Перегрузки синхронных генераторов
Во время работы синхронного генератора его обмотки и активная сталь нагреваются и изоляция обмоток постепенно стареет. Причиной этого являются загрязнение, увлажнение, окисление кислородом воздуха, воздействие электрического поля и электрических нагрузок и т. д. Но главной причиной старения изоляции является ее нагрев. Срок службы изоляции класса В при температуре нагрева ее до 120 С составляет около 15 лет, а при нагреве до 140 С сокращается почти до 2 лет.
Различают симметричные и несимметричные перегрузки. Допустимая длительность симметричной перегрузки по току статора зависит от ряда факторов и задается изготовителями генераторов в виде графика (рис. 1.8). Несимметричные по фазам токи создают магнитное поле, приводящее к вибрации ротора и к появлению в его сердечнике токов двойной частоты. Эти токи имеют наибольшую плотность по торцам (рис. 5). Чтобы вибрация и температура ротора не достигли опасных значений, задают допустимый ток обратной последовательности статора:
I2 = (0,1-0,2) Iном .
Рис.
1.8. Допустимая перегрузка генератора
Рис. 1.9. Токи ротора при несимметричной перегрузке
Системы охлаждения генераторов
Чтобы температура генераторов во время их работы оставалась в допустимых пределах, необходим непрерывный отвод теплоты от них, который выполняется при помощи системы охлаждения. По способу отвода теплоты системы охлаждения подразделяются на косвенные и непосредственные.
В косвенных системах охлаждающий газ подается внутрь генератора и прогоняется через зазор и вентиляци-онные каналы. Тепло от обмоток передается газу через их изоляцию. Косвенное охлаждение бывает воздушное (проточное и замкнутое), а также непосредственное (водородное, водяное, водородно-водяное и масляное).
В непосредственных системах охлаждающее вещество соприкасается с проводниками обмоток, минуя их изоляцию и сталь зубцов.
Некоторые виды систем охлаждения даны на рис.1.10, где для проточной системы упрощенно показан корпус генератора, для замкнутой - корпус генератора и система водяных радиаторов, для водородно-водяной - паз ротора с проводником коробчатого сечения. Стрелками показано направление движения охлаждающего воздуха.
Рис. 1.10. Системы охлаждения генераторов
Воздушное охлаждение. Существуют две системы воздушного охлаждения - проточная и замкнутая. В проточной системе воздух поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу. Вместе с воздухом в генератор попадают пыль и влага, что сокращает его срок службы. Проточную систему охлаждения применяют редко и лишь в турбогенераторах мощностью до 2 МВ·А, а также в гидрогенераторах до 4 МВ·А.
В замкнутой системе воздух циркулирует по замкнутому контуру. Нагретый в машине воздух в воздухоохладителе проходит через систему трубок, по которым циркулирует вода. Отсутствие притока свежего воздуха облегчает ликвидацию пожара в машине. Замкнутая воздушная система применяется в большинстве гидрогенераторов, а также в турбогенераторах мощностью до 12 МВт и синхронных компенсаторах до 16 МВ·А. В крупных турбогенераторах применяется замкнутая водородная система охлаждения.
Водородное охлаждение эффективнее воздушного, так как водород как охлаждающий газ по сравнению с воздухом имеет ряд существенных преимуществ. Он имеет в 1,51 раза больший коэффициент теплопередачи, в 7 раз более высокую теплопроводность. Последнее обстоятельство предопределяет малое тепловое сопротивление прослоек водорода в изоляции и зазорах пазов. Значительно меньшая плотность водорода по сравнению с воздухом позволяет уменьшить вентиляционные потери в 8-10 раз, в результате чего КПД генератора увеличивается на 0,8-1 %.
В водородно-водяной системе проводники статора (иногда и ротора) имеют внутри каналы, по которым проходит вода, а в зазоре между статором и ротором циркулирует водород, охлаждающий магнитопроводы генератора. В качестве охлаждающей воды используется дистиллированная или химически очищенная вода, подаваемая через шланги. Ее циркуляция идет под давлением, создаваемым насосами охлаждающей воды. Такая система охлаждения применена в турбогенераторе ТГВ-500.
Преимущества водорода по сравнению с воздухом:
в 1,51 раза бóльший коэффициент теплоотдачи; более высокая теплопередача;
в 14 раз меньшая плотность (вентиляционные потери снижаются в 8-10 раз);
отсутствие окисления изоляции;
не поддерживается горение.
Недостаток: в смеси с воздухом водород взрывоопасен.
Источником водорода на современных ТЭС являются электролизные установки. В них водород получают электролизом воды. В отдельных случаях водород доставляется в баллонах с электролизерных заводов. При заполнении корпуса генератора водородом воздух сначала вытесняют инертным газом (обычно углекислотой) во избежание
Образования гремучей смеси. После того как весь объем будет заполнен углекислотой, ее вытесняют водородом. Выделение водорода (перед ремонтом) производят углекислотой, которая затем вытесняется сжатым воздухом.
В турбогенераторах с криогенным охлаждением имеется возможность значительного увеличения плотности тока и магнитной индукции, уменьшения почти до нуля потерь в обмотке возбуждения. Эти факторы позволяют примерно в 2 раза сократить длину и массу машин, облегчить их транспортировку и монтаж, снизить синхронное и переходное индуктивное сопротивление генератора.