Системы охлаждения генераторов

Во время работы в генераторах возникают потери энергии, вызывающие нагрев его элементов. Хотя КПД генераторов высок и потери составляют всего 1.5 - 2%, абсолютные потери достигают 10 МВт в машине 800 МВт, что приводит к значительному повышению температуры активной стали, меди и изоляции. При этом предельный нагрев лимитируется изоляцией обмоток.

Синхронные генераторы имеют искусственное охлаждение. Различают системы искусственного охлаждения:

- поверхностное или косвенное;

- непосредственное.

В качестве охлаждающей среды в генераторах применяются газы (воздух и водород) и жидкости (вода и масло).

Косвенные системы охлаждения

При поверхностном или косвенном охлаждении охлаждающий газ подается с помощью встроенного или внешнего вентилятора внутрь машины и прогоняется через ее воздушный зазор и систему вентиляционных каналов. При этом газ не соприкасается с проводниками обмоток, и тепло от них передается охлаждающему газу через изоляцию обмоток, пазовую изоляцию и сталь зубцов, т.е. через значительный "тепловой барьер".

Косвенные системы охлаждения могут быть воздушными и водородными.

Воздушные системы охлаждения могут быть:

-проточными;

-замкнутыми.

При проточном охлаждении воздух забирается извне через очистительные фильтры, прогоняется через машину и выбрасывается наружу. Оно применяется для генераторов небольшой мощности (ТГ – до 2 МВА, ГГ – до 4МВА), так как с воздухом в машину поступает пыль, несмотря на фильтры.

Для крупных генераторов применяют замкнутую систему охлаждения, когда один и тот же объем воздуха циркулирует в машине. Нагретый в машине воздух выходит через специальный патрубок в камеру горячего воздуха, проходит через воздухоохладитель (орошаемый водой) и через камеру холодного воздуха возвращается в машину.

Для восполнения потерь воздуха в результате утечек предусмотрен забор воздуха через двойные масляные фильтры в камере холодного воздуха.

Замкнутые системы охлаждения выполняются по двум схемам:

- осевые;

- многоструйные.

Осевая схема предусматривает прохождение охладителя через зазор между статором и ротором, а также через вентиляционные осевые каналы статора. Недостатком является неравномерность охлаждения обмотки в начале и в конце обмотки по движению воздуха.

Эффективность вентиляции повышается при разделении потока охлаждающего воздуха на несколько струй.

Многоструйная радиальная схема охлаждения предусматривает деление системы вентиляции вертикальными (перпендикулярно валу) плоскостями по секции. В каждую секцию воздух поступает из воздушного зазора или специального осевого канала и проходит через радиальные вентиляционные каналы в отводящие камеры.

Воздушное охлаждение применяется в турбогенераторах до 12 МВт и гидрогенераторах до 150- 160 МВт.

Более крупные генераторы и синхронные компенсаторы экономически выгоднее снабжать водородным охлаждением.

Водородные системы охлаждения обеспечивают лучший отвод тепла, так как водород имеет в 7 раз большую теплопроводность и в 1,44 раза больший коэффициент теплоотдачи с поверхности. Это позволяет увеличить мощность ТГ на 15 - 20%, или сберечь при той же мощности на 15- 30% активные материалы. Еще более повышается эффективность охлаждения при повышении давления водорода.

За счет водородного охлаждения также:

- снижаются потери на трение ротора;

- более долговечной становится изоляция, так как в среде водорода не образуется озона, ее разрушающего);

-меньше вероятность пожара, так как водород не поддерживает горения.

Наряду с этим водородное охлаждение создает трудности:

- во избежание образования взрывоопасной смеси с воздухом необходима надежная изоляция вентиляционной системы и поддержание повышенного давления;

- корпус генератора должен быть более прочным (больше затраты металла и выше качество сварки);

- стоимость выше на 40%, но эта добавочная стоимость окупается за 2 - 3 года.

Источником водорода на ТЭС являются установки электролиза воды. Реже водород доставляют в баллонах.

Для гидрогенераторов водородное охлаждение не применяется, т.к. большие размеры не позволяют создать надежную изоляцию вентиляционной системы от окружающего воздуха.