Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf

Если /д = 1С, а 1в> 1 а , то

/ 2 =

146

вреждения роторов с непосредственным охлаждением при за­ тянувшихся несимметричных режимах.

Ужесточение критерия устойчивости в этих случаях неже­ лательно из-за возникающих при таком ужесточении трудно­ стей с согласованием уставок сетевых защит и защиты турбо­ генератора от токов обратной последовательности. Поэтому естественно стремление заводов-изготовителей и эксплуата­ ционных организаций повысить термическую стойкость рото-

Рие. 103

ров путем внесения улучшений в их конструкцию. К таким конструктивным улучшениям относятся, например:

1) изготовление пазовых клиньев из легированной меди, имеющей значительно более высокую температуру размягче­ ния, чем дюралевые клинья;

2) применение в торцовой зоне роторов демпферных си­ стем;

3) посадка бандажных колец на ротор без изолирующих прокладок.

При схемной несимметрии, вызванной отсутствием фазы трансформатора (рис. 104) и необходимостью работы на высо­ кой стороне открытым треугольником, несимметрия в токах генератора может быть устранена включением симметрирую­ щего реактора хсим, величина реактивного сопротивления ко­ торого определяется из выражения для тока /2 [20]

/, -----------------.

х0+лг, + £ащ

О

Как видно из этого выражения, полная компенсация тока /2, т. е. превращение его в нуль, достигается при значении сопротивления симметрирующего реактора х,

При этом мощность реактора

Qc.m = A lf -Хсш- Ю ~ 3 К В А .

Так как

гs4>

—зи >

а

'^СИМ

Для иллюстрации опасности несимметричного режима для турбогенераторов приводится заимствованное из [20] описание повреждения генератора 12 МВт, 6,3 кВ, имевшего место на одной из электростанций (генератор типа Т-2-12-2).

При включении генератора в сеть и взятии нагрузки 2МВт было замечено отсутствие показаний на щитовом амперметре (на щите был установлен только один амперметр). Предполо­ жив, что показаний на амперметре нет из-за обрыва во вто­ ричной цепи трансформатора тока, дежурный персонал про­ должал увеличивать нагрузку генератора до 8 МВт активной и 9 Мвар реактивной мощности. При этой нагрузке было за­ мечено ненормальное повышение температуры холодного и горячего воздуха в системе охлаждения генератора и в даль­ нейшем температура генератора продолжала повышаться.

Затем произошла потеря возбуждения генератора и воз­ никла недопустимая вибрация. При этом из генератора по­ шел дым с искрами и было обнаружено задевание вала об уплотнения. Генератор был отключен по сигналу «машина в опасности». Выяснилось, что в обмотке статора имел место обрыв фазы и машина проработала с несимметричной нагруз­ кой на двух фазах в течение двух часов.

Вскрытие генератора показало, что лобовые части обмот-

14S

ки статора покрыты каплями лака, а в расточке статора на длину 430 мм от торца вся поверхность покрыта слоем лака. Лобовые части обмотки статора со стороны возбудителя ока­ зались покрытыми застывшими каплями алюминия и лака. На роторе было замечено выпучивание бронзовых клиньев, а сталь ротора имела цвета побежалости. На внутренней сто­ роне обоих бандажных колец были обнаружены следы выте­ кания лака и следы алюминиевых седел. Со стороны возбу­ дителя на седлах первых двух малых катушек обоих полюсов имелись потемневшие места, представляющие собой спрессо­ ванный сплав алюминия, меди и изоляции. После снятия седел было обнаружено нарушение изоляции на расстоянии 100 мм между верхними витками катушек и седлами и выплавление верхних витков обмотки возбуждения у всех четырех катушек,

В результате этих повреждений и удлинения бочки ротора из-за нагрева произошло двойное замыкание обмотки возбуж­ дения на корпус и потеря возбуждения. Вследствие сильного нагрева ротор удлинился настолько, что произошло механиче­ ское задевание вала ротора об алюминиевые уплотнения и крышку возбудителя. Баббит вкладышей обоих генераторных подшипников оказался частично выплавленным. Генератор выбыл в длительный аварийный ремонт.

Следует отметить, что почти все вышеприведенные рассуж­ дения относились к турбогенераторам, роторы которых нахо­ дятся в напряженном тепловом режиме, а их конструкция не способствует интенсивному отводу тепла добавочных потерь, вызванных несимметричным режимом статора.

У явнополюсных машин: гидрогенераторов, синхронных компенсаторов и синхронных двигателей — условия охлажде­ ния обмотки и массива ротора значительно лучше, чем у тур­ богенераторов, и поэтому по тепловому режиму эти машины допускают большие несимметрии по сравнению с турбогенера­ торами (20% по току статора). В большинстве случаев допу­ стимая несимметрия у гидрогенераторов ограничивается не тепловым режимом ротора, а повышенной вибрацией, возни­ кающей при появлении поля обратной последовательности, создающего пульсирующий вращающий момент двойной ча­ стоты.

§38. Несинусоидальная нагрузка

Внекоторых случаях в составе нагрузки имеются мощные выпрямительные установки (электрическая тяга, электропере­ дачи постоянного тока, электролизные установки), генерирую­ щие высшие гармоники, которые приводят к искажению фор­ мы кривой тока статора и вызывают добавочные потери в ста­ торе и роторе.

149

Добавочные потери от высших гармоник тока в обмотке статора зависят от высоты проводника и глубины проникнове­ ния тока в толщу проводника 1г, обратно пропорциональной корню квадратному из частоты гармоники:

Добавочные потери возникают также в зубцах статора, непо­ средственный учет которых затруднен и которые учитываются косвенно в коэффициенте снижения мощности генератора при несинусоидальной нагрузке. Уменьшение мощности генератора из-за добавочного нагрева обмотки статора высшими гармо­ никами тока определяется по добавочным потерям в меди об­ мотки статора

потери от высших гармоник тока; /v — ток гармоники v-ro по­

рядка; kj — коэффициент вытеснения тока основной гармо­ ники.

Коэффициент снижения мощности из-за добавочного на­ грева обмотки статора

Магнитный поток, связанный с гармониками тока статора, имеющими частоту fm — 6n— 1 (п = 1, 2, . . . ) , вращается на­ встречу вращению ротора, а поток гармоник с частотой fm = = 6/г + 1 вращается согласно с ротором, но и те и другие по­ токи наводят в роторе токи повышенной частоты, которые вызывают добавочный нагрев элементов ротора. Добавочные потери при этом выделяются в очень тонком поверхностном слое бочки ротора ввиду сильного вытеснения токов высших гармоник и почти не возникают в обмотке возбуждения, хорошо экранированной от действия высших гармонических полей массивом ротора. Однако повышение температуры об­ мотки возбуждения может быть довольно значительным из-за косвенного нагревания меди обмотки возбуждения потерями в массиве ротора.

Так как точное определение добавочных потерь в роторе практически невозможно, а физически явление добавочного нагрева элементов ротора при несинусоидальной нагрузке аналогично добавочному нагреву при несимметричном режи­ ме, принято эквивалентировать эти режимы с точки зрения теплового воздействия и считать допустимой такую несину-

150