Системы обеспечения функционирования синхронного генератора

1.2.1. Особенности систем охлаждения генераторов.

Для того чтобы температура генераторов во время их работы оставалась в допустимых пределах, необходим непрерывный интенсивный отвод теплоты от них, который и выполняется при помощи системы охлаждения.

В настоящее время применяются следующие системы охлаждения: воздушная косвенного охлаждения, воздушно-жидкостная, водородно-водяная и полностью водяная с охлаждением стали статора водородом или воздухом.

В качестве охлаждающей среды в современных генераторах применяют газы (воздух, водород) и жидкости (вода, масло). Их сравнительные теплоотводящие свойства приведены в табл. 1-2.

 Таблица 1

Температура охлаждающей среды установлена стандартами равной 40°С, и при изменении по каким-либо причинам этой температуры допускаются соответствующие изменения q _доп, а сле­довательно, и нагрузки генератора.

Турбогенераторы выполняются с воздушным, водородным, водородно-жидкостным или чисто жидкостным охлаждением. Ги­дрогенераторы имеют воздушное или воздушно-жидкостное охлаж­дение.

По способу отвода теплоты от меди обмоток системы охлажде­ния подразделяются на косвенные (поверхностные) и непосред­ственны е.

а) Косвенные системы охлажде­ния. Исторически первой системой охлаждения генераторов была система косвенного воздушного охлаждения, при которой циркуляция воздуха в машине осуществляется вентиляторами, насаженными на вал с обоих ее торцов. Газ (воздух или водород) циркулирует в зазоре между ротором и статором, а также в вентиляционных каналах сердечника статора. Поэтому тепло, выделяемое в проводниках обмоток ротора и статора, поглощается охлаждающим газом лишь после того, как оно пройдёт через пазовую изоляцию и сталь ротора или статора. При этом в изоляции, активной стали и на поверхности каналов имеют место перепады температур, сумма которых равна превышению температуры меди обмотки над температурой охлаждающей среды. Основная доля превышения температур приходится на изоляцию, поэтому номинальная мощность генератора заданных размеров в значительной мере ограничена тепловыми характеристиками изоляции.

При косвенном охлаждении (оно применяется только при газах) охлаждающий газ не соприкасается с проводником обмоток, а теплота, выделяемая в них, передаётся газу через изоляцию, которая таким образом оказывается перегруженной в тепловом отношении и значительно ухудшает теплопередачу.

Косвенная воздушная система охлаждения может быть проточной и замкнутой. При проточной системе воздух, пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу. Такая вентиляция применяется только для генераторов небольшой мощности, так как, несмотря на наличие фильтров, с воздухом в машину попадает и пыль.

Для более крупных генераторов, требующих большого количества воздуха, во избежание их загрязнения применяют замкнутую вентиляцию, при которой в машине циркулирует одно и то же количество воздуха; нагретый воздух охлаждается в воздухоохладителях и снова поступает к активным частям машины.

Рис. 1.13. Замкнутая система косвенного воздушного охлаждения

Нагретый в машине воздух выбрасы­вается через горячие камеры в воздухоохладитель, расположен­ный под генератором, а оттуда через общие камеры холодного воздуха поступает обратно в генератор (рис. 1.13, 1.14).

Рис. 1.14. Схемы циркуляции воздуха в замкнутой системе вентиляции

В зависимости от распо­ложения вентиляционных каналов и направления движения воз­духа в машине различают осевую (рис. 1.15. а) и радиальную (рис. 1.15. б) вентиляцию.

                а)                                                           б)

Рис. 1.15. Распо­ложение вентиляционных каналов и направления движения воз­духа в машине: а - осевая вентиляция, б - радиальная вентиляция.

Увеличение мощности генераторов в единице требует такого повышения электромагнитных нагрузок, при которых воздух не обеспечивает необходимый отвод тепла. В настоящее время косвенное воздушное охлаждение приме­няют ограниченно, в турбогенераторах только до 12 МВт и в ги­дрогенераторах до 150÷160 МВт. Поэтому в системах охлаждения крупных турбогенераторов и синхронных компенсаторов воздух заменён водородом. Косвенная водородная система охлаждения может быть только замкнутой.

Водород в качестве хладагента имеет по сравнению с воздухом следующие преимущества: плотность водорода в 14,3 раза меньше воздуха (при 3% примеси воздуха - в 10 раз) и потери на трение вращающегося ротора генератора в водороде в 10 раз меньше, чем в воздухе, теплоемкость водорода в 14 раз больше, чем воздуха, теплоотдача в 3,6 раза больше, водород пожаробезопасен (не поддерживает горение), КПД машины с водородным охлаждением на 1% больше, чем с воздушной системой (данные для избыточного давления водорода 0,294 МПа (3 кгс/см²).