Часть 1. Основное электрооборудование

Колодяжный В.В.

 

 

ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

И ПОДСТАНЦИЙ

Часть 1. Основное электрооборудование

Электрических станций и подстанций и его эксплуатация

Часть 2. Оперативное управление на объектах электроэнергетики

Российской Федерации

 

Учебное пособие

 

Рекомендовано Учебно-методическим советом института

в качестве учебного пособия

для студентов очной и заочной формы обучения

направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (бакалавриат),

и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» (магистратура)

 

Севастополь

СевГУ 2020

УДК 621.311.(075.8)

ББК 31.277.1я73

К61

Рецензенты:

Высоцкий В.Е. – доктор технических наук,

профессор кафедры «Электрооборудование судов» СевГУ

Захаров А.В. – зам. главного инженера Севастопольской ПГУ-ТЭС

 

Колодяжный В.В.

К61   Основы эксплуатации электрических станций и подстанций: учеб. пособие / В.В. Колодяжный; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Севастопольский государственный университет, Институт ядерной энергии и промышленности. − Севастополь: СевГУ, 2020. − 230 с.: ил.

ISBN 978-5-98298-537-5

 

Содержание учебного пособия соответствует утвержденной в СевГУ рабочей программе дисциплины «Основы эксплуатации электрических станций и подстанций» по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», а также требованиям к уровню компетенции Федерального стандарта. Пособие состоит из двух частей: часть 1. Основное электрооборудование электрических станций и подстанций и его эксплуатация; часть 2. Оперативное управление на объектах электроэнергетики Российской Федерации.

Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной формы обучения направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (бакалавриат), направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» (магистратура) и используется для получения практических навыков при изучении теоретического материала по дисциплинам «Электрические станции», и «Эксплуатационные режимы работы электрооборудования электрических станций».

УДК 621.311.(075.8)

ББК 31.277.1я73

 

Одобрено учебно-методической комиссией Института ядерной энергии и промышленности в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электрические станции». Протокол № 7 от 28 января 2020 года.

 

© Колодяжный В.В. 2020

© ФГАОУВО «Севастопольский

государственный университет», 2020

ISBN 978-5-98298-537-5

ОГЛАВЛЕНИЕ

                                                                                                                               Стр.

	ВВЕДЕНИЕ	6
	ЧАСТЬ 1. ОСНОВНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ И ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИЯ	7
1	ГЕНЕРАТОРЫ И СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ	8
1.1.	Общие сведения, эксплуатационные параметры и особенности конструкции	8
1.2	Вспомогательные системы, обеспечивающие функционирование синхронного генератора	25
1.2.1.	Назначение, особенности конструкции и эксплуатации систем охлаждения генераторов	25
1.2.2.	Назначение состав и обслуживание систем масляных уплотнений	34
1.2.3	Назначение, состав, особенности конструкции и эксплуатации систем возбуждения СГ	43
1.3	Ремонты генераторов и синхронных компенсаторов	52
1.4	Определение места замыкания в обмотке ротора турбогенератора	56
1.5	Определение места виткового замыкания в обмотке ротора	58
1.6	Сушка генераторов и синхронных компенсаторов	59
2.	ТРАНСФОРМАТОРЫ И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ	65
2.1	Общие сведения	65
2.2	Особенности систем охлаждения трансформаторов	66
2.3.	Защита трансформаторного масла	68
2.4	Азотная защита трансформаторного масла	70
2.5	Пленочная защита трансформаторного масла	71
2.6	Защита трансформаторного масла от окисления	72
2.7.	Определение возможности включения трансформатора без сушки	72
2.8.	Сушка трансформатора	73
3	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И ИХ  ЭКСПЛУАТАЦИЯ	79
3.1.	Общие сведения о работе выключателей	79
3.2.	Эксплуатация масляных выключателей	80
3.3.	Эксплуатация воздушных выключателей	83
3.4	Эксплуатация разъединителей, о тделителей короткозамыкателей и опорно-стержневых изоляторов	87
3.4.1	Разъединители	87
3.4.2	Отделители	89
3.4.3	Короткозамыкатели	89
3.4.4	Изоляторы	90
	ЧАСТЬ 2. ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НА ОБЪЕКТАХ ЭЛЕКТРО-ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ	92
1.	ОСНОВЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА	93
1.1	Особенности энергетического производства	93
1.2	Топливно-энергетический комплекс РФ	94
2	ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ В РФ	98
2.1	Основы государственной политики в сфере электроэнергетики	98
2.2	Реформирование энергетики в России	99
2.3	Единая энергетическая система России сегодня	100
2.4	Основные группы компаний и организаций ЕЭС России	101
3	ОСНОВЫ ОБРАЗОВАНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРО-ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ	112
3.1	Организация экономичной работы электроэнергетической системы в целом, электростанций и агрегатов	112
3.2	Понятие качества электрической энергии как товара	113
4.	ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИХ РАБОТОЙ	120
4.1	Производственная структура электростанции	120
4.2	Производственная структура предприятий электрических сетей и схемы оперативного управления их работой	124
5	ОРГАНИЗАЦИЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ЭНЕРГОСИСТЕ­МЫ	127
5.1	Целесообразность и эффективность объединения энергосистем	127
5.2	Оперативно-диспетчерское управление (ОДУ) в электроэнергетике	128
5.3	Оперативно-диспетчерский персонал	133
5.4	Состав технической документации и делопроизводство на энергообъектах ЕЭС России	135
6	ПРОИЗВОДСТВО ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ	140
6.1	Введение	140
6.1.1	Общие сведения	140
6.1.2	Определения	140
6.2	Оперативное состояние оборудования	142
6.2.1	Требования к состоянию электрических схем перед пуском блока.	142
6.2.2	Требования к состоянию электрических схем при работе на энергетическом уровне мощности	144
6.3	Организация и порядок проведения оперативных переключений	145
6.3.1	Оперативное обслуживание	145
6.3.2	Порядок производства и объём оперативных переключений	146
6.3.3	Обязанность и ответственность оперативного персонала при производстве переключений	147
6.4	Производство оперативных переключений	148
6.4.1	Распоряжение на производство переключений	148
6.4.2	Порядок заполнения и пользования бланками переключений	149
6.4.3	Порядок пользования типовыми бланками переключений	152
6.4.4	Переключения в схемах РЗА	153
6.4.5	Порядок производства переключений с выключателями	154
6.4.6	Порядок производства операций с разъединителями	155
6.4.7	Операции с электромагнитной блокировкой	156
6.4.8	Проверочные операции	157
6.4.9	Техника безопасности при производстве оперативных переключений	158
6.4.10	Ответственность за выполнение правил технической эксплуатации и техники безопасности	159
7	ДЕЙСТВИЯ ОПЕРАТИВНОГО ПЕРСОНАЛА ПРИ ОТКАЗАХ ОС-НОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В СХЕМЕ ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ	161
7.1	Общие положения	161
7.2	Состав основного электрооборудования схемы выдачи мощности на примере АЭС	165
7.3.	Назначение основного оборудования схемы выдачи мощности АЭС и расположение на ее территории	167
7.4.	Контроль и управление и режим работы оборудования схемы выдачи мощности	168
7.5	Режим работы электрооборудования схемы выдачи мощности	169
8	ДЕЙСТВИЯ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОТКАЗАХ ГЕНЕРАТОРА	172
8.1	Основные виды повреждений генераторов	172
8.2	Ненормальные режимы генератора	173
8.3	Тушение пожара на генераторе	178
8.4	Действия персонала при аварийном отключении турбогенератора	180
9	ДЕЙСТВИЯ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОТКАЗАХ БЛОЧНОГО ТРАНС-ФОРМАТОРА	186
9.1	Повреждения и ненормальные режимы работы трансформаторов	186
9.2	Ненормальные режимы работы трансформатора	186
9.3	Ограничения по эксплуатации от системы обеспечения работоспособности блочного трансформатора	188
9.4	Действия оперативного персонала ЭЦ при нарушениях в работе системы охлаждения блочного трансформатора	189
10	ДЕЙСТВИЯ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОТКАЗАХ ТРАНСФОРМАТОРА СОБСТВЕННЫХ НУЖД	192
11	ДЕЙСТВИЯ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОТКАЗАХ КАГ – 24	194
12	ДЕЙСТВИЯ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ АТ СВЯЗИ	195
13	ДЕЙСТВИЯ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОТКАЗЕ ОБОРУДОВАНИЯ В СХЕМЕ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭНЕРГОБЛОКА	198
13.1	Отказ выключателей 6 кВ в системе с.н.	198
13.2	Обесточение одной из рабочих секций 6 кВ (ВА, ВВ, ВС, ВД)	198
13.3	Обесточение секции 0,4 кВ нормальной эксплуатации	200
13.4	Замыкание на “землю”» в сети собственных нужд 6 кВ	201
14	ОТКАЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ	203
15	ПОРЯДОК ВЕДЕНИЯ ОПЕРАТИВНОГО ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В СХЕМЕ ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ204	204
15.1	Общие положения	2 04
15.2	Особенности взаимодействия и выполнения распоряжений ДД оперативным персоналом АЭС	205
16	ПОРЯДОК ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙ И ДЕЙСТВИЙ ПЕРСОНАЛА ПО ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ	214
16.1	Общие положения	214
16.2	Обязанности, взаимоотношения и ответственность оперативного персонала при ликвидации аварий	218
16.3	Порядок разрешения ситуаций в случаях ошибочных команд вышестоящего руководителя	220
	ПРИЛОЖЕНИЯ	222
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	228

ВВЕДЕНИЕ

 

Настоящий курс - чисто инженерно-технический. В нем рассматриваются особенности основного электрического оборудования электрических станций и даются азы его технической эксплуатации. Естественно, что об особенностях эксплуатации всего оборудования электростанций кратко рассказать невозможно. В данном курсе обобщены наиболее важные вопросы, связанные с организацией эксплуатации, проведением измерений, испытаний и ремонта электрооборудования, приведены примеры отдельных, наиболее характерных видов работ, технологических операций и оперативных действий.

Целью изучения дисциплины «Основы эксплуатации электрических станций и подстанций» является получение студентами базовых знаний в области практической эксплуатации основного оборудования систем электроэнергетики различного иерархического уровня.

Вместе с теоретическими познаниями, будущий специалист должен получить практические навыки работы с электрооборудованием.

Материал, излагаемый в пособии, базируется на знании основ математики, физики, теоретической электротехники и является логическим продолжением материала дисциплин «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины», «Электрические аппараты», «Электрическая часть электростанций и подстанций», «Электрические сети и системы».

Будущим выпускникам направления подготовки 13.03.02 (13.04.02) «Электроэнергетика и электротехника» профиль «Электрические станции», предстоит работать преимущественно на монтаже, пуско-наладке и эксплуатации именно электрических станций и подстанций, поэтому в рамках данного учебного пособия предпринята попытка:

- изложить основные принципы организации эксплуатации электрической части электростанций,

- рассмотреть причины возникновения тех или иных нештатных ситуаций и пути их разрешения,

- добиться понимания, почему и как правильно следует выполнять требования ПТЭ и других нормативных документов при эксплуатации электростанций  и подстанций.

 

И его эксплуатация

 

 

Турбогенераторы.

В качестве примера далее будут рассмотрены конструкция и эксплуатационные особенности турбогенератора ТВВ-1000-2У3, получившего широкое применение на атомных станциях в качестве базовой модели.

Общий вид турбогенератора ТВВ-1000-2У3 в разрезе приведен на рис. 1.1.

Конструктивно ТГ представляет собой горизонтальную неявнополюсную электри­ческую машину с двумя основными обмотками – одна из них создаёт поток магнитной индукции возбуждения и потому называется обмоткой возбуждения (ОВ), на зажимах второй обмотки под воздействием магнитного поля индуцируется электродвижущая сила (ЭДС).

Любая электрическая машина обратима, поэтому не важно, где и как расположены обмотки, но в генераторах электростанций обмотка возбуждения обычно находится на вращающемся цилинд­рическом роторе, а выходная обмотка на неподвиж­ном статоре.

В качестве магнитопровода в машинах небольшой мощности используется горячекатаная сталь, а в генераторах мощностью более 100 МВт - холоднокатаная элект­ротехническая сталь. Последняя имеет повышенную магнитную проницаемость и пониженные удельные потери. Приме­нение холоднокатаной стали позволяет также значительно уменьшить размеры сердечника и соответственно уменьшить расход меди для обмотки.

Конструктивное исполнение машины, прежде всего, зависит от необходимой частоты вращения, главным образом это сказывается на конструктивных особенностях ротора, он бывает двух основных видов, это явнополюсный (рис. 1.2, а). и неявнополюсный типы (рис. 1.2, б).

            а)                                        б)                                    в)

Рис. 1.2. Конструктивное исполнение неявнополюсного (а) и явнополюсного (б) ротора синхронного гене­ратора

В первом случае, ротор имеет два или более явно выраженных полюса, он рассчитан на работу при относительно небольших скоростях вращения и применяется для конструкций синхронных гидрогенераторов. Стержни (катушки), выполняют функцию обмоток возбуждения, они одеваются на полюсные наконечники и крепятся в пазах сердечника с помощью клиньев из немагнитного изоляционного материала. В полюсных наконечниках могут располагаться также стержни обмотки, предназначенной для пуска, они выполняются из латуни, для которой характерно высокое удельное сопротивление. Сердечник изготавливается из электротехнической стали.

Несмотря на то, что явнополюсный ротор проще в изготовлении, обслуживании и ремонте, использование явнополюсного ротора в высокоскоростных машинах практически невозможно в связи с трудностью крепления полюсов и обмоток возбуждения при небольшом количестве пар полюсов. В материале ротора ввиду большой частоты вращения воз­никают значительные механические на­пряжения и в машинах большой мощности, и соответствующего этому диаметра бочки ротора, скорость на окружности ротора настолько велика, что из соображений механической прочности и лучшего размещения и укрепления обмотки возбуждения (обмотки ротора) ее приходится распределять по поверхности ротора, т.е. выполнять машину как неявнополюсную (рис. 1.2, б).

Неявнополюсный ротор (рис. 1.3) рассчитан на работу при больших скоростях вращения и применяется для конструкций синхронных турбогенераторов большой мощности. Магнитопровод неявнополюсного ротора изготавливается из единой поковки и выполняется, как единое целое с валом машины. Массив­ная бочка ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуж­дения в пазах, в турбогенераторах выполняют роль успокоительной обмотки. Для повышенной термической стойкости в пазах осуществляется формирование обмотки из медных с серебряной присадкой проводников.

Рис. 1.3. Внешний вид ротора турбо­генератора

Из цельной поковки углеродистой стали изготовляют неявнополюсные роторы турбогенераторов ма­лой мощности, а роторы крупных турбогенераторов - из высоколеги­рованной хромо-никелевой или хромо-никель-молиб-деновой стали, обладающей высокими механическими (и магнитными) свой­ствами.

Именно таков ротор генератора ТВВ-1000-2У3.

На поверхности бочки ротора фрезеруются пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения. Пазы закрывают клиньями (рис. 1.4) из высокопрочных, немагнитных (для уменьшения потока рассеяния ротора) материалов: немаг­нитной стали, бронзы, дюралюминия.

а — паз статора при косвенном охлаждении; б — паз статора при непосредственном охлаждении; в — паз ротора при косвенном охлаждении; г — паз ротора при непосредственном охлаждении

Рис. 1.4. Схематический разрез пазов турбо­генератора

Для обмотки ротора небольших турбогенераторов используется электролитическую медь, а крупных турбогенераторов - медь с при­садкой серебра (0,03÷0,1%), так как в чистой меди под действием больших центробежных сил и термических напря­жений, возникающих при повышенных нагревах, частых пусках и остановах, появляются остаточные деформации, которые могут привести к разрушению обмотки.

Стержни обмотки ротора на­бирают из отдельных проводников. В турбогенераторах с поверхностным ох­лаждением обмотки ротора проводники имеют сплошное сечение (рис. 1.4, в), а при непосредственном охлаждении обмотки ротора водородом или водой применяют проводники профильных се­чений (рис. 1.4, г); такие проводники образуют вентиляционные каналы, по которым циркулирует охлаждающая среда. Для изоляции обмотки ротора применяют миканит, а в последнее вре­мя и материалы с повышенными механическими и термическими свойствами - стекло, термореактивные лаки эпоксидные смолы.

В генераторах с щеточным аппаратом обмотка ротора с помощью токопровода соединяется с контактными кольцами из износоутойчивой стали. В крупных машинах в ввиду больших токов возбуждения и необходимости размещения больше количества щеток применяются сдвоенные кольца со специальным воздушным охлаждением, а для уменьшения потерь на трение - кольца с уменьшенным диаметром.

В машинах с бесщеточной системой возбуждения кольца отсутствуют. Постоянный ток подается в обмотку возбуждения от возбудителя по токопроводу в полости вала генератора

Лобовые части обмотки ротора удержи­ваются от смещения бандажными коль­цами (каппами). В последних возникают еще большие механические напряжения, чем в теле ротора, так как диаметр бандажного кольца больше диаметра ротора.

Рис. 1.5. Бандажное коль­цо (каппа).

Кроме того, в бандажных кольцах возни­кают вихревые токи, которые могут создать опасные нагревы. В связи с этим у крупных турбогенераторов бандажные кольца выполняют из немагнитной вы­сокопрочной (аустенитной) стали или титана.

Вследствие значительной ча­стоты вращения диаметр ротора ограничивается 1,1÷1,2 м при 3000 об/мин по соображениям механи­ческой прочности. Длина бочки ротора также имеет предельное значение, равное 6÷6,5 м по условиям допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик.

В активной части ротора, но которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения. Лобовая часть обмотки, не ле­жащая в пазах, предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажа. Место посадки бандажных колец на ротор защищено изоляцией, которая препятствует замыканию через бандаж токов, возникающих в бочке ротора при несимметричных и асинхронных режи­мах работы генератора.

По обеим сторонам ротора на его валу устанавливаются вентиляторы (чаще всего пропеллерного типа), обеспечи­вающие направленную циркуляцию охлаждающего газа в машине.

Ротор турбогенератора устанавли­вается на двух подшипниках скольжения, которые имеют принудительную смазку маслом под давлением от масляной системы турбины.

1 – корпус генератора, 2 – фланец вала ротора (полость токопровода закрыта). 3 – вентилятор, 4 – лобовая часть обмотки ротора, 5 – лобовая часть обмотки статора, 6 – фторопластовые шланги водяной системы охлаждения обмотки статора.

Рис. 1.6. Торец генератора ТВВ-1000-2У3 со снятым щитом.

Аналогичная обмотка «беличья клетка», которая имеет в своей конструкции катушки из меди, используется для демпфирования и выступает успокоителем, потому как способствует снижению неустойчивости ротора, появляющейся во время переходного режима.

Статор генератора является якорем машины и имеет многофазную обмотку, чаще всего, рассчитанную на три фазы. Он выступает в качестве индуктора и как неподвижная часть генератора, включает в себя сталь­ной корпус 1, сердечник и трёхфазную обмотку, присоединяемую к внешней сети при помощи 9 выводов.

Корпус изго­товляется сварным, с торцов он закрывается щитами с уплотнениями в ме­стах стыка с другими частями.

Сердечник статора собран из сегментов электротехнической стали, он стягивается с помощью немагнитных нажимных колец и стягивающих "ребер", на "ласточкином хвосте" которых крепятся сегменты пакетов активной стали.

Для демпфирования вибрации, возникающей при вращении несимметричного в магнитном отношении ротора генератора, и предотвращения поломок системы крепления сердечника к корпусу в районе крепления, в ребрах выполнены продольные прорези.

Обмотка статора - трехфазная, двухслойная, с укороченным шагом, стержневая, с транспозицией элементарных проводников. Транспозиция элементарных проводников стержня - это изменение их положения по высоте паза на длине активной стали, применяется для снижения потерь в проводниках, вызванных потоками рассеяния.

Обмотка каждой фазы состоит из двух параллельных ветвей. Схема соединения фаз обмотки статора – “ двойная звезда ”. При этом соединение “ звезда ” выполняют отдельно для каждой трехфазной ветви и обе нулевые точки соединяют между собой через трансформатор тока ТТ, используемый в схеме дифференциальной поперечной защиты генератора.

Рис. 1.7. Схема соединения обмоток статора - “двойная звезда”

Стержни обмотки статора состоят из элементарных медных проводников и уложены в 60 пазов сердечника статора. Для охлаждения обмотки статора дистиллятом часть элементарных проводников стержней выполнены полыми (см. рис. 1.4,б). Поскольку такие проводники из-за увеличенной высоты имеют повышенные потери от вихревых токов, то полые проводники чередуются со сплошными. При этом сплошные проводники охлаждаются несколько хуже за счет перепада температуры в изоляции и прокладках. У генератора ТВВ-1000-4У3 принято следующее соотношение полых и сплошных проводников в стержне: 1 полый и 2 сплошных.

Для охлаждения обмотки по полым проводникам проходит дистиллированная вода. На концах стержней припаяны медные наконечники для подвода воды к полым проводникам и электрического соединения стержней, которое осуществляется медными хомутами и клиньями с последующей пайкой.

Для подвода и слива дистиллята из обмотки статора имеются кольцевые коллекторы 7 (рис. 1.6), установленные на кронштейнах из изоляционного материала. Соединение коллекторов со стержнями обмотки осуществляется шлангами из фторопласта 6. Для выпуска газа в верхних точках коллекторов установлены дренажные трубки с краниками, которые должны быть постоянно открыты в период эксплуатации для непрерывного удаления газа, попавшего в обмотку. Охлаждающий дистиллят в обмотке проходит параллельно по всем стержням. Вход дистиллята осуществляется со стороны возбудителя. Слив - со стороны турбины.

Лобовые части обмотки статора 5 - корзиночного типа закреплены с помощью шнура, стеклоткани, массивных стеклотекстолитовых кронштейнов и колец, стянутых шпильками. Для обеспечения монолитности лобовых частей применены формующиеся материалы и клеи с последующим запеканием.

У турбогенераторов типов ТГВ-200 и ТГВ-300 используется водородное охлаждение и каждый стержень обмотки статора состоит из двух рядов элементарных проводников, транспонированных в пазовой части на 540°, между которыми размещены тонкостенные изолированные вентиляционные трубки из немагнитной стали (рис. 1.8, а).

Каждая соединяемая пара элементарных проводников пропаяна серебряным припоем, а концы вентиляционных трубок несколько выступают за головки, на которые надеты изолирующие и одновременно газонаправляющие колпаки из кремнийорганической резины. В соединительных шинах и выводах обмотки водород проходит по каналам, выполненным непосредственно в меди.

У турбогенератора типа ТГВ-200М с водяным охлаждением обмотки статора стержни выполнены сдвоенными по ширине паза (рис. 1.9, б) и состоят из чередующихся между собой полых и сплошных проводников с соотношением между ними 1: 3 для наружных слоев проводников и 1: 2 — для внутренних. Аналогично выполнены стержни турбогенераторов типа ТГВ-200-2М, ТГВ-235-2МУЗ, ТГВ-320-2ПУЗ, ТГВ-250-2ПТЗ, ТГВ-215-2ПТЗ.

Генератор имеет три линейных вывода, расположенных внизу концевой части со стороны возбудителя, и шесть нулевых выводов, расположенных наверху той же концевой части (см. рис. 1.1, рис. 1. 9).

Вывод состоит из токоведущего стержня и фарфорового изолятора. Стержень имеет непосредственное водяное охлаждение дистиллятом, для чего он изготовлен из двух концентрически расположенных труб. Токоведущий стержень состоит из толстостенной медной трубы (1) с приваренными на концах контактными пластинами (2) и тонкостенной внут

ренней трубы (3), приваренной к первой с одного конца.

1 — элементарный проводник (сплошной); 2 — вентиляционная трубка (из немагнитной стали, изолированная); 3 — полый элементарный проводник; 4 — экран из алюминиевой фольги, служащий для выравнивания потенциала (под ним — асбестовая прокладка); 5 — изоляция стержня; 6 — изоляционная прокладка; 7 — прокладка из плоского и волнистого стеклотекстолита; 8 — клин, удерживающий стержень в пазу

Рис. 1.8.Сечение паза статора турбогенераторов серии ТГВ: а — ТГВ-200;

б — ТГВ-200М; в — ТГВ-500:

На нулевых выводах каждой ветви установлены трансформаторы тока, используемые в дифференциальных ирезервных защитах генератора и блока, а также в измерительных цепях

Для подвода и отвода дистиллята в стержне имеются специальные штуцеры (4), к которым присоединяются медные водосоединительные трубки – перемычки последовательного соединения по воде между выводами и шинами обмотки статора.

Фарфоровый изолятор (5) уплотнен по отношению к токоведущему стержню резиновыми кольцами. Для предотвращения доступа к выводам генератора, находящимся под напряжением, и защиты трансформаторов тока и других элементов от механических повреждений они закрыты кожухами из немагнитных материалов.

1 – наружная труба; 2 – контактные пластины; 3 – внутренняя труба; 4 – штуцеры; 5 – фарфоровый изолятор; 6 – выводная плита генератора

Рис. 1.9. Вывод проходной: 

Гидрогенераторы. В отличие от турбогенератора частота вращения гидрогенератора всегда определяется возможностями конкретного гидроузла и гидравлическими харак­теристиками турбины и принимается равной наи­более выгодной частоте вращения гидротурбины при за­данных значениях напора и расхода воды из условия ее наибольшей экономичности:

п_турб.  = п_б Н^5/4 / Ö Р                                                      (1-2)

где п_б - коэффициент быстроходности, зависящий от типа турбины, об/мин;

Н - напор, м;

Р - мощность турбины, МВт.

Как следует из формулы (1-2), частота вращения тем меньше, чем ниже напор и выше мощность гидроагрегата. Так как на различных гидроэлектро­станциях напоры и расходы воды отличаются большим разнообразием, то и гидрогенераторы имеют индивидуальное исполнение на частоту вращения от 50 до 750 об/мин.

Большая часть исполненных машин имеет частоту вращения в пределах от 50 до 600 об/мин, т.е. относится к тихоходным машинам.

Гидрогенераторы обычно имеют значительно меньшую скорость вращения, чем у турбогенераторов,, поэтому роторы с большим числом полюсов выполняются явнополюсными и преимуще­ственно с вертикальным расположением вала (рис. 1.10).

Сами полюсы роторов гидрогенераторов (рис. 1.10) принципиально ничем не отличаются от полюсов роторов других типов синхронных машин, и их сердечники могут выполняться как шихтованными, так и массивными.

1.10

В первом случае сердечник полюса собирается из шихтованных листов, обычно не лакируемых, толщиной от 0,5 до 2 мм (чем выше окружная скорость, тем больше толщина листа), стягиваемых шпильками и нажимными щеками, торцевая поверхность которых выполняется закругленной (с одним радиусом, если ширина сердечника менее 250 мм, и с двумя, если ширина более 250 мм).

У гидрогенераторов большие размеры и масса, а также большое число полюсов. Диаметры роторов мощных гидроагрегатов достигают 14÷16 м, а статоров - 20÷22 м. Для успокоения колебаний ротора, возникающих при резких изменениях на­грузки генератора служит демпферная обмотка из медных стержней, которая размещается на полюсах помимо об­мотки возбуждения.

В гидрогенераторах небольшой мощ­ности обмотку статора обычно выпол­няют катушечной, а в крупных гидро­генераторах применяют стержневую об­мотку, состоящую из отдельных элемен­тарных проводников, как и в турбоге­нераторах.

Ввиду большой разницы в частотах вращения гидрогенераторов и турбоге­нераторов существует принципиальное различие и в конструкции их роторов. Гидрогенераторы имеют явнополюсный ротор (рис. 1.11), который представ­ляет собой своеобразное колесо боль­шого диаметра, состоящее из внутрен­ней части - остова, насаживаемого с по­мощью втулки на вал, и наружной части - обода, собранного из штампо­ванных сегментов. На ободе распола­гают полюсы с обмоткой возбуждения. Чем меньше частота вращения гидроге­нератора, тем большее число полюсов и катушек необходимо разместить на ободе. Поэтому у тихоходных гидро­генераторов диаметры роторов значи­тельно больше, чем у быстроходных.

Увеличение мощности гидрогенератора при неизменной частоте вращения также приводит к увеличению его диаметра. При больших диаметрах ротора в ободе возникают значительные механические напряжения, особенно при угонной частоте вращения, которая превышает номинальную в 2÷ 3 раза и имеет место при сбросе нагрузки в случае отказа системы регулирования. Это может вызвать вибрацию и смещение центра масс ротора, поэтому большинство гидрогенерато­ров имеют демпферную (успокоительную) обмотку, кото­рую выполняют из медных или латун­ных стержней, уложенных в полузакры­тые пазы на наконечниках полюсов ­ ротора. Она способствует снижению вибрации ротора и равномерности его вращения.

Для устранения опасных смещений применяют горячую насадку обода на остов ротора.

Полюс ротора состоит из стального сердечника, собранного из отдельных пластин листовой стали или выполненного массивным из стальной поковки и катушки обмотки возбуждения, намотанной из неизолированных медных проводников прямоугольного сечения.

В крупных гидрогенераторах кроме про­водников сплошного сечения использую_, полые проводники с целью обеспечения непосредственного охлаждения ротора водой или воздухом. По торцам ротора стержни сое­диняют между собой медными или ла­тунными сегментами.

В качестве межвитковой изоляции обычно используют изоляцию класса В, а для изоляции катушки от сердечника - асбест и мика­фолий.

В крупных гидрогенераторах в качестве межвитковой изоляции приме­няют новые сорта термореактивной изоляции.

1 - остов;  

2 - обод ;  

3 - вал;  

4 - сегмент обода ;  

5 - полюс с катушкой обмотки возбуждения ;  

6 - токопровод, соединяющий обмотку возбуждения с контактными кольцами;  

7 - вентиляционный ра­диальный канал.

 

Рис. 1.12. Ротор гидрогенератора со спицевым остовом

 

Контактные кольца роторов гидро­генераторов выполняют из стали. В круп­ных гидрогенераторах каждое кольцо состоит из двух полуколец.

Поскольку число пар по­люсов гидрогенераторов всегда выражается целым числом, то частота враще­ния иногда оказывается дробной, например гидрогенераторы Иркутской ГЭС имеют частоту вращения 83,3 об/мин (р = 36), Саратовской ГЭС - 51,5 об/ми