Температура нагрева обмоток генератора

Определение температурного режима обмоток электрических машин

Одним из критериев оценки технического состояния обмоток и деталей электрических машин является температурный режим их работы. Нарушение температурного режима обычно приводит к резкому снижению срока службы или к выходу электрооборудования из строя.

Перегрев отдельных мест станины электрических машин переменного тока свидетельствует о наличии межвиткового замыкания обмоток, а в электрических машинах постоянного тока — о замыкании обмоток на корпус в двух местах. Перегрев обмоток электрических машин может свидетельствовать о перегрузке, неправильном их соединении, о витковых замыканиях, неисправностях вентиляционных систем (повреждениях вентиляторов, загрязнении вентиляционных каналов) и др.

Среднюю температуру обмоток электрических машин определяют по их сопротивлению постоянному току. Сопротивление измеряют в холодном состоянии обмоток и после их нагрева. При этом принимается, что температура холодной обмотки равна температуре окружающего электрическую машину воздуха.

Средняя температура нагретых медных обмоток

Среднюю температуру нагретых медных обмоток электрических машин и аппаратов подсчитывают по формуле

где Rн, Rx — сопротивление обмотки соответственно в нагретом и холодном состоянии, Ом; θx — температура обмотки в холодном состоянии, °С.

Если обмотка электрической машины или аппарата изготовлена из алюминия, в формуле число 235 заменяется на 245.

Сопротивление обмоток в нагретом состоянии измеряют как можно быстрее после отключения электрической машины из сети, так как постоянная нагрева обмотки невелика и через промежуток времени, равный одной постоянной нагрева, разница температуры обмотки и активной стали, на которой она размещена, составляет около 37% ее начального значения.

Предельные допустимые значения превышения температуры обмоток, деталей и узлов электрических машин

Элементы электрических машин Класс изоляционного материала по ГОСТ 8865—70
А Е B F H
Предельное допустимое превышение температуры. °С при измерениях методами
*ТММ **СПТ ТММ СПТ ТММ СПТ ТММ СПТ ТММ СПТ
Обмотки переменного тока машин мощностью ме­нее 5000 кВ-А или с длиной сердечника менее 1 м 60 70 80 100 125
Обмотки возбуждения машин постоянного и пе­ременного тока с возбуждением постоянным то­ком и якорные обмотки, соединенные с коллектором 50 60 65 75 70 80 85 100 105 125
Обмотки возбуждения неявнополюсных машин с возбуждением постоянным током 90 110
Обмотки однорядные возбуждения с поверхностя­ми без изоляции, а также стержневые обмотки роторов асинхронных машин 65 65 80 80 90 90 110 110 135 135
Обмотки возбуждения с небольшим сопротивле­нием, имеющие несколько слоев и компенсацион­ные обмотки 60 60 75 75 80 80 100 100 125 125
Сердечники и другие стальные части, прилегаю­щие к обмоткам 60 75 80 100 125
Коллекторы, незащищенные и защищенные кон­тактные кольца 60 70 80 90 100
* ТММ — термометра
** СПТ — сопротивления

В таблице приведены предельные допустимые значения превышения температуры обмоток, деталей и узлов электрических машин (ГОСТ 183—74).

Перегрев отдельных мест станины электрических машин, часто свидетельствующий о наличии дефектов в изоляции обмоток, наиболее просто определяется измерением температуры поверхности станины термометром. При измерениях шарик термометра оборачивают фольгой и плотно прижимают к поверхности станины электрической машины, температура которой измеряется. Для изоляции шарика термометра от окружающего воздуха шарик с фольгой накрывают теплоизоляционным материалом, например, слоем ваты, асбеста, шерсти. При измерениях желательно пользоваться спиртовыми термометрами, так как в ртутных термометрах под действием электромагнитных полей крупных электрических машин может возникать дополнительный нагрев ртути вихревыми токами.

Кроме того, для измерения температуры участков станины электрических машин применяют термопары медь-константан. Зависимость электродвижущей силы такой термопары от разности температуры горячего и холодного спая практически линейна. При разности температуры между спаями 50° С (323 К) электродвижущая сила термопары из меди и Константина составляет 2,08 В, а при разности 100° С (373 К) — 4,36 В. Для повышения точности измерений температуры термопару градуируют вместе с милливольтметром и проводами, соединяющими ее с измерительным прибором.

Следует отметить, что в инструкциях по эксплуатации электрооборудования и стандартах температурные режимы деталей и узлов определяются не по абсолютным значениям температуры, а по ее превышению над температурой окружающей среды.

Системы охлаждения генераторов

Во время работы синхронного генератора его обмотки и активная сталь нагреваются. Допустимые температуры нагрева обмоток статора и ротора зависят в первую очередь от применяемых изоляционных материалов и температуры охлаждающей среды. По ГОСТ 533—76 для изоляции класса В (на асфальтобитумных лаках) допустимая температура нагрева обмотки статора должна находиться в пределах 105°С, а ротора 130°С. При более теплостойкой изоляции обмоток статора и ротора, например, классов F и Н, пределы допустимой температуры нагрева увеличиваются до 1350С и 1550С соответственно.
В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно стареет. Причиной этого являются загрязнение, увлажнение, окисление кислородом воздуха, воздействие электрического поля и электрических нагрузок и т. д. Однако главной причиной старения изоляции является ее нагрев. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок ее службы. 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. Та же изоляция при температуре нагрева 105°С (т. е. в пределах ГОСТ) стареет значительно медленнее и срок службы ее увеличивается до 30 лет. Поэтому во время эксплуатации при любых режимах работы генератора нельзя допускать нагрева его обмоток свыше допустимых температур.
Для того чтобы температура нагрева не превышала допустимых значений, все генераторы выполняют с искусственным охлаждением. По способу отвода тепла от нагретых обмоток статора и ротора различают косвенное и непосредственное охлаждение.
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. При этом охлаждающий 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.
Отечественные заводы изготовляют турбогенераторы с воздушным, водородным и жидкостным охлаждением, а также гидрогенераторы с воздушным и жидкостным охлаждением.
Существуют две системы воздушного охлаждения — проточная и замкнутая. Проточную систему охлаждения применяют редко и лишь в турбогенераторах мощностью до 2 MBА, а также в гидрогенераторах до 4 MBА. При этом через генератор прогоняется воздух из машинного зала, который быстро загрязняет изоляцию обмоток статора и ротора, что в конечном счете сокращает срок службы генератора.
При замкнутой системе охлаждения один и тот же объем воздуха циркулирует по замкнутому контуру. Схематично циркуляция воздуха при таком охлаждении для турбогенератора представлена на рис. 2. Для охлаждения воздуха служит воздухоохладитель 2, по трубкам которого непрерывно циркулирует вода. Нагретый в машине воздух выходит через патрубок 2 в камеру горячего воздуха 3, проходит через воздухоохладитель и через камеру холодного воздуха 4 снова возвращается в машину. Холодный воздух нагнетается в машину встроенными вентиляторами 5. В генераторах с большой длиной активной части холодный воздух подается с обоих торцов машины, как это показано на рис. 2.

Рис. 2. Замкнутая система воздушного охлаждения турбогенератора

В целях повышения эффективности охлаждения турбогенераторов, длина активной части которых особенно велика, а воздушный зазор мал, используют многоструйную радиальную систему вентиляции. Для этого вертикальными плоскостями 6 делят систему охлаждения турбогенераторов на ряд секций. В каждую секцию воздух поступает из воздушного зазора (I и III секции) или из специального осевого канала 7 (II секция). Для увеличения поверхности соприкосновения нагретых частей с охлаждающим воздухом в активной стали машины выполняют систему вентиляционных каналов. Пройдя через радиальные вентиляционные каналы в стали, нагретый воздух уходит в отводящие камеры 8. Многоструйная вентиляция обеспечивает равномерное охлаждение турбогенератора по всей длине. Для восполнения потерь в результате утечек предусмотрен дополнительный забор воздуха через двойные масляные фильтры 9, установленные в камере холодного воздуха.
Отечественные заводы изготовляют турбогенераторы с замкнутой системой воздушного охлаждения мощностью до 12 МВт включительно. Замкнутая система косвенного охлаждения воздухом у гидрогенераторов применяется значительно шире. Наиболее крупный генератор с косвенным воздушным охлаждением серии СВ мощностью 264,7 MBА выпущен ПО «Электросила» для Братской ГЭС. Схема вентиляции гидрогенератора показана на рис. 3.

Рис. 3. Замкнутая система вентиляции гидрогенератора:
1 ротор, 2 — статор, 3- воздухоохладитель, 4 лопатки вентилятора.

В гидрогенераторах охлаждение явнополюсных роторов облегчается благодаря наличию межполюсных промежутков и большей поверхности охлаждения ротора.

Рис. 4. Схема многоструйной радиальной вентиляции в турбогенераторах:
1 — камеры холодного газа, 2 — камеры горячего газа, 3 – газоохладители.

Охлаждение гладкого ротора турбогенератора менее эффективно, так как в рассматриваемом случае он охлаждается только со стороны воздушного зазора. Последнее обстоятельство в значительной мере определяет ограниченные возможности воздушного охлаждения для турбогенераторов. У генераторов с воздушным охлаждением предусматривается устройство для тушения пожаров водой.
Турбогенераторы с косвенным водородным охлаждением имеют в принципе такую же схему вентиляции, как и при воздушном охлаждении. Отличие состоит в том, что объем охлаждающего водорода ограничивается корпусом генератора, в связи с чем охладители встраиваются непосредственно в корпус. Размещение газоохладителей и газосхема циркуляции водорода внутри генератора представлены на рис. 4.
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 %.
Отсутствие окисления изоляции в среде водорода по сравнению с воздушной средой повышает надежность работы генератора и увеличивает срок службы изоляции обмоток. К достоинствам водорода относится и то, что он не поддерживает горения, поэтому в генераторах с водородным охлаждением можно отказаться от устройства пожаротушения.
Внимание! Водород, заполняющий генератор в смеси с воздухом (от 4,1 до 74%, а в присутствии паров масла — от 3,3 до 81,5%), образует взрывоопасную смесь, поэтому у машин с водородным охлаждением должна быть обеспечена высокая газоплотность корпуса статора масляными уплотнениями вала, уплотнением токопроводов к обмоткам статора и ротора, уплотнением крышек газоохладителей, лючков и съемных торцевых щитов. Наиболее сложно выполнить надежные масляные уплотнения вала генератора, препятствующие утечке газа.
Чем выше избыточное давление водорода, тем эффективнее охлаждение генератора, следовательно, при одних и тех же размерах генератора можно увеличить его номинальную мощность. Однако при избыточном давлении более 0,4 — 0,6 МПа прирост мощности генератора не оправдывает затрат на преодоление возникающих при этом технических трудностей (усложнение работы уплотнений и изоляции обмоток). Поэтому давление водорода в современных генераторах более 0,6 МПа не применяется.
Генераторы с косвенным водородным охлаждением могут при необходимости работать и с воздушным охлаждением, но при этомих мощность соответственно уменьшается.

Турбогенератор

картинка турбогенератор

В зависимости от конструкции первичного двигателя существует два основных типа синхронных генераторов:быстроходные и тихоходные.

Быстроходные генераторы на 3000 и 1500 об/мин предназначаются для непосредственного соединения с паровыми турбинами и называются турбогенераторами.

С увеличением числа оборотов размеры и вес паровой турбины и генератора уменьшаются, что дает ряд экономических преимуществ. В связи с этим в настоящее время широко применяют двухполюсные турбогенераторы на 3000 об/мин.

Синхронизация и принятие нагрузки турбогенератора

После того как турбина развернута до номинального числа оборотов, нужно проверить действие приспособления для изменения числа оборотов (синхронизатора). Убедившись, что оно работает исправно, можно включать генератор на сеть, помня, что работать длительное время без нагрузки турбина не должна во избежание чрезмерного нагрева части низкого давления. Если на данную сеть не работает какой-либо другой генератор, то включение осуществляется очень просто. Включают возбуждение генератора, доводят его напряжение до нормального и включают главный масляный выключатель, после чего поочередно включают масляные выключатели фидеров, передающих энергию к потребителям.

Иначе обстоит дело, когда генератор приключается к сети, на которую уже работают другие генераторы. Включение на параллельную или, как говорят, синхронную работу с другими генераторами должно быть произведено в момент, когда напряжение приключаемого генератора равно напряжению в сети, число периодов в секунду (частота) приключаемого генератора одинаково с частотой уже работающих на сеть генераторов (то есть с частотой сети) и имеет место совпадение фаз напряжения в сети и напряжения приключаемого генератора.

Равенство напряжений определяется по показаниям вольтметров, установленных на распределительном щите и указывающих действительные значения напряжений приключаемого генератора и сети. В случае, если показания вольтметров различны, то напряжение генератора подгоняют к напряжению сети, соответствующим образом регулируя возбуждение генератора.

Как известно, напряжение на зажимах (выводах) генератора переменного тока непрерывно изменяется; оно увеличивается от нуля до некоторого максимального положительного значения, затем уменьшается до нуля, после чего принимает отрицательное значение и, достигнув определенной величины, опять падает до нуля и так далее. Графически эти изменения изобразятся кривой, по форме близкой к синусоиде (рис. 8). Время, в течение которого напряжение проходит все свои положительные и отрицательные значения, называется периодом, а число периодов в секунду- частотой. Обычно применяется частота, равная 50 пер/сек.

Частота определяется выражением

где р- число пар полюсов генератора;
n- число оборотов в минуту;
60- число секунд в минуте.
Следовательно, равенство частот работающего и приключаемого генераторов будет иметь место при условии, что

Это значит, что при равном числе полюсов работающего и приключаемого генераторов, то есть р= p1, должны быть равны и числа их оборотов n= n1. Таким образом, для получения близкого совпадения частот число оборотов приключаемого генератора должно быть возможно точно доведено до числа оборотов работающего генератора.

При большем числе полюсов у работающего генератора число оборотов приклчаемого должно быть соответственно больше, и наоборот.

После того как равенство напряжений и близость частот достигнуты, нужно уловить момент совпадения фаз напряжения в сети и напряжения приключаемого генератора и включить генератор именно в этот момент. Это условие требует некоторого пояснения.

Известно, что напряжение в сети, к которой мы должны приключить генератор, изменяется по кривой, аналогичной изображенной на (рис. 8) Практически почти неизбежно, что напряжение генератора, уже работающего на сеть, и напряжение приключаемого генератора, даже имея равные амплитуды, окажутся сдвинутыми по фазе, то есть будут достигать каждого из своих мгновенных одинаковых значений разновременно (рис.9) Если мы при этом условии соединим в момент М генераторы для параллельной работы, то между зажимами генераторов окажется разность потенциалов, равная (b — a), и через обмотки пойдет ток, который может оказаться даже больше тока короткого замыкания. Указанная разность потенциалов будет изменяться по величине примерно так, как показано на (рис. 10) На этой фигуре кривая е1 изображает напряжение работающего на сеть генератора, кривая

— напряжение приключаемого генератора, а кривая ер— равнодействующую напряжений, которое получается от взаимодействия е1 и е2.

Задача состоит в том, чтобы приключить генератор в такой момент, когда его напряжение и напряжение уже работающего на сеть генератора достигнут своих максимальных значений одновременно, будучи при этом равными и взаимно противоположными(будучи взаимно противоположными в внутренней цепи (в обмотках машины), совпадут по фазе по отношению к внешней цепи тока (сборным шинам)).

В этот момент результирующее напряжение ер будет равно нулю, и включение может быть произведено совершенно безопасно.

Рассматривая диаграмму, представленную на (рис. 10), мы видим, что кривые е1 и е2 имея равные амплитуды, постепенно сдвигаются одна относительно другой. Этот сдвиг вызывается некоторой разностью в числе оборотов генератора, которая практически всегда имеет место до включения на параллельную работу. Соответственно изменяется и амплитуда кривой ер, которая достигает своего максимального значения в момент совпадения одноименных максимальных значений е1 и е2 (точки А и В).

Своего нулевого значения ер достигает в моменты одновременности равных, но взаимно противоположных значений е1 и е2 (точка D) или одновременности нулевых значений (точка С).

Таким образом, приключать генератор можно в моменты, соответствующие точкам С и D. Для определения этих моментов между соединяемыми шинами включают электрические лампы, называемые фазовыми лампами (рис. 11). Ток, проходящий в этих лампах, вызывается равнодействующим напряжением ер. Очевидно, что в соответствии с изменениями ер будет изменяться накал фазовых ламп, которые будут ярко светиться в моменты, соответствующие точкам А и В, и постепенно погасать с уменьшением ер. При этом, чем ближе совпадают скорости вращения генераторов, тем продолжительнее будут периоды вспыхивания и затухания фазовых ламп, так как тем реже будет иметь место совпадение фаз е1 и е2. Схема параллельного соединения двух трехфазных генераторов с включением фазовых ламп показана на (рис. 12). Как видно из этой схемы, обе фазовые лампы при включении выключателей В3 и В4 будут вспыхивать одновременно.

Фазовые лампы не дают возможности точно уловить момент, когда ер становится равным нулю, так как они перестают светиться уже с того момента, когда ер становится недостаточным для их накала, но имеет еще существенную величину. Поэтому в параллель к фазовым лампам обычно приключают вольтметр, по которому можно более точно наблюдать разность потенциалов между соединяемыми шинами. В таком случае включение генератора производят в момент, когда вслед за потуханием фазовой лампы стрелка вольтметра займет нулевое положение. Предварительно добиваются возможно более продолжительных периодов загорания и потухания фазовых ламп, регулируя от руки или со щита число приключаемого генератора посредством приспособления для изменения числа оборотов турбины (синхронизатора).

Эксплуатация турбогенератора

Величина длительно допускаемой (без ограничения времени) нагрузки генератора зависит: 1)температуры охлаждающего воздуха; 2)коэффициента мощности с которым работает генератор; 3)длительно допускаемой температуры нагрева обмоток и стали статора, а также обмоток ротора.

Большинство генераторов, установленных на электростанциях, рассчитано на отдачу номинальной мощности при температуре входящего охлаждающего воздуха +35 или +40 0 С . При этом нагрев воздуха в генераторе (температурный перепад) в зависимости от типа генератора обычно составляет не более 25-30 0 С, соответственно чему температура выходящего из генератора воздуха обычно не превышает +60-70 0 С.

Длительно допускаемые температуры нагрева обмоток и стали различны для генераторов различного типа и зависят от рода их изоляции. Точные значения температур указывают в станционных инструкциях для каждого генератора, однако в большинстве случаев они не должны превышать 100-120 0 С для статорных обмоток и 120-145 0 С для роторных обмоток. Температура стали в месте расположения обмотки не должна быть больше допускаемой температуры последней. При этом предполагается, что температура нагрева обмоток и стали статора измеряются термодетекторами (термометрами сопротивления), заложенными между стержнями обмоток и на дно пазов статора, а температура нагрева обмоток ротора определяется по методу изменения сопротивления при нагреве.

фото турбогенератор и возбудитель 50 мвт

Изоляция генераторов постепенно изнашивается или, как принято говорить, стареет. Старение изоляции происходит в следствии воздействия на нее электрического поля, под действием различных механических нагрузок (вибрации машины, электродинамических действий токов к. з., трения струи охлаждающего воздуха и т. д.). В следствии ее загрязнения, увлажнения, окисления кислородом воздуха и ряда других причин. Особенно большое влияние на старение изоляции оказывает ее нагрев — чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она разрушается, тем меньше ее срок службы. Например, если взять наиболее распространенную для статорных и роторных обмоток изоляцию класса В (изделия из слюды, асбеста и других минеральный материалов со связующими материалами на шеллаке), то оказывается, что если при нагреве до температуры 120 0 С срок службы ее составляет около 15 лет, то при нагреве до 140 0 С срок службы ее резко уменьшается почти до 2 лет. Значительный нагрев изоляции приводит к уменьшению ее эластичности, она становиться хрупкой, электрическая прочность ее резко уменьшается. Так же изоляция класса В при температуре нагрева порядка 105 0 С стареет медленно и срок службы ее становится более 25-30 лет.
Из сказанного следует, что в эксплуатации при любых режимах работы генераторов нельзя допускать нагрева их изоляции свыше установленных для них предельно допустимых температур.

Если температура входящего в генератор воздуха меньше номинальной (соответственно +35 или +40 0 С), то условия охлаждения генератора улучшаются и его мощность может быть несколько увеличена по сравнению с номинальной. Наоборот, если температура входящего воздуха выше номинальной, то мощность генератора должна быть несколько уменьшена. Значения допускаемых нагрузок генераторов при различных температурах входящего воздуха указываются в станционных и типовых инструкциях на генераторы.

Наибольшая допускаемая температура входящего в генератор воздуха +50 0 С, а выходящего (горячего) +75 0 С.

Для большинства генераторов номинальный коэффициент мощности cos f составляет от 0,8 до 0,9. От величины коэффициента мощности, с которым работает генератор, зависит величина тока возбуждения генератора. При одной и той же нагрузке генератора в киловольтамперах, чем меньше коэффициент мощности, тем больше ток возбуждения, тем больше загрузка ротора. Работа генератора с коэффициентом мощности меньше номинального приводит к неполному использованию мощности агрегата.

Если напряжение на зажимах генератора отличается от номинального не более чем на 5%, то генератор может быть загружен на номинальную мощность. Допускаются следующие предельные повышения напряжения на зажимах: для генераторов 6,6 кв — 10%, а для генераторов 10,5 кв и выше — 5%. В случае увеличения напряжения на зажимах генераторов до 6,6 кв и ниже более чем на 5% нагрузка их должна быть несколько уменьшена. Объясняется это тем,что в следствии недопустимости перегрузки ротора повышенное напряжение на зажимах генератора может быть получено только за счет уменьшения его нагрузки Наоборот, в случае уменьшения напряжения на зажимах тех же генераторов более чем на 5%, нагрузка их может быть несколько увеличена.

Несимметричная нагрузка фаз приводит к наведению токов в демпферных обмотках и к перегреву последних. Поэтому следует стремиться обеспечить равномерную нагрузку фаз генератора. Если турбогенераторы имеют роторы с капами, то наибольшая не симметрия нагрузки не должна превышать 10%; при роторах с проволочными бандажами не симметричная нагрузка не допускается.

Генераторы, присоединенные к сети с незаземленными нейтралями или к компенсированной сети (с дугогасящими катушками в нейтралях), могут продолжать работу при однофазных замыканиях на землю в сети. При этом длительность такого режима не должна превышать: для генераторов напряжением 6,6 кв и ниже — 2 часа; а для генераторов напряжением 10,5 кв — 1 часа. Ток замыкания на землю должен быть не более 50 А.

Как испытывать сталь статора ТГ

Порой еще их называют испытания на нагрев стали статора. И путают с испытаниями на нагревание. Хотя это совершенно разные испытания. Испытания на нагревание производятся на работающей машине при различных нагрузках по активной и реактивной мощности. А вот испытания на нагрев происходят на статоре турбогенератора, из которого вынут ротор и который не находится под напряжением. Целью испытаний является определение активных потерь в стали статора и определение превышения температуры.

Данный вид испытаний описан в нормах стран СНГ. Например, ниже ссылки на данный вид испытаний для РБ и РФ:

  • п.3.12 «Объемы и нормы испытаний электрооборудования. РД 34.45-51.300-97» Шестое издание (утв. ОАО РАО «ЕЭС России» 08.05.1997)
  • п.6.12 “СТП 33243.20.366-16 — Нормы и объем испытаний электрооборудования Белорусской энергосистемы”

Ниже опишем, что написано в нормах про испытания стали статора

Тут основное различие в мощности генераторов, которые для данного типа испытаний классифицируются на два вида: до 12МВт и выше 12МВт. С чем связано это различие? Жду ваших ответов в комментариях.

Для генераторов ниже 12МВт:

  • производить испытания следует: при полной замене обмотки; при ремонте стали (не реже раза в 10 лет)

Если мощность ТГ выше 12МВт:

  • испытания проводят: при повреждениях стали статора; переклиновке пазов, замене обмотки (частичной или полной) статора, до укладки и после заклиновки новой обмотки
  • периодичность испытаний в РФ каждые 5-8 лет, а в РБ в период капремонтов ТГ (примерно раз в пять лет)

Далее генераторы можно разделить еще на два типа:

  • с косвенным охлаждением обмоток испытываются при индукции в спинке статора 1±0,1 Тл на протяжении 90 минут
  • с непосредственным охлаждением обмоток или генераторы изготовленные после 01.07.1977 испытываются индукцией 1,4±0,1 Тл на протяжении 45 минут

Возможно, вы подскажете в комментариях, что значит дата 01.07.1977 ?

Если добиться указанной индукции не получается, то возникает интересный момент — в российских нормах допускается испытывать при отклонении не более ±0,1 Тл, а в нормах РБ этого ограничения нету и испытывать получается проще.

Подготовительный этап

Приведем схему, которую собирают для испытания стали статора

схема испытания стали статора

У нас есть контрольная и намагничивающая обмотки. Контрольная тонкая, намагничивающая — это кабель обычно. Между обмотками желательно соблюдать девяносто градусов. Контрольной обмотки у нас один виток — на концы этого витка подключается вольтметр и два вольтовых конца ваттметра. На намагничивающую обмотку вешается бублик (ТТ) и от него питается амперметр и амперная обмотка ваттметра.

Для определения индукции существует формула:

формула индукции в спинке статора

В вышеприведенной формуле:

  • Bc — значение индукции в спинке статора, Тл
  • Uk — напряжение контрольной обмотки
  • f — частота в сети
  • wk — число витков контрольной обмотки
  • Q — площадь поперечного сечения спинки активной стали, см2

Иногда в эту формулу вставляют число витков намагничивающей обмотки, но это неправильно. Ниже в форме таблиц приведем справочные данные из различных источников в помощь при расчетах.

данные для расчета индукции в спинке статора для ТГ

А вот еще табличка из более старинного источника

таблица данных для расчета индукции статора

Намагничивающую обмотку мы будем учитывать в формуле активной мощности.

Число витков контрольной обмотки обычно 1, раньше мотали и больше, чтобы показания приборов выходили за середину шкалы, но сейчас есть приборы, которые переключают предел, так что можно обойтись и числом витков равным 1.

Если мы в РФ, то мы знаем индукцию (1 и 1,4) и можем “играть” с wк и Uк. Или например, берем один виток и определяем требуемое напряжение.

В РБ же просто подключаем схему к сети, измеряем напряжение и высчитываем индукцию. Далее по формуле, которая будет приведена ниже, определяем требуемое время испытаний для данной величины индукции.

формула определения времени проведения испытаний стали статора при индукции отличной от 1,0 или 1,4 Тл

С числом витков намагничивающей обмотки, как я понимаю, ситуация следующая. Есть сила тока, которая протекает во время испытаний. Её можно определить по формуле I=F/wн. Значение F — известно или же его можно рассчитать.

  • пи — тричетырнадцать (3,14)
  • Dср — внешний диаметр сердечника статора минус высота спинки, в метрах.
  • Н — удельная намагничивающая сила, определяется для конкретной марки стали.

таблица значений H намагничивающей силы для разных марок стали

То есть регулируя количество витков намагничивающей обмотки, мы определяем ток, который будет в ней течь. А зная ток, мы можем прикинуть и выбрать допустимое сечение кабеля. При этом изоляция кабеля должна выдерживать две величины подаваемого напряжения как минимум. Но чаще, у нас имеется определенный кабель, который мы используем для данного вида испытаний. И зная допустимый ток нашего кабеля, мы подгоняем количество витков намагничивающей обмотки на него.

Существует понятие напряжения на один виток обмотки при расчетной индукции:

формула напряжения на виток обмотки в ТГ

Чтобы получить требуемое напряжение для испытаний, можно использовать:

  • сеть
  • трансформатор, запитанный от сети
  • синхронный генератор в двухфазном режиме
  • индукционный регулятор

Предпочтительнее выступает питание, при котором не будет искажаться форма кривой (трансформатор, индукционный регулятор, питаемые от сети).

Получается с числом витков определились. На верхнем рисунке у нас есть трансформатор тока, вольтметр, амперметр и ваттметр. При испытаниях класс точности измерительных приборов должен быть не ниже 0,5.

Основной этап

Кроме приборов и обмоток, при испытаниях стали следует следить за величиной нагревов пакетов стали. Для этих целей удобно использовать тепловизор, но можно обойтись и показаниями термопар.

Вначале испытаний необходимо замерить температуры статора в холодном состоянии. От этих температур дальше и будем плясать.

К этому этапу уже намотаны обмотки, подключены приборы, высчитано время проведения испытаний — осталось лишь включить источник питания. И он включается, засекается время. Проверяется напряжение обмотки и в случае отличия от расчетной пересчитывается время проведения испытаний.

Показания температур снимаются каждые 10-15 минут. Следует следить за перегревом и разницей нагревов (про эти параметры написано ниже). Записывается значение тока, напряжения, мощности, пределы на которых производится измерение ваттметра, коэффициент трансформатора тока.

По окончании испытаний данные будут анализироваться.

Последний этап

На данном этапе анализируются полученные данные.

Анализируя полученные термограммы или величины сопротивлений термопар, следим за следующим: разница между начальной температурой и конечной температурой самого нагретого зубца в конце испытаний (перегрев), разница между самым холодным и самым нагретым зубцами в конце испытаний (разница нагревов). Нормы следующие:

    для генераторов до 1977 года перегрев-

2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика

Эксплуатация генераторов — Охлаждение гидрогенераторов

При работе ГГ выделяется теплота, представляющая потери, которые возникают при взаимных превращениях механической и электрической энергии. В общем случае к этим потерям относятся джоулевы потери в проводниках, потери на вихревые токи и перемагничивание в магнитных и проводящих массах, потери на трение вращающихся частей и в подшипниках и потери на циркуляцию охлаждающей среды. Все эти потери являются причиной нагревания активных и конструктивных частей генераторов.
Допустимые температуры нагрева, например, обмоток статора и ротора зависят в первую очередь от применяемых изоляционных материалов и температуры охлаждающей среды. Для изоляции класса В допустимая температура нагрева обмотки статора должна находиться в пределах 105, а ротора 130°С. При более теплостойкой изоляции обмоток, например классов F и Н, пределы допустимой температуры нагрева увеличиваются.
В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно стареет. Причиной этого являются загрязнение, увлажнение, окисление кислородом воздуха, воздействие электрического поля и электрических нагрузок и т. д. Однако главной причиной старения является ее нагрев. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок службы Срок службы изоляции класса В при температуре нагрева до 120°С составляет около 15 лет, при нагреве до 140°С — сокращается почти до 2 лет. Та же изоляция при температуре нагрева 105°С стареет значительно медленнее, и срок службы ее увеличивается до 30 лет Поэтому во время эксплуатации при любых режимах работы генератора нельзя допускать нагрева его обмоток свыше допустимых температур. Для того чтобы температура нагрева — не превышала допустимых значений, все генераторы выполняют с искусственным охлаждением.
Большинство ГГ охлаждается воздухом, причем в средних к крупных ГГ применяется система косвенного воздушно-водяного охлаждения с замкнутым циклом вентиляции. Воздух циркулирующий через машину, проходит затем через водяные воздухоохладители, где охлаждается проточной водой, и вновь поступает в машину (рис. 1.7).

Замкнутая система охлаждения гидрогенератора

Рис. 1.7. Замкнутая система охлаждения гидрогенератора;
1 — корпус статора; 2 — сердечник статора; 3 — воздухоохладитель; 4 — обмотка статора; 5 — полюс ротора; 6 -тормоз; 7 — обод ротора; 8 — остов ротора; 9 — верхняя крестовина; 10 — опора статора; 11 — движение охлаждающего воздуха

Замкнутая система вентиляции обеспечивает чистоту воздуха и предотвращает засорение отдельных каналов (в первую очередь вентиляционных каналов статора).
На практике часто применяется частично разомкнутый цикл вентиляции с выпуском горячего воздуха из генератора в машинный зал ГЭС для его обогрева; при этом используется около 20 % расхода воздуха, проходящего через воздухоохладители. Отбор горячего воздуха из ГГ допускается при условии, что исключено засорение машины и предусмотрена подпитка ее чистым свежим воздухом.
В ГГ малой мощности применяется также разомкнутая: система вентиляции, когда воздух, пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу.
Независимо от мощности в ГГ реализуется принцип автономности системы охлаждения: ротор служит вентилятором, а мощность, затрачиваемая на циркуляцию воздуха, поступает непосредственно с вала гидроагрегата.
По способу подачи воздуха различают радиальные, осевые или аксиальные и радиально-осевые схемы самовентиляции.

Радиальная схема вентиляции

При радиальной системе вентиляции воздух поступает в звезду ротора (обычно двумя потоками — сверху и снизу) и под действием избыточного давления, создаваемого вращающимся ротором, проходит через каналы в ободе ротора, промежутки между полюсами воздушный зазор, каналы сердечника статора, выходит в корпус статора и через отверстия в корпусе — в охладители. Пройдя охладители, воздух по каналам в фундаменте и между лапами верхней крестовины вновь поступает в генератор (рис 1.8). Часть воздуха, минуя ротор, направляется в камеры лобовых частей, откуда частично проходит в каналы статора, частично — на тело статора Во избежание обратного перетекания воздуха из камер лобовых частей за вентилятор ставятся воздухоразделяющие щиты. Обычно применяются центробежные вентиляторы.

Рис. 1.8 Радиальная схема вентиляции

Радиально-аксиальная схема вентиляции

В последние годы получила развитие схема вентиляции с использованием давления, развиваемого спицами в торцевых зонах.
При чисто аксиальной системе вентиляции воздух поступает в генератор с одной стороны, проходит по нескольким параллельным ветвям — между полюсами, в воздушном зазоре, по продольным каналам и за телом сердечника статора, после чего выходит с другой стороны машины.
При смешанной радиально-аксиальной вентиляции воздух поступает в генератор сверху и снизу и с помощью пропеллерных (осевых) вентиляторов, расположенных на горцах обода ротора, направляется в межполюсное пространство и распределяется по радиальным каналам сердечника статора (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Радиально-аксиальная схема вентиляции

Простота и надежность системы само вентиляции используются до тех пор, пока напор, развиваемый ротором, оказывается достаточным для обеспечения нужного расхода воздуха или пока требования повышения энергетических показателей не вынуждают перейти к более интенсивным системам непосредственного и форсированного охлаждения.
В настоящее время реализованы конструктивные схемы непосредственного водяного охлаждения всех основных элементов, в которых выделяются значительные потери: обмоток статора и возбуждения, шинопроводов, сердечников статора и полюсов ротора, демпферной системы. Одни схемы получили широкое распространение, другие применяются ограниченно.
Так, стержень обмотки статора с непосредственным водяным охлажденном выполняется в виде комбинации чередующихся в определенном порядке сплошных и полых изолированных проводников. При этом охлаждающая среда соприкасается непосредственно с медью обмоток, благодаря чему основную часть тепла, выделяемого в меди, отводят, минуя изоляцию и сталь.
Гидравлическая схема обмотки статора достаточно сложна, гидравлические соединения выполняются в соответствии с электрической схемой обмотки, с тем чтобы стержни каждой цепи по ходу воды принадлежали одной параллельной ветви фазы обмотки и находились под максимально близкими потенциалами. В процессе изготовления и эксплуатации обмотка и ее части подвергаются испытаниям на герметичность, прочность и проходимость.
Внешняя система циркуляции воды — дистиллята включает в себя водяные насосы, теплообменники, фильтры механической очистки, магнитные фильтры, ионно-обменный фильтр, водяной бак, регулятор температуры, контрольно-измерительную аппаратуру, средства защиты и сигнализации.
При эксплуатации ГГ с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора особое внимание обращается на элементы конструкции водяного тракта обмотки и параметры системы водяного охлаждения.
Циркуляция дистиллята не прекращается во время нахождения ГГ в резерве во избежание окисления внутренней поверхности полых проводников и образования на ней отложений.
Во многих случаях применяются системы охлаждения смешанного типа, в которых для напряженных в тепловом отношении элементов используется непосредственное водяное охлаждение, для других — воздушное. Например, в ГГ Красноярской ГЭС обмотки и шины статора охлаждаются непосредственно водой, обмотки возбуждения имеют форсированное воздушное охлаждение, причем форсирование охлаждения достигается выполнением поперечных каналов в витках катушек полюсов. Остальные элементы конструкции имеют традиционное косвенное воздушное охлаждение.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: