенным воздушным охлаждением С = 40, для гидрогенераторов с форсированным охлаждением С = 20 -г 30.

Работа с заземленной фазой. Если в одной из фаз гидрогенератора или сети, подключенной непосредственно к его выводам, имеют место замыкания на землю, то такой режим является аварийным. Напряжения незаземленных фаз в этом случае возрастают и могут достигать полных линейных напряжений, что ведет к соответствующему увеличению градиента напряжения в изоляции обмотки статора и тем самым повышает вероятность ее повреждения. Наличие же двух мест замыканий на землю в обмотке статора чревато опасностью пожара в генераторе с выгоранием стали сердечника статора и необходимостью проведения в последующем большого объема восстановительных ремонтных работ.

По этой причине работа гидрогенератора с заземлением одной из фаз не допускается, при появлении «земли» генератор должен быть аварийно отключен от сети и развозбужден.

Асинхронный режим. Асинхронный режим гидрогенератора может наступить в результате потери возбуждения, неудачной самосинхронизации, несвоевременного отключения участка сети с коротким замыканием, сброса большой нагрузки при сохранении электрической связи с системой и т. п.

В асинхронном режиме имеют место большие пульсации тока и напряжения, вызывающие вибрации гидрогенератора и значительные механические усилия в отдельных узлах. Кроме того, в обмотке возбуждения генератора, вращающегося асинхронно, наводится значительная ЭДС, которая при размыкании цепи возбуждения может привести к пробою изоляции ротора. Поэтому асинхронный режим не допускается сколько-нибудь длительное время и при выпадении из синхронизма машина должна быть аварийно отключена от сети.

Допустимые вибрации и шумы. При работе гидрогенераторов имеют место вибрации различных узлов и их элементов, обусловленные воздействием переменных аэродинамических, электромагнитных и механических нагрузок.

Допустимая вибрация (удвоенная амплитуда колебаний)в горизонтальной плоскости крестовины гидрогенератора со встроенным в нее направляющим подшипником при вертикальном исполнении или вибрация подшипников при горизонтальном исполнении гидрогенератора во всех режимах работы при номинальной частоте вращения устанавливается следующей:

Номинальная частота                                                                                                            _b2?ZhTmm

вращения, об/мин                                                                                                                                       '"tТодее '

До 187,5........ 0,18

187,5-375....... 0,12

375-750........ 0,10

В вертикальном направлении гидрогенератор должен выдерживать вибрации турбины не более указанных выше.

Допустимая вибрация сердечника статора с частотой колебаний, равной удвоенной частоте перемагничивания, не должна превосходить 30 мкм. Более высокие вибрации частоты (100 Гц) и рост их с током нагрузки свидетельствуют, как правило, о неудачно выбранном чередовании катушечных групп обмотки статора. В этих случаях оказывается целесообразным изменение электрической схемы обмотки статора. Максимальная интенсивность шума, измеренного на расстоянии 1 м от гидрогенератора, работающего в режиме холостого хода, не должна превышать 85 дБ.