- •III. Основное электрооборудование электрических станций
- •III.1. Синхронные генераторы
- •III.1.1. Особенности конструкции генераторов
- •III.1.2. Номинальные параметры синхронного генератора
- •III.1.3. Системы охлаждения генераторов
- •III.1.4. Маркировка генераторов
- •III.1.5. Система возбуждения (св).
- •III.1.6. Автоматическое гашение поля
- •III.1.7. Автоматическая регулировка возбуждения и форсировка возбуждения.
- •III.1.8. Режимы работы турбогенераторов
- •Іii.2. Силовые трансформаторы
- •III.2.2. Типы трансформаторов. Схемы соединения обмоток.
- •III.2.3. Основные параметры трансформаторов
- •III.2.4. Системы охлаждения
- •III.2.5. Маркировка трансформаторов
- •IV. Короткие замыкания в электрических системах
- •IV.1. Виды кз
- •IV.2. Причины возникновения кз
- •IV.3. Последствия протекания токов кз по проводникам аппарата
- •IV.4. Координация (методы ограничения) токов кз
- •IV.5. Переходные процессы при кз. Начальное значение периодической составляющей тока кз. Ударный ток кз. Ударный коэффициент кз
- •V. Основные процессы и явления , определяющие конструкцию аппаратов и проводников
- •V.1. Нагрев аппаратов (а) и проводников (п) токами длительного режима.
- •V.2 Нагрев п и а токами кз. Термическая стойкость а и п.
- •V.3. Электродинамические усилия возникающие в п при протекании в них токов кз
- •V.3.1.Общие замечания.
- •V.3.2. Электродинамическая стойкость
- •VI. Токоведущие части, контактные соединения и электрические аппараты
- •VI.1. Токоведущие части (твч).
- •VI.1.1. Классификация (рис. VI.1)
- •VI.1.2. Конструкции твч
- •V.1.3. Область применения твч
- •VI.2. Контактные соединения.
- •VI.2.1. Классификация:
- •VI.3. Коммутационной аппаратуры выше 1 кВ
- •1. Типы коммутационной аппаратуры, применяемой на электростанциях:
- •2. Разъединители.
- •2.1. Разъединители предназначены для:
- •2.2. Классификация и конструкция.
- •2.3. Область применения.
- •3. Плавкие предохранители.
- •3.2. Классификация и конструкция.
- •4. Высоковольтные выключатели.
- •4.2. Классификация.
- •4.3. Конструкция.
- •5. Токоограничивающие реакторы.
- •6. Измерительные трансформаторы тока и напряжения (данная тема изучается на лабораторных работах).
- •VII.2. Основные требования к схемам ру.
- •VII.3. Типы и область применения схем ру.
- •VII.3.1. Блочные схемы
- •VII.3.2. Мостиковые схемы
- •VI.3.2. Схемы со сборными шинами (сш)
- •VI.3.3. Ру кольцевого типа
- •VI.3.4. Цепочечные схемы. (ру с двумя системами сш и числовым выключателей на одно присоединение 2, 3/2, 4/3).
III. Основное электрооборудование электрических станций
III.1. Синхронные генераторы
III.1.1. Особенности конструкции генераторов
Для выработки электрической энергии на электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока.
Наибольшее применение в нашей стране нашли турбогенераторы, для которых первичным двигателем служит паровая или газовая турбина, гидрогенераторы, для которых первичным двигателем служит гидротурбина.
Для синхронных электрических машин в установившемся режиме работы имеется строгое соответствие между номинальной частотой вращения nн, об/мин и частотой сети fc,Гц.
, где р – число пар полюсов.
а) Турбогенераторы.
Основные элементы конструкции ТГ показаны на рис. III.1.
Рис. III.1. Конструкция турбогенератора: 1 – сердечник статора; 2 –обмотка статора; 3, 4 – сердечник и обмотка ротора (обмотка возбуждения); 5 – бандажные кольца (бандаж); 6 – вентилятор; 7 – подшипник скольжения; 8 – корпус синхронного генератора; 9 – торцевой щит; 10 – газоохладитель; 11 – возбудитель; 12 – щетки; 13 – контактные кольца; 14 – токопроводящие соединения обмотки возбуждения с контактными кольцами; ХВ – холодная вода; НВ – нагретая вода; ОС – охлаждающая среда (воздух, водород, дистиллированная вода, масло) |
Паровые и газовые турбины выпускают на большие частоты вращения (3000, 1500 об/мин), так как при этом турбоагрегаты имеют наилучшие технико-экономические показатели. На ТЭС, сжигающей обычное топлива, частота вращения агрегатов составляет 3000 об/мин, а синхронные турбогенераторы имеют одну пару полюсов. Это связано с возможностью использования пара высоких параметров. На АЭС с меньшими начальными параметрами пара в ряде случаев используют агрегаты с частотой вращения 1500 об/мин и двумя парами полюсов.
Быстроходность турбогенератора определяет особенности его конструкции. Эти генераторы выполнены с горизонтальным валом. Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготавливается из цельной поковки специальной стали (хромоникелевой или хром-никель-молибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами. Ротор выполняется неявнополюсным. Вследствие значительной частоты вращения диаметр ротора ограничивается по соображениям механической прочности 1,11,2 м для nн = 3000 об/мин. Длина бочки ротора имеет также предельное значение 66,5 м, то есть отношение длины ротора к диаметру ротора – примерно 6. Определяется оно из условий допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик.
В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения. В пазовой части обмотки закрепляются немагнитными, легкими, но прочными клиньями из дюралюминия. Лобовая часть обмотки возбуждения, не лежащая в пазах предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажных колец. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из немагнитной высокопрочной стали.
По обеим сторонам ротора на его валу устанавливаются вентиляторы, обеспечивающие циркуляцию охлаждающего газа в машине. При использовании жидкой охлаждающей среды (дистиллированная вода или масло) охладитель и насос устанавливаются вне корпуса синхронного генератора.
Статор турбогенератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготавливается сварным, с торцов он закрывается щитами и уплотнениями в местах стыка с другими частями.
Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набираются пакетами, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трехфазная обмотка, обычно двухслойная. В турбогенераторах роль успокоительной (демпферной) обмотки играют массивная бочка ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуждения в пазах.
б) Гидрогенератор.
В зависимости от расположения вала гидрогенераторы делят на вертикальные и горизонтальные. Гидрогенератор средней и большой мощности имеют вертикальное исполнение, а гидрогенератор малой мощности – горизонтальное. Горизонтальные гидрогенераторы по конструкции схожи с турбогенераторами, но имеют ротор с явновыраженными полюсами и многополюсную обмотку возбуждения (p>2).
Вертикальные гидрогенераторы имеют один опорный подшипник (подпятник) общий для всего гидроагрегата «турбина-генератор». Подпятник воспринимает большую нагрузку, определяемую силой тяжести ротора генератора и рабочего колеса турбины, а также вертикальной составляющей реакции воды и передает ее крестовине, которая называется в этом случае опорной. Радиальные усилия, действующие на ротор, воспринимают направляющие подшипники, они же обеспечивают вертикальное положение ротора.
В зависимости от расположения подпятника различают гидрогенераторы подвесного и зонтичного типа. Основные элементы гидрогенератора показаны на рис. III.2.
a) |
б) |
Рис. III.2. Конструкция гидрогенератора: 1 – возбудитель; 2 – верхний направляющий подшипник; 3 – подпятник; 4 – верхняя крестовина; 5, 6 – сердечник ротора и обмотка ротора; 7, 8 – сердечник и обмотка статора; 9 – нижняя крестовина; 10 – нижний направляющий подшипник; 11 – спицы 12 – втулка ротора; 13 – воздухоохладитель |
В гидрогенераторах подвесного типа подпятник находится над ротором в верхней опорной крестовине, а в гидрогенераторах зонтичного типа – под ротором в нижней опорной крестовине.
Подвесное исполнение гидрогенератора обеспечивает более высокую механическую устойчивость машины и более свободный доступ к подпятнику и другим частям агрегата, а зонтичное исполнение позволяет уменьшить массу агрегата, снизить его высоту и соответственно высоту всего здания ГЭС.
Границы применения генераторов подвесного и зонтичного типа в основном определяются их мощностью и частотой вращения. При больших диаметрах статора и нагрузках на пяту, что имеет место в мощных тихоходных гидрогенераторов целесообразно зонтичное исполнение, которое позволяет значительно сократить размеры опорной крестовины и выполнить ее из удобно транспортируемых частей.
Гидрогенераторы относятся к числу тихоходных электрически машин. Их частота вращения меньше частоты вращения турбогенераторов и принимается равной наиболее выгодной частоте вращения гидротурбины, отвечающей при данном расходе и напоре воды лучшим гидравлическим характеристикам турбины и ее наибольшей экономичности.
n – коэффициент быстроходности, зависящий от типа турбины[об/мин]
Н – напор [м],
Р – активная мощность турбины [МВт].
Так как напоры и расходы воды на ГЭС отличаются большим разнообразием, номинальная частота вращения гидрогенераторов лежит в широком диапазоне от 50 до 750 об/мин.
Как видно из формулы, частота вращения тем меньше, чем выше мощность гидроагрегата и ниже напор. Большая часть исполненных машин имеют частоту вращения от 50 до 125 об/мин, т.е. относятся к тихоходным машинам.
Гидрогенераторы выполняются с явнополюсными роторами. Диаметры роторов мощных гидрогенераторов достигают 14-16м, а диаметры статоров 20-25 м. Отношение длины ротора к его диаметру – 0,150,2.
Сердечником ротора служит обод, собираемый на спицах, которые крепятся на втулке ротора. Полюсы, как и обод делают наборными из стальных листов и монтируют на ободе ротора с помощью Т-образных выступов.
На полюсах помимо обмотки возбуждения размещается еще демпферная обмотка, которая образуется из медных стержней, закладываемых в пазы на полюсных наконечниках, а замыкаемых с торцов ротора кольцами.
Статор гидрогенератора имеет принципиально такую же конструкцию, как и статор турбогенератора, но в отличие от последнего выполняется разъемным при его диаметре более 4м. Он делится по окружности на 2-6 равных частей, что значительно облегчает его транспортировку и монтаж.