Специальный курс. Тема 2.3. «Режимы работы генераторов серии: ТВФ, ТВВ, ТЗФП и других типов» Подготовил: ст. преподаватель кафедры ЭГиПП Непша Федор Сергеевич сот. т ел. 8-904-994-25-15 e -mail: nepshafs@gmail.com
Основная масса турбогенераторов в России изготавливаются концерном «Силовые машины» (заводом «Электросила» г. Санкт-Петербург), ОАО «Привод» г. Лысьва и НПО «Элсиб» г. Новосибирск. Согласно ГОСТ 533-2000 (взамен ГОСТ 533-85, ГОСТ 533-93) принята шкала номинальных мощностей турбогенераторов: 1,2; 2,5 ; 4; 6; 12; 32; 63; 110; 160; 220; 320; 500; 800; 1000; 1200 МВт. Номинальный cosφ принят равным: 0,8 — для генераторов до 100 МВт; 0,85 — для турбогенераторов до 500 МВт и гидрогенераторов до 300 МВт; 0,9 — для более мощных генераторов. 2
Т, ТА (2,5-20 МВт) – с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора и ротора и непосредственным охлаждением сердечника статора; Выполняются с воздушным охлаждением мощностью от 2,5 до 20 МВт (КВЗ - до 12 МВт, выше 12 МВт – НВЗ). Турбогенераторы имеют закрытое исполнение и самовентиляцию по замкнутому циклу. Сердечник статора состоит из пакетов, разделённых вентиляционными каналами. Обмотка статора двухслойная с укороченным шагом. 3
4 Генераторы типа Т, ТА (Технические данные) Таблица 1
ТФ – с непосредственным воздушным охлаждением обмотки ротора и сердечника ротора, с косвенным охлаждением обмотки статора ; ТЗФ – с непосредственным охлаждением воздухом обмотки ротора, сердечника статора и косвенным охлаждением обмотки статора (по трехконтурной схеме); ТЗФА – асинхронизированные турбогенераторы, имеющие на роторе 2 обмотки возбуждения с непосредственной системой воздушного охлаждения; 5 Генераторы типов ТФ, ТЗФ, ТЗФА (общие сведения)
ТЗВ (800 МВт) – с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора дистиллированной водой, с косвенным водяным охлаждением активной стали сердечника с заполнением внутреннего пространства генератора воздухом при атмосферном давлении; ТВФ (63-120 МВт) – с непосредственным водородным охлаждением обмотки ротора по схеме самовентиляции и косвенным водородным охлаждением обмотки статора и непосредственным водородным охлаждением активной стали сердечника. 6 Генераторы типов ТЗВ, ТВФ (общие сведения)
ТВВ (160-1200 МВт) – с непосредственным охлаждением обмотки ротора и железа сердечника водородом и непосредственным охлаждением обмотки статора водой. В обозначении типоразмеров буква Е означает принадлежность к единой унифицированной серии; буква К – изготовление бандажных колец ротора из коррозионно-стойкой стали. ТВМ (500 МВт) – с непосредственным охлаждением обмотки и железа статора кабельным маслом, обмотки ротора – водой. 7 Генераторы типов ТВВ, ТВМ (общие сведения)
Номинальным напряжением генератора называют то напряжение, при котором он предназначен для нормальной работы. Номинальная мощность генератора определяется как длительно допустимая нагрузка при определенной расчетной температуре охлаждающего вещества (газа или жидкости) и длительно допустимой температуре нагрева обмотки и стали статора и обмотки ротора. 8 (1)
Номинальный ток статора определяется по формуле 9 Номинальные параметры ТГ Номинальный ток ротора – это максимальный ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5 % номинального значения при номинальном коэффициенте мощности. (2)
Номинальный коэффициент мощности – cosφ у большинства синхронных генераторов равен 0,8 и 0,85. У генераторов мощностью 800 – 1200 МВт он равен 0,9. Коэффициент полезного действия характеризует генератор при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. У современных турбогенераторов номинальный КПД колеблется в пределах 97,5 – 98,9 %. Чем мощнее генератор, тем выше его КПД. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности КПД генератора уменьшается. 10 Номинальные параметры ТГ
Характеристики синхронных генераторов устанавливают функциональную зависимость между их параметрами режима - U, I и i f - при f = f 1 = const (или n 1 = n н = const ) и cos φ = const. Выделяют три семейства характеристик: Нагрузочные характеристики (в т.ч. характеристика ХХ). Внешняя характеристика Регулировочные характеристики (в т.ч. характеристика КЗ) 11
12 Основные характеристики генераторов ( н агрузочные характеристики) Рис. 1. Характеристика холостого хода СГ ( I=0 ) (3)
13 Основные характеристики генераторов ( н агрузочные характеристики) Рис. 2. Индукционная нагрузочная характеристика СГ.
14 Основные характеристики генераторов (внешние характеристики) Рис. 3. Внешние характеристики синхронного генератора (4)
15 Основные характеристики генераторов (регулировочные характеристики) (5) Рис. 4. Регулировочные характеристики синхронного генератора
16 Основные характеристики генераторов (характеристика КЗ, ОКЗ) Рис. 5. Определение отношения короткого замыкания (характеристика КЗ – I) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) НЯП СГ ОКЗ = 0,4-1,0; ЯП СГ ОКЗ = 0,8-1,8.
17 Основные характеристики генераторов (Угловая характеристика) Рис. 6. Угловая характеристика синхронного генератора (9) (10)
18 Основные характеристики генераторов ( U- образные характеристики) Рис. 7. U-образные характеристики синхронного генератора
19 № п/п ЭС Энергоблок, агрегат Тип генератора P ном, МВт U ном, кВ cos φ ном I ном.ст., А U f ном, В I f хх, А I f ном, А Система возбуждения Тип возбудителя Тип системы АРВ КПД, % 1 ТУГРЭС (9 ТГ) Блок №1-3, ТГ ст. №1-3 ТВ2-100-2 100 13,8 0,85 4925 400 280 648 ТН ВТ-300-3000 н/д 98,4 Блок №4,5, ТГ ст. №4,5 ТВФ-125-2У-3 125 10,5 0,85 8086 315 654 1850 ТС СТС-2П-350-2050-2,5 УХЛ4 н/д 98,4 Блок №6-9, ТГ ст. №6-9 ТВВ-200-2А 200 15,75 0,85 8625 300 1100 2500 ВЧ ВГТ-2700-500 н/д 98,6 2 Беловская ГРЭС (6 ТГ) Блок №1,2,3,5, ТГ ст. №1-6 ТВВ-200-2А 200 15,75 0,85 8625 300 940 2540 ВЧ ВГТ-2700-500 н/д 98,6 Блок №4,6, ТГ ст. №4,6 ТВВ-220-2ЕУ3 220 15,75 0,85 9490 310 830 2400 ВЧ ВГТ-2700-500 н/д 98,6 Параметры электроэнергетического оборудования электростанций Кузбасса Таблица 2
№ п/п ЭС Энергоблок, агрегат Тип генератора P ном, МВт U ном, кВ cos φ ном I ном.ст., А U f ном, В I f хх, А I f ном, А Сист. возб-я Тип возб-ля Тип сист. АРВ КПД, % 3 Кемеровская ГРЭС (9 ТГ) ТГ ст. №3 Т-32-2В 32 10,5 0,8 2199 180 207 582 БЩ ВБД -210 3000 в3 СВБД-180-3000 98,3 ТГ ст. №5 ТФП-36-2-У3 36 10,5 0,8 2474 165 302 863 БЩ БВД-130-3000У3 СВБД-250-3000 98,3 ТГ ст. №6-7 Т-12-2 12 10,5 0,8 825 255 86 254 БЩ БВД -80 3000 БВУГ-21 СВБД-225-300 97,8 ТГ ст. №9 ТВФ-60-2 70 6,3 0,85 7550 280 675 1635 М ВТ-450-3000 ЭПА-305 98,1 ТГ ст. №10 ТВФ-63-2 63 6,3 0,8 7210 280 538 1465 М 98,3 ТГ ст. №11 ТВФ-120-2 100 10,5 0,8 6875 310 640 1715 ВЧ ВТД -490 3000У3 ЭПА-120 98,4 ТГ ст. №12-13 ТВФ-110-2Е 110 10,5 0,8 7560 н/д 623 1740 ТС СТС-370-2500 УЭТМ СТС-370-2500 98,4 20 Параметры электроэнергетического оборудования электростанций Кузбасса Продолжение Таблицы 2
№ п/п ЭС Энергоблок, агрегат Тип генератора P ном, МВт U ном, кВ cos φ ном I ном.ст., А U f ном, В I f хх, А I f ном, А Сист. возб-я Тип возб-ля Тип сист. АРВ КПД, % 4 Кемеровская ТЭЦ (4 ТГ) ТГ ст. №2-3 Т-12-2 10 6,3 0,8 1376 220 92 320 БЩ ШУВ-2К-5-60 н/д 97,8 ТГ ст. №4 ТФП-36-2У3 30 6,3 0,8 4124 176 302 863 БЩ ЩВ-2Е-40МБ н/д 98,3 ТГ ст. №7 Т-32-2В 30 6,3 0,8 3666 н/д 235 630 БЩ СВБД-180-630-6,3 н/д 98,3 21 Параметры электроэнергетического оборудования электростанций Кузбасса Продолжение Таблицы 2
№ п/п ЭС Энергоблок, агрегат Тип генератора P ном, МВт U ном, кВ cos φ ном I ном.ст., А U f ном, В I f хх, А I f ном, А Сист. возб-я Тип возб-ля Тип сист. АРВ КПД, % 5 Ново-Кемеровская ТЭЦ (8 ТГ) ТГ ст. №7 ТВФ-63-2ЕУ3 80 6,3 0,8 7217 212 620 1840 ТС СТС-250-2000-2,5 АРВ СДП1М 98,3 ТГ ст. № 9-10 ТВФ-60-2 60 10,5 0,8 4125 197 622 1540 М ВТ-450-3000 ЭПА-305 98,1 ТГ ст. №11 ТВФ-63-2 63 6,3 0,8 7210 204 538 1465 М ВТ-450-3000 ЭПА-305 98,3 ТГ ст. №12-13 ТВФ-63-2 63 6,3 0,8 7210 204 538 1465 М ВТ-450-3000 ЭПА-305 98,3 ТГ ст. №14 ТВВ-160-2У3 160 18 0,85 6040 360 746 2300 ТН СТН-400-2550-2,5 АРВ СДП1М 98,5 ТГ ст. №15 ТВФ-110-2ЕУ3 110 10,5 0,8 7560 293 623 1740 ТС СТС 2-330-1930-2,5 УХЛ4 МП Simoreg Si e mens 98,4 22 Параметры электроэнергетического оборудования электростанций Кузбасса Продолжение Таблицы 2
№ п/п ЭС Энергоблок, агрегат Тип генератора P ном, МВт U ном, кВ cos φ ном I ном.ст., А U f ном, В I f хх, А I f ном, А Сист. возб-я Тип возб-ля Тип сист. АРВ КПД, % 6 Новокузнецкая ГТЭС (2 ТГ) ТГ ст. №14-15 ТЗФГ-160-2М 15,75 149 0,8 6828 230 580 1650 ТС СТСН-2П-270-1900-2,5 УХЛ4 AVR-3MT ООО "АСУ-ВЭИ" 98,5 23 Параметры электроэнергетического оборудования электростанций Кузбасса Обозначения систем возбуждения: М - машинный возбудитель; ВЧ - высокочастотный переменного тока 500 Гц с твердыми выпрямителями; НТ - независимое тиристорное; БЩ - бесщёточное возбуждение; СТ - статическая быстродействующая тиристорная; Продолжение Таблицы 2
Системы охлаждения подразделяются на: косвенные (проточные и замкнутые), непосредственные (внутрипроводниковые) смешанные. По конструкционному исполнению системы охлаждения подразделяются: радиально-многоструйные, радиально-вытяжные (одноструйные), аксиальные, аксиально-радиальные. 24
25 Системы охлаждения электрических машин (классификация) Рис. 8. Системы охлаждения генераторов: КВЗ-косвенное воздухом; НВЗ – непосредственное воздухом; КВР – косвенное водородом; НВР – непосредственное водородом; НВ – непосредственное водой; НМ – непосредственное маслом.
При косвенном охлаждении охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентиляторов, встроенных в торцы ротора, подается внутрь генератора и прогоняется через немагнитный зазор и вентиляционные каналы. Газ не соприкасается с проводниками обмоток статора и ротора и тепло, выделяемое ими, передается газу через значительный тепловой барьер — изоляцию обмоток. При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество (газ или жидкость) соприкасается с проводниками обмоток генератора, минуя изоляцию и сталь зубцов, т. е. непосредственно. 26 Системы охлаждения электрических машин (классификация)
Проточную систему охлаждения применяют редко и лишь в турбогенераторах мощностью до 2 MBА. В турбогенераторах мощностью более 2,5 МВт и в гидрогенераторах мощностью более 10-12 МВт воздушное охлаждение выполняют по замкнутой системе. С воздушным охлаждением изготовляют, как правило, турбогенераторы мощностью до 12 МВт и синхронные компенсаторы — до 15 MBА включительно. 27 Системы охлаждения электрических машин (воздушное охлаждение)
28 Системы охлаждения электрических машин (воздушное охлаждение) Рис. 9. Замкнутая система воздушного охлаждения турбогенератора (генераторы типа Т, ТА )
Большая допустимая мощность при тех же размерах турбогенератора и избыточном давлении водорода в корпусе 0,005 МПа повышается на 15-20 %, а при давлении 0,2 МПа — на 35 %, так как коэффициент теплоотдачи от поверхности к газу выше, чем для воздуха: для водорода — в 1,51 раза, а для его смеси с 3% воздуха — в 1,35 раза. Высокая теплопроводность (в 7 раз превышает теплопроводность воздуха). При сохранении мощности на прежнем уровне экономится 15...30 % активных материалов, необходимых для изготовления машины. 29 Системы охлаждения электрических машин (преимущества водородного охлаждения)
Низкие потери на вентиляцию и трение ротора о газ (уменьшаются в 10 раз, так как плотность чистого водорода в 14,3 раза меньше плотности воздуха), Высокий КПД машины (на 0,7... 1 % больше). Меньшая опасность развития пожара в машине при ее повреждении, так как водород не поддерживает горение. 30 Системы охлаждения электрических машин (преимущества водородного охлаждения)
водородное охлаждение в обслуживании сложнее, чем воздушное; водород образует с воздухом взрывоопасную смесь в широком диапазоне концентраций (от 4 до 75 %); в машине всегда приходится поддерживать давление выше атмосферного. 31 Системы охлаждения электрических машин (недостатки водородного охлаждения)
32 Системы охлаждения электрических машин (косвенная схема водородного охлаждения) Рис. 10. Схема многоструйной радиальной вентиляции в турбогенераторах: 1 - камеры холодного газа; 2 - камеры горячего газа; 3 - газоохладители. (генераторы типа ТВ, ТВ2 )
33 Системы охлаждения электрических машин (схема газового хозяйства) Рис. 11. Принципиальная схема газового хозяйства водородного охлаждения: 1-манометр; 2 – электроконтактный манометр; 3- газоанализатор, 4 – блока регулирования и фильтрации; 5- вентиль; 6- углекислотный баллон; 7- осушитель водорода; 8 – указатель жидкости; 9 – клапан давления водорода; 10 – водородный баллон; 11 – предохранительный клапан.
34 Системы охлаждения электрических машин (непосредственное водородное охлаждение) Рис. 12. Конструкция вентиляционного канала в обмотке ротора с непосредственным охлаждением: а - продольный разрез; б и в – поперечные косые разрезы по пазу ротора. ( ТВФ ).
35 Системы охлаждения электрических машин (непосредственное водородное охлаждение) Рис. 13. Разрез паза статора (а) ротора (б) генератора типа ТГВ 1- пазовый клин 2 - корпусная изоляция, 3 - массивный элементарный проводник, 4 - газовые трубки, 5 - бочка ротора, 6 - дюралюминиевый клин, 7 - подклиновая изоляция, 8 - полувитки обмотки, 9 - горизонтальный вентиляционный канал
36 Системы охлаждения электрических машин (непосредственное водяное охлаждение) Рис. 14. Устройство ввода и вывода воды для охлаждения обмотки статора (ТВВ)
37 Системы охлаждения электрических машин (непосредственное водяное охлаждение) Рис. 15. Принципиальная схема охлаждения обмоток статора и ротора и стали ротора ТГВ-500 мощностью 500 МВт
38 Системы охлаждения электрических машин (непосредственное масляное охлаждение) Рис. 16. Принципиальная схема циркуляции масла в ТГ типа ТВМ : 1 — корпус генератора, 2 — сердечник статора, 3 — нажимные плиты сердечника, 4 — обмотка статора, 5 — изоляционный цилиндр, 6 — ротор, 7 — масляный насос; 8 — маслоохладитель; 9 — магистрали охлаждающей воды
39 Системы охлаждения электрических машин (непосредственное масляное охлаждение) Рис. 17. Разрез паза генератора типа ТВМ: 1— клин обмотки статора; 2 — изоляционная теплостойкая бумага; 3 — элементарные проводники обмотки статора; 4 — канал охлаждающего масла
40 Системы охлаждения электрических машин (система непосредственного охлаждения) Рис. 18. Многоструйная радиальная система непосредственного охлаждения обмотки ротора и сердечника статора водородом и аксиальная система охлаждения обмотки статора водой ( ТВВ ): 1- осевой вентилятор; 2-газоохладитель; 3- камера высокого давления, 4 – коллектор холодной воды, 5- коллектор нагретой воды.
41 Системы охлаждения электрических машин (эффективность различных систем охлаждения) Таблица 3
42 Системы охлаждения электрических машин (ТГ с непосредственным охлаждением обмоток) Таблица 4
Номинальный режим работы генератора характеризуется номинальными параметрами: активной нагрузкой Р ном напряжением U ном, коэффициентом мощности cosφ ном, частотой f ном температурой охлаждающей среды на входе ϑ 0. Работа с номинальными параметрами может продолжаться как угодно длительно. В реальных условиях нагрузка генератора меняется, а это влечет за собой изменение частоты, напряжения и других параметров. Если эти отклонения не превышают допустимых требований по Правилам технической эксплуатации (ПТЭ), то режим считается нормальным. 43
В случае работы турбогенераторов с водородным охлаждением (косвенным или непосредственным) при давлении водорода ниже номинального мощность должна быть уменьшена. Допустимая уменьшенная мощность указывается заводом-изготовителем или определяется на основании специальных испытаний на нагревание и согласовывается с заводом-изготовителем. Турбогенераторы серии ТВФ могут работать при пониженном избыточном давлении водорода в течение 24 ч. Решение об этом принимает главный инженер электростанции. Мощность (полная) генераторов при этом должна быть уменьшена до значений, приведенных в табл. 5. 44 Электрические режимы работы генераторов (работа ТГ с пониженным давлением водорода)
Марка ТГ Мощность турбогенератора, % номинальной (при значении cos не ниже номинального), при избыточном давлении водорода, МПа (кгс/см 2 ) 0,005 ( 0,05) 0,05 ( 0,5) 0,1 (1,0) 0,15 (1,5) 0,2 (2,0) 0,25 (2,5) ТВФ- 60 -2 ТВФ-63-2 ТВФ-100-2 ТВФ-120-2 35 – – – 50 47 50 40 75 60 75 60 – 80 90 75 100 100 100 85 – – – 100 45 Электрические режимы работы генераторов (значения уменьшенной мощности ТВФ) Таблица 5
Разрешается работа ТГ с жидкостным охлаждением обмотки статора, водородным или водяным охлаждением обмотки ротора и водородным охлаждением стали статора при пониженном избыточном давлении водорода не более пяти суток. Решение об этом принимает главный инженер электростанции. Мощность (полная) генераторов при этом должна быть уменьшена до значений, указанных в табл. 6. 46 Электрические режимы работы генераторов (работа ТГ с пониженным давлением водорода)
Турбогенератор Мощность турбогенератора, % номинальной (при значении cos не ниже номинального), при избыточном давлении водорода, МПа (кгс/см 2 ) 0,5 (5,0) 0,45 (4,5) 0,4 (4,0) 0,35 (3,5) 0,3 (3,0) 0,25 (2,5) 0,2 (2,0) 0,15 (1,5) ТВВ-165-2 (Р ном = 160 МВт) – – – 100 85 73 60 50 ТВВ-165-2 (Р ном = 150 МВт) ТВВ-200-2 ТВВ-200-2А – – – 100 100 85 73 60 ТГВ-200М – – – 100 100 85 75 60 ТВВ-320-2 – – 100 100 87 73 60 47 ТВВ-320-2 (с тангенциальной системой охлаждения) – – 100 87 75 60 50 35 ТВВ-500-2 – 100 87 75 62 50 40 – ТГВ-500 – – – – 100 100 90 75 ТВВ-800-2 100 – 75 – – – – – 47 Электрические режимы работы генераторов (значения уменьшенной мощности ТВВ, ТГВ) Таблица 6
Перегрузка генераторов по току статора допускается кратковременно (см. табл. 7) при авариях в энергосистеме. Величина допустимой перегрузки зависит от длительности и типа охлаждения статора [п. 5.1.23 ПТЭЭСиС ]. Допустимая перегрузка по току возбуждения (ротора) генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток определяется допустимой перегрузкой статора. Для турбогенераторов с непосредственным водородным или водяным охлаждением обмотки ротора допустимая перегрузка по току возбуждения определяется по табл. 8. 48 Электрические режимы работы генераторов (перегрузка ТГ)
Продолжительность перегрузки, мин., не более Косвенное охлаждение обмотки статора Непосредственное охлаждение обмотки статора водой водородом 60 1,1 1,1 - 15 1,15 1,15 - 10 - - 1,1 6 1,2 1,2 1,15 5 1,25 1,25 - 4 1,3 1,3 1,2 3 1,4 1,35 1,25 2 1,5 1,4 1,3 1 2,0 1,5 1,5 49 Электрические режимы работы генераторов (Допустимая кратность перегрузки ТГ и СК по току статора) Таблица 7
Продолжительность перегрузки, мин., не более Турбогенераторы ТВФ, кроме ТВФ-120-2 ТГВ, ТВВ (до 500 МВт включительно), ТВФ-120-2 60 1,06 1,06 4 1,2 1,2 1 1,7 1,5 0,5 2,0 - 0,33 - 2,0 50 Электрические режимы работы генераторов ( Допустимая кратность перегрузки турбогенераторов по току ротора ) Таблица 8
P-Q диаграмма показывает пределы работы ТГ по реактивной нагрузке в зависимости от активной мощности, обусловленные допустимыми температурами или превышениями температур, а в необходимых случаях также статической устойчивостью машины. Диаграмму приводят для режима работы с номинальными напряжением, частотой тока, температурами охлаждающих сред и давлением водорода (для машин с водородным охлаждением). По нагревам в торцевых зонах статора турбогенераторы должны допускать работу с номинальной активной нагрузкой в режиме потребления реактивной мощности при коэффициенте мощности, равном 0,95. 51 Электрические режимы работы генераторов ( P-Q диаграмма)
52 Электрические режимы работы генераторов (типовая P-Q диаграмма) Рис. 19. Типовая P - Q диаграмма турбогенератора кривая А - работа с i ном f и поэтому характеризуется примерно постоянным превышением температуры обмотки ротора; кривая В - работ а с I ном. ст. и характеризуется примерно постоянным превышением температуры обмотки статора; кривая С - предел, обусловленный местными нагревами в торцевой зоне или статической устойчивостью машины, или комбинацией обоих эффектов. Точке Н - номинальная мощность.
53 Электрические режимы работы генераторов (Примеры P-Q диграмм ) Рис. 20. P - Q диаграмма турбогенератора ТВВ-200-2А
54 Электрические режимы работы генераторов (Примеры P-Q диграмм ) Рис. 21. P-Q диаграмма турбогенератора ТЗФГ-160-2М
55 Электрические режимы работы генераторов (Примеры P-Q диграмм ) Рис. 22. P-Q диаграмма турбогенератора ТВФ-63-2У3* *Штриховыми линиями представлены режимы при избыточном давлении 245 кПА.
Асинхронный режим ( АР) может возникнуть при несинхронном вращении одного или нескольких генераторов, появляющемся при потере возбуждения или нарушении устойчивости работы генераторов. При потере возбуждения генератор переходит из синхронного в устойчивый АР с постоянным скольжением и отдачей некоторой активной мощности в систему. При этом возбуждение осуществляется за счет потребления реактивной мощности из системы. В АР необходимо восстановить возбуждение генератора или перейти на резервное возбуждение. 56 Электрические режимы работы генераторов (асинхронный режим)
Для ТГ с косвенным воздушным и водородным охлаждением обмоток разрешается работа в АР без возбуждения с нагрузкой до 60% номинальной продолжительностью не более 30 мин. Для ТГ мощностью до 300 МВт допустимая нагрузка в АР без возбуждения не должна превышать 40% номинальной при продолжительности работы не более 15 мин, а для турбогенераторов серии ТВФ - не более 30 мин. Допустимая нагрузка и продолжительность работы в АР без возбуждения турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток мощностью более 300 МВт устанавливаются заводскими инструкциями, а при их отсутствии по результатам специальных испытаний или руководящими документами. 57 Электрические режимы работы генераторов (асинхронный режим)
Несимметричные режимы работы генераторов могут быть вызваны обрывом или отключением одной фазы, однофазной нагрузкой (электротяга, плавильные печи и др.). При несимметричной нагрузке возникают токи обратной последовательности, которые создают дополнительный нагрев обмоток и вибрацию машин. Согласно ПТЭЭиС п. 5.1.26 допускается длительная работа с разностью токов в фазах, не превышающей 12% номинального для турбогенераторов и 20% для синхронных компенсаторов и дизель-генераторов. 58 Электрические режимы работы генераторов (несимметричный режим)
Введение 1. Общие требования 2. Режимы работы генераторов 3. Надзор и уход за генераторами 4. Неисправности генераторов 5. Испытания генераторов 6. Сушка генераторов 7. Общие указания по составлению местной производственной инструкции по эксплуатации генераторов Приложения 1-13 59
Общие сведения. Основные технические данные ТГ и возбудителя, краткое описание конструкции ТГ и вспомогательного оборудования, допустимые режимы работы. Эксплуатация генератора. Распределение обязанностей по обслуживанию ТГ между цехами, подготовка ТГ и его вспомогательного оборудования к пуску, пуск генератора, обслуживание ТГ в нормальных, специальных и аварийных режимах, отключение генератора (плановое, аварийное, обусловленное отклонениями от нормального режима), обслуживание генератора в период останова, порядок допуска к осмотру, ремонту и испытаниям, требования по технике безопасности и противопожарные мероприятия. 60
Электродвижущая сила (ЭДС), развиваемая синхронным генератором, определяется выражением 61 (12) которое показывает, что ЭДС Е, а следовательно, и напряжение на шинах генератора U находятся в прямой зависимости от магнитного потока Ф, который создается обмоткой ротора генератора, обтекаемой постоянным током. При вращении ротора генератора магнитный поток Ф пересекает витки обмотки статора w с частотой f и индуцирует в них ЭДС Е.
Быстрое увеличение возбуждения сверх номинального значения называется форсировкой возбуждения. Наибольшие возможные значения напряжения и тока ротора, которые может обеспечить возбудитель, называются потолком возбуждения. Отношение напряжения (тока) ротора при форсировке к номинальным значениям - кратность форсировки возбуждения. 62 Общие сведения о системах возбуждения (основные определения)
Системы возбуждения синхронных машин должны иметь: необходимую мощность источников возбуждения и диапазон его изменения в зависимости от параметров режима синхронной машины; высокую скорость нарастания ротора в условиях аварийных нарушений режима в энергосистемах, что обеспечивает быструю мобилизацию резервов реактивной мощности и предотвращает нарушение устойчивости параллельной работы. 63 Общие сведения о системах возбуждения (требования)
Системы возбуждения обеспечивают следующие режимы работы СМ: начальное возбуждение; холостой ход; включение в сеть методом точной синхронизации или самосинхронизации; работу в энергосистеме с допустимыми нагрузками и перегрузками; форсировку возбуждения по U и по I с заданной кратностью; разгрузку по Q и развозбуждение при нарушениях в энергосистемах; гашение поля генератора в аварийных режимах и при нормальной остановке; электрическое торможение агрегата. 64 Общие сведения о системах возбуждения (требования)
К наиболее часто встречающимся видам систем возбуждения относятся следующие: электромашинное возбуждение с генератором постоянного тока; электромашинное возбуждение с генератором переменного тока частотой 500 Гц (высокочастотное возбуждение); тиристорное возбуждение; бесщеточное возбуждение. 65 Общие сведения о системах возбуждения (виды систем возбуждения)
66 Рис.23. Электромашинное возбуждение с генератором постоянного тока а- с изменением тока в обмотке возбуждения с помощью реостата, б – с изменением тока в обмотке возбуждения за счет дополнительной подпитки постоянным током.
67 Электромашинное возбуждение с генератором постоянного тока (М) Рис. 24. Система независимого возбуждения с возбудителем постоянного тока. КК – контактные кольца, Rсс и КСС – сопротивление и контактор самосинхронизации, РВ – резервный возбудитель, АГП – автомат гашения поля, АГПВ – автомат гашения поля возбудителя, Rр – регулировочный реостат, Rд и Rгасв – резисторы добавочный и гасительный в цепи ОВВ, ДОВВ – добавочная обмотка возбуждения возбудителя.
Достоинства независимость от коротких замыканий в сети синхронного генератора Недостатки трудности в обслуживании тяжелые условия работы коллектора возбудителя низкая механическая прочность возбудителя низкое быстродействие в сравнении с ТС 68 Электромашинное возбуждение с генератором постоянного тока (М ) (достоинства и недостатки)
69 Рис. 25. Высокочастотная система возбуждения
Достоинства повышенная надежность по причине отсутствия контактных колец со щетками система возбуждения не связана с основной сетью Недостатки трудности в обслуживании низкое быстродействие в сравнении с ТС 70 Электромашинное возбуждение с генератором переменного тока (ВЧ)
71 Рис.26. Тиристорное возбуждение с независимым источником питания (а) и с самовозбуждением (б ). ВСГ – вспомогательный СГ
72 Тиристорное возбуждение(СТН) Рис. 27. Система тиристорная независимая (СТН) с возбудителем переменного тока и двумя группами тиристоров, в сочетании со схемой резервного возбуждения от двухмашинного агрегата асинхронный двигатель-возбудитель постоянного тока
73 Тиристорное возбуждение(СТС) Рис. 28. Система тиристорного самовозбуждения (СТС) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и двумя группами тиристоров. ТСНР, ТСНФ – трансформаторы СН тиристорных выпрямителей рабочей и форсировочной групп.
Достоинства высокое быстродействие высокая кратность форсировки не зависит от режима работы генератора (СТН) Недостатки зависимость напряжения, подаваемого на выпрямители, от режима работы главного генератора. при пуске генератора возбуждение должно осуществляться от постороннего источника, поскольку U ост генератора недостаточно дороговизна (в особенности СТН) 74 Тиристорное возбуждение(СТС, СТН )
75 Рис.29. Система бесщеточного возбуждения ВСГ – вспомогательный синхронный генератор
76 Тип Номинальная мощность, МВт Система возбуждения ТВФ− 63− 2УЗ 63 ВЧ ТВФ− 120 2УЗ 100 ВЧ ТВФ− 200 2АУЗ 200 ВЧ ТВВ− 320− 2ЕУЗ 320 ТН ТГВ− 300− 2У 300 ТС(ТН, БЩ) ТВВ− 500− 2ЕУЗ 500 ТН ТГВ− 800− 2УЗ 800 ТН ТВВ− 1000− 4УЗ 1000 БЩ Таблица 9
77 Система бесщеточного возбуждения (БЩ) Рис. 30. Система бесщеточная диодная (СБД) независимого возбуждения: а – с подвозбудителем (ПВ)
78 Система бесщеточного возбуждения (БЩ) Рис. 30. Система бесщеточная диодная (СБД) независимого возбуждения: б - без подвозбудителя, с питанием обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ) от выпрямительного трансформатора (ВТ).
79 Система бесщеточного возбуждения (БЩ) Рис. 31. Система бесщеточная диодная (СБД) с тиристорным возбуждением (ТВ-1, ТВ-2) обмотки возбуждения возбуди теля (ОВВ).
80 Система бесщеточного возбуждения (БЩ) Достоинства отсутствие контактных колец и щеток сокращение длины машины Недостатки менее быстродействующая, чем ТС. дороговизна (в особенности СТН)
Для гашения магнитного поля применяют три метода: Замыкание обмотки ротора на гасительное сопротивление ; Включение в цепь обмотки ротора дугогасительной решетки автомата; Противовключение возбудителя. 81
82 Автоматическое гашение поля Рис. 32. Схема гашения поля генератора автоматом с дугогасительной решеткой : 1, 2, 3 - контакты АГП; 4 - решетка из медных пластин; 5 - шунтирующее сопротивление.
АРВ и УФ должны быть настроены так, чтобы при заданном понижении напряжения в сети были обеспечены: предельное установившееся напряжение возбуждения не ниже двукратного в рабочем режиме, если это значение не ограничено нормативными документами для отдельных старых типов машин; номинальная скорость нарастания напряжения возбуждения; автоматическое ограничение заданной длительности форсировки. 83
84 Рис. 33. Схема релейной форсировки возбуждения генератора Уставка минимального реле напряжения KV выбирается из условия возврата реле после отключения КЗ по формуле : (13) где k отс - коэффициент отстройки, принимаемый 1,05-1,1; k в - коэффициент возврата, составляющий не более 1,05-1,2; К U - коэффициент трансформации трансформатора напряжения. Обычно уставка U с.р. =0,8-0,85 U ном.
По способу воздействия на систему возбуждения АРВ делятся на три группы: электромеханические АРВ, которые реагируют на отклонение напряжения генератора от заданного значения (уставки) и воздействуют на изменение сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя. электрические АРВ, реагирующие на отклонение напряжения или тока генератора от заданного значения и подают дополнительный выпрямленный ток в обмотку возбуждения возбудителя от внешних источников питания (трансформаторов тока, напряжения или собственных нужд). АРВ используемые с выпрямительными системами возбуждения: высокочастотной, тиристорной, бесщеточной. Эти устройства АРВ не имеют собственных силовых органов (внешних источников питания), а только управляют работой возбудителей. 85
86 Рис. 34. Структурная схема устройства компаундирования возбуждения генератора: TL – промежуточный трансформатор, RRE – реостат в обмотке возбуждения, GE – возбудитель, LE – обмотка возбудителя, RRS – установочный реостат
87 Компаундирование возбуждения генератора Рис. 35. Характер изменения при разных значениях со s φ напряжения генератора, оснащенного устройством компаундирования: I п.к. — порог компаундирования
88 Рис. 36. Структурная схема электромагнитного корректора напряжения: СО – силовой орган, ИО – измерительный орган
89 Электромагнитный корректор напряжения ( ЭМК ) Рис. 37. Схема измерительного и силового органов ЭМК: МУ – магнитный усилитель, Л,Н – обмотки подмагничивания, ЛЭ,НЭ – линейный и нелинейный элемент ИО, СО – силовые обмотки, ПОС – обмотка положительной обратной связи, L – дроссель с воздушным зазором
90 Электромагнитный корректор напряжения ( ЭМК ) Рис. 38. Характеристика зависимости тока выхода линейного I л.э и нелинейного I н.э элементов от напряжения на входе измерительного органа ЭМК Рис. 39. Характеристика ЭМК: аб - рабочий участок; ав и бг — нерабочие участки
91 Электромагнитный корректор напряжения ( ЭМК ) Рис. 40. Принципиальная схема включения двух системного ЭМК: а - схема включения; б - характеристика; УК - устройство компаундирования; УАТ - установочный автотрансформатор
При совместном использовании УК и ЭМК могут быть осуществлены две принципиально отличные системы и соответственно два вида АРВ: 1) АРВ с компаундированием полным током, которое осуществляется путем суммирования токов от трансформаторов тока и тока от трансформатора напряжения после их отдельного выпрямления (ЭПА-305); 2) АРВ с фазовым компаундированием, которое осуществляется путем суммирования токов от трансформаторов тока и трансформатора напряжения на стороне переменного тока до их выпрямления. 92
93 Рис. 41. Схема АРВ генератора пропорционального действия
В соответствии с п. 3.3.58. ПУЭ: Для генераторов мощностью 100 МВт и более и для компенсаторов мощностью 100 МВАр и более следует устанавливать быстродействующие системы возбуждения с АРВ сильного действия. В отдельных случаях, определяемых условиями работы электростанции в энергосистеме, допускается устанавливать АРВ другого типа, а также медленно действующие системы возбуждения. 94 АРВ сильного действия
95 Рис. 42. Структурная схема АРВ сильного действия
Надзор и уход за работой электромашинных возбудителей практически не отличается от обслуживания других электрических машин. Однако при этом необходимо учитывать некоторые особенности. Часто термометры, с помощью которых определяют температуру холодного и горячего воздуха, отсутствуют и контроль за нагревом возбудителя приходится вести на ощупь. При этом не учитывают, что в отличие от других машин воздух под обшивкой возбудителя не циркулирует. Даже при нагреве возбудителя до появления запаха горелой изоляции температура обшивки не превышает 50...55°С. Поэтому контроль за нагревом возбудителей должен вестись только по термометрам и тепловизорам. 96
Контроль за работой систем бесщеточного возбуждения (БЩВ) ведут по измерительным приборам и сигнальной аппаратуре, размещенной на панели автоматического регулятора возбуждения. При осмотре проверяют положение сигнальных устройств, реле, переключателей, а также состояние системы охлаждения тиристоров. Для их нормальной работы требуется свободный приток охлажденного воздуха. 97 Обслуживание систем возбуждения
Правила технического обслуживания тиристорных систем возбуждения регламентируются РД 34.45.620-96 « Правила технического обслуживания тиристорных систем возбуждения». 98 Обслуживание систем возбуждения
Проверяют, все ли работы закончены и имеется ли об этом запись в журнале ремонта. Проверяет состояние щеток на кольцах ротора и коллекторе возбудителя, не выступает ли слюда и не затянуты ли медью промежутки между коллекторными пластинами, нет ли подгара и рисок-задиров на пластинах, не загрязнена ли изоляция щеточных аппаратов При осмотре помещения выводов и ячейки генератора проверяют отсутствие закороток и защитных заземлений на ошиновке, следов нагрева контактных соединений по термоуказателям 99
Персонал опробует автомат гашения поля (АГП) и выключатели путем их включения и отключения. Проверяют готовность к пуску газомасляной системы генератора и системы водяного охлаждения обмоток. Проверяют работу автоматического включения резерва (АВР) маслонасосов турбины и водородного охлаждения, конденсатных, циркуляционных и других насосов. Перед проверкой АВР измеряют сопротивление изоляции всех двигателей, принадлежащих турбоагрегату, если они были в ремонте или длительное время находились в резерве. 100 Подготовка генератора к пуску, синхронизация и включение в сеть
Сопротивление изоляции обмотки статора измеряют мегомметром с пределом измерения 2500 В, а обмотки ротора — мегомметром с пределом измерения 500... 1000 В. Результаты измерения сравнивают с данными предыдущих измерений. При уменьшении сопротивления изоляции обмотки статора в 3...6 раз, а в цепи ротора ниже нормированного значения необходимо, разделяя цепи, определить участок с пониженной изоляцией и принять меры к ее восстановлению. 101 Подготовка генератора к пуску, синхронизация и включение в сеть
Во время пуска генератора при повышении частоты его вращения необходимо следить за тем, поддерживает ли регулятор необходимый перепад между давлениями масла на уплотнения и водорода перед регулятором на допустимом уровне. Необходимо также следить за температурой вкладышей уплотнений по термометрам сопротивлений, а если их нет, то по температуре масла, сливаемого из уплотнения, и нагреву корпусов уплотнений. Если температура вкладышей превысит допустимую, следует уменьшить частоту вращения генератора для выяснения и устранения причин. 102 Подготовка генератора к пуску, синхронизация и включение в сеть
Генераторы, как правило, должны включаться в сеть способом точной синхронизации. При использовании точной синхронизации должна быть введена блокировка от несинхронного включения. Допускается использование при включении в сеть способа самосинхронизации, если это предусмотрено техническими условиями на поставку или специально согласовано с заводом-изготовителем. 103
При ликвидации аварий в энергосистеме турбогенераторы мощностью до 220 МВт включительно и все гидрогенераторы разрешается включать на параллельную работу способом самосинхронизации. Турбогенераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии, что кратность сверхпереходного тока к номинальному, определенная с учетом индуктивных сопротивлений блочных трансформаторов и сети, не превышает 3,0. 104 Включение генераторов на параллельную работу с энергосистемой ( Требования «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации» (п. 5.1.19))
В настоящее время включение генераторов на параллельную работу производится автоматически при помощи автосинхронизаторов. Для того чтобы включить выключателем Q (рис. 2) синхронный генератор G на параллельную работу с синхронно вращающимися генераторами электростанции и ЭЭС, необходимо выполнить ряд операций. 105 Включение генераторов на параллельную работу с энергосистемой ( Теоретические сведения)
При точной синхронизации необходимо соблюдать следующие условия: частота сети и частота генератора должны быть одинаковыми напряжения сети и генератора совпадают по фазе и имеют одинаковые амплитуды; порядки следования фаз сети и генератора должны совпадать; 106 Включение генераторов на параллельную работу с энергосистемой ( Теоретические сведения) Рис. 3. Схема ЭС с синхронизируемым генератором и ее связи с ЭЭС
Метод самосинхронизации генераторов позволяет резко сократить продолжительность операции включения генераторов на параллельную работу, причем условия включения упрощаются. Способ самосинхронизации требует выполнения только одного условия: разница в скорости вращения генераторов не должна превышать 2–3 Гц. Продолжительные операции по точной подгонке напряжения и частот генератора и сети отпадают. 107 Включение генераторов на параллельную работу с энергосистемой ( Теоретические сведения)
108 Включение генераторов на параллельную работу с энергосистемой ( Теоретические сведения) Рис. 4. Графики асинхронного (а), реактивного и синхронного б) вращающих моментов и график процесса самосинхронизации (в) генератора
Недостатком метода самосинхронизации генераторов является то, что включение генератора сопровождается снижением напряжения на шинах электростанции и бросками тока в цепи генератора. При генераторах равной мощности автономной электростанции снижение напряжения может достигать 35–40 %, а величина броска тока – 1,5–4-кратной величины номинальных значений. 109 Включение генераторов на параллельную работу с энергосистемой ( Теоретические сведения)
110
