Файл: конспект.pdf

подводящих щеток при допустимой плотности тока под щетками 8-10 А/мм2 выросло до 270 и более. Это потребовало увеличения размеров поверхности токосъемных колец и осложнило конструктивное выполнение самих щеток (их охлаждение и пр.). Диаметр и ширина токосъемных колец на роторе превысили предельно допустимые размеры. Для обеспечения необходимой площади контакта необходимо увеличение числа и ширины щеток это влечет за собой удлинение консольного конца вала (со стороны возбудителя), повышению биения колец, возрастает количество накапливаемой под щетками медной и угольной пыли, что существенно затрудняет эксплуатацию (чистку) и необходимость остановки генератора для чистки аппарата.

Поэтому еще 50 лет назад были предприняты меры по созданию бесщеточных систем возбуждения. Для этого возбудитель выполняется как обращенный синхронный генератор: обмотки возбуждения генератора располагаются на статоре (неподвижны), а обмотки якоря (фазы переменного тока) на роторе. Фазные обмотки подключаются к вращающимся выпрямителям, выпрямленный ток подается в обмотку возбуждения турбогенератора непосредственно соединительные токопроводы располагаются внутри полого ротора.

Подвозбудители обычно представляют собой трехфазные синхронные генераторы. Вал подвозбудителя сочленяется с валом возбудителя торсионной связью, допускающей некоторое взаимное аксиальное смещение.

Силовые вращающиеся твердые выпрямители могут быть неуправляемыми и управляемыми (тиристорными).

Бесщеточное возбуждение с неуправляемыми, диодными выпрямителями особо просты, но имеют пониженное быстродействие из-за большой постоянной времени обмотки возбуждения возбудителя (до 2 с).

Бесщеточные возбудители с управляемыми тиристорами обеспечивают высокое быстродействие и могут решать большое число задач, связанных с устойчивостью работы генераторов в системе. Однако вращающиеся тиристоры требуют системы передачи управляющих сигналов на вращающийся блок, что значительно усложняет систему возбуждения. Поэтому системы бесщеточного возбуждения в прошлом веке почти поголовно выполняли как диодные. На рис. 3.2 показана упрощенная структурная схема бесщеточной системы возбуждения.

Рис. 3.2. Принципиальная схема диодной бесщеточной системы возбуждения:

ГГ – главный генератор; ТН – трансформатор напряжения; ВН – выпрямитель неуправляемый; В – возбудитель переменного токаобращенная синхронная машины; ПВ – подвозбудитель – синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов; ТВ – тиристорный преобразователь; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; ПВ – подвозбудитель; СУТ – система управления тиристорами; АРН – автоматический регулятор напряжения; ТВП – тиристорный преобразователь подвозбудителя

В табл.3.1 даны параметры возбудителей переменного тока, которые нашли применение на генераторах, установленные во второй половине прошлого века.

Таблица 3.1 Возбудители переменного тока для бесщеточных систем возбуждения

3.4. Система контроля и автоматики турбогенераторов

При пуске и во время эксплуатации генераторов должен быть организован контроль:

–электрических параметров статора, ротора и системы возбуждения;

–температуры обмотки и стали статора и охлаждающих сред, уплотнений вала, подшипников;

–удельного сопротивления и расхода дистиллята через обмотки и другие активные и конструктивные части;

–чистоты и давления водорода;

–давления и температуры масла в уплотнениях;

–герметичности жидкостного охлаждения;

–вибрации подшипников и контактных колец турбогенераторов. Должны непрерывно автоматически контролироваться:

–влажность газа внутри корпуса турбогенератора с полным водяным охлаждением;

–газоплотность корпуса машины с водородно-водяным охлаждением (по суточной утечке водорода) не реже одного раза в месяц;

–температура росы (влажности) водорода в корпусе генератора не реже одного раза в неделю;

–чистота водорода в корпусе машины, содержания водорода в газовой ловушке, в картерах подшипников, в экранированных токопроводах выводов и кожухах нулевых выводов не реже одного раза в неделю по контрольным химическим анализам и непрерывно автоматическим газоананлизатором;

–содержание кислорода в водороде внутри корпуса, в поплавковом гидрозатворе, бачке продува и водородоотделительном баке маслоочистительной установки по данным химического контроля;

–показатели дистиллята в системе водяного охлаждения.

Давление масла в уплотнениях должно превышать давление водорода в корпусе машины; низший и высший пределы перепада давлений указываются в инструкции завода-изготовителя: на всасывающих магистралях маслонасосов должно быть обеспечено избыточное давление не менее 20кПА. В системе маслоснабжения должны быть постоянно включены в работу регуляторы давления масла (уплотняющего, прижимающего, компенсирующего).

3.5. Релейная защита турбогенератора

Основные защиты от внутренних повреждений:

–продольная и поперечная дифференциальные защиты генераторов;

–защита от замыканий на землю в обмотках статора;

–защита от замыканий на землю в обмотке ротора и цепях возбуждения;

–защита от повышения напряжения.

Дифференциальные защиты генератора и защита от замыканий на землю в обмотке статора действуют на автомат гашения поля генератора и его отключение от сети.

Защита от замыканий на землю в цепи возбуждения для турбогенераторов выполняют действующей на сигнал.

Все остальные защиты блока от внутренних повреждений действуют на гашение поля в генераторе и отключение выключателей в цепях присоединенного к ответвлению блока рабочего источника питания секций собственных нужд, чтобы обеспечить быстрое автоматическое подключение резервных источников питания собственных нужд (последнее выполняется устройством автоматического ввода резерва – АВР).

Защита от повышения напряжения на блоках с турбогенераторами автоматически вводится в работу в режиме холостого хода и должна действовать на гашение поля генератора.

Для защиты от перенапряжений на генераторах устанавливают ОПН (ограничители перенапряжений).

Резервные защиты. В силу крайне неблагоприятных последствий, возникающих при отказе защит генератора, предусматривается совокупность резервных защит.

Для резервирования защит от внутренних КЗ предусматривается резервная дифференциальная защита, охватывающая генератор и трансформатор вместе с ошиновкой на стороне высокого напряжения.

Для резервирования защиты смежных элементов устанавливаются:

–токовая защита нулевой последовательности в нейтрали блочного трансформатора (защита от однофазных коротких замыканий);

–двухступенчатая токовая отсечка обратной последовательности(защита от несимметричных коротких замыканий);

–односистемная дифференциальная защита от симметричных коротких замыканий.

Эти защиты должны действовать на отключение генератора выключателями на стороне высшего напряжения блочного трансформатора. При отказе выключателя - на гашение поля в генераторе.

Для ликвидации анормальных режимов устанавливаются:

–токовая защита с независимой выдержкой времени от симметричной перегрузки с действием на сигнал;

–токовая защита обратной последовательности с зависимой выдержкой времени от несимметричных перегрузок;

–токовая защита с зависимой выдержкой времени от перегрузки ротора;

–защита от потери возбуждения.

Устройства автоматики на синхронных генераторах. На генераторах устанавливаются автоматические регуляторы возбуждения, автоматические регуляторы частоты вращения; автоматические регуляторы распределения активных и реактивных нагрузок между агрегатами станции.

Практически все режимные операции на синхронных генераторах автоматизированы, устанавливаются: автоматическое устройство синхронизации; устройство ликвидации асинхронного режима (АЛАР); устройство предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) и др.

Асинхронный режим работы турбогенераторов АЭС запрещен.

3.6. Режимы работы турбогенераторов

Генераторы должны включаться в сеть методом точной синхронизации с блокировкой от несинхронного включения.

Скорость повышения напряжения на генераторе не ограничивается, скорость набора нагрузки определяется условиями работы турбины.

Режим работы генератора при параметрах, указанных на заводском щитке и в паспорте генератора, называется номинальным.

Номинальная мощность генераторов при номинальном коэффициенте мощности должны сохраняться при одновременных отклонениях напряжения до 5% и частоты до 2,5% при условии, что при работе с повышенным напряжением и пониженной частотой сумма абсолютных отклонений не превышает 6%.

Для всех генераторов наибольшее рабочее напряжение должно быть не выше 110% от номинального. При напряжении выше 105% от номинального допустимая полная мощность устанавливается в соответствии с указаниями завода или по результатам испытаний.

При напряжении ниже 95% номинального ток статора должен быть не выше 105% длительно допустимого.

Длительная перегрузка по току сверх значения, допустимого при данных температуре и давлении охлаждающей среды запрещается.

После ввода генератора в эксплуатацию необходимо не позднее, чем через 6 месяцев, провести его эксплуатационные испытания на нагрев. До проведения испытаний на нагрев разрешается работа при номинальных параметрах. Эксплуатационные испытания на нагрев необходимы для получения характеристик нагрева. Проверки соответствия их требованиям стандарта и технических условий.

По результатам испытаний устанавливается наибольшие наблюдаемые температуры обмоток статора, ротора и активной стали, которые при продолжительной работе генератора с номинальной нагрузкой при номинальных значениях коэффициента мощности, напряжения, температуры, давления и чистоты охлаждающей среды.

У генераторов с непосредственным охлаждением обмотки статора устанавливается также температура воды или газа, выходящего из обмоток статора. В указанных генераторах эта температура является основным показателем нагрева обмотки статора. Наибольшие наблюдаемые в эксплуатации температуры не должны превышать предельно допустимых значений.

При всех длительных отклонениях от номинального режима максимальные температуры нагрева отдельных частей генератора не должны превышать наибольшие наблюдаемые в эксплуатации.

Наибольшая наблюдаемая температура обмотки роторов определяется для наибольшего значения тока возбуждения при номинальных коэффициентах мощности и температуре охлаждающей среды и следующих значениях напряжения и тока статора:

0,95Uном и 1,05Iном;

Uном и Iном;