Файл: Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения.pdf

выполнен по трехфазной мостовой схеме. Каждое плечо выпрями­ теля состоит из 12 параллельных цепей, образованных двумя

последовательно соединенными вентилями и плавкими предо­

хранителями. Полное число кремниевых диодов равно 144, а

число предохранителей 72. Имеется стробоскопическое устройство

для наблюдения за целостностью предохранителей. Система воз­ буждения имеет следующие показатели: в номинальном режиме — напряжение 475 В, ток 3300 А; в режиме форсирования длитель­ ностью 10 сек. — напряжение 760 В, ток 5280 А.

Управление энергосистемы Англии проявляет большой интерес

к бесщеточным системам возбуждения турбогенераторов. Поэтому обе крупные электротехнические фирмы «Парсонс» и «Дженерал

Электрик» занимаются разработкой, изготовлением и внедрением таких систем для мощных блоков 500 и 660 МВт, 3000 об./мин.

[59, 95]. В связи с накопленным положительным опытом в эксплу­

атации первых установок управление энергетики Англии, начиная

с1969 г., заказывает турбогенераторы мощностью 660 МВт только

сбесщеточными возбудителями.

Вкачестве примера технических показателей вращающихся выпрямительных блоков можно привести данные для бесщеточного возбудителя турбогенератора 660 МВт, разработанного фирмой

«Дженерал Электрик» к 1969 г. Общее число кремниевых диодов (в каждой ветви по одному диоду) равно 54; они имеют следующие параметры: средний ток 250 А, обратное напряжение 3000 В.

Возбудитель в целом удовлетворительно работает: в длительном режиме при токе 4450 А и напряжении 550 В, в режиме форсиро­

вания при токе 6150 А и напряжении 760 В. Таким образом,

в длительном режиме каждый диод будет иметь средний ток 165 А при напряжении 550 В;

Следует обратить внимание на ряд оригинальных решений,

используемых фирмой «Парсонс» в бесщеточных возбудителях. 1. Измерение тока возбуждения с помощью кольца, к одной

точке которого подводится ток возбуждения турбогенератора, а от второй точки, смещенной на 180 эл. град, по отношению к пер­ вой, ток отводится. При таком прохождении тока по кольцу исклю­ чается намагничивание вала. Ток, протекающий по кольцу, соз­

дает магнитный поток, который измеряется датчиком Холла.

2.Измерение напряжения возбуждения производится с помо­

щью вращающегося передатчика и неподвижных приемника и регистрирующего прибора.

3.Температура обмотки ротора вычисляется цифровым устрой­ ством на основе измерений напряжения и тока возбуждения.

ʃl. Целостность предохранителей выявляется неоновой лампоч­ кой, включаемой параллельно предохранителю. Свет лампочки воспринимается неподвижным дитоэлементом.

5. Измерение пробивного напряжения изоляции обмотки воз­ буждения по отношению к потенциалу земли производится, как

184

и измерение напряжения возбуждения, с помощью радиопере­ датчика и приемника. При недопустимом “снижении уровня изо­

ляции срабатывает сигнализация.

Японские фирмы «Мицубиси» и «Хитачи» провели значительную работу по созданию возбудительных систем с вращающимися диодными выпрямителями.

Фирма «Мицубиси» выпустила, в частности, бесщеточные

возбудители для турбогенераторов мощностью 278 МВт при ско­ рости вращения 3600 об./мин. [129] и 400 MBA при скорости вращения 1800 об./мин. В последней машине бесщеточный возбу­ дитель имеет мощность 1550 кВт и напряжение 555 В. Вращаю­ щийся выпрямитель, собранный по трехфазной мостовой схеме, имеет 60 кремниевых диодов на ток 240 А каждый (в каждом плече 10 параллельных ветвей по одному диоду). Подвозбуди­ тель — трехфазный генератор с постоянными магнитами мощ­ ностью 20 кВА и частотой 420 Гц.

Фирма «Хитачи» изготовила бесщеточный возбудитель для турбогенератора мощностью 250 МВт при скорости вращения 3600 об./мин. и разработала возбудитель для турбогенератора

408 MBA [116].

Фирмой «Броун Бовери» в 1967 г. создан бесщеточный возбу­ дитель для турбогенератора 600 МВт (мощность возбуждения

2000 кВт) и разработан бесщеточный возбудитель на 5000 кВт для турбогенератора мощностью 1200 МВт [НО].

Фирма «АСЭК» одной из первых начала работы по возбудитель­ ным системам с вращающимися выпрямителями, провела исследо­ вательские и опытно-конструкторские работы, завершившиеся внедрением бесщеточных возбудителей для наиболее мощных турбогенераторов, выпускаемых фирмой [125].

123. - БЕСЩЕТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ В СССР

Основные задачи. В связи с тем, что в СССР работы в области создания и внедрения бесщеточных систем возбуждения турбогенераторов были начаты позднее, чем за рубежом, воз­ никла трудная научно-техническая проблема: не повторять ре­ шений зарубежных фирм, а разработать более совершенные системы возбуждения с тем, чтобы осуществить их внедрение на блоках мощностью 300 МВт и создать тем самым основу для разработки бесщеточного возбудителя турбогенератора мощно­ стью 1200 МВт.

Для возможности практической реализации этой трудной за­

дачи было необходимо:

1) провести исследования, разработать и создать кремниевые диоды на повышенные токи и напряжения с тем, чтобы уменьшить количество диодов во вращающемся выпрямительном блоке и исключить последовательное соединение диодов; при этом диоды

185

рассчитывались на работу с большими ускорениями (до 7000— 8000 g, где g — ускорение силы тяжести); кроме того, в целях

-упрощения конструкции вращающегося выпрямительного блока

диоды должны были иметь два исполнения: с нормальным р-п-

переходом и обращенным п—р-переходом;

2)разработать малогабаритные предохранители на ток 550— 750 А и напряжение до 850—1000 В, имеющие керамический кор­ пус и фланцевые поверхности для крепления;

3)разработать и реализовать более простой и надежный спо­

соб передачи постоянного тока через соединительную муфту между турбогенератором и вращающимся выпрямительным блоком;

4)создать непрерывный бесконтактный контроль роторных предохранителей с индивидуальной сигнализацией, указывающей

место повреждения;

5)разработать бесконтактный способ измерения тока возбуж­

дения турбогенератора; 6) обеспечить равномерное деление тока между параллельно

включенными вентилями не за счет добавочных активных сопро­ тивлений, а благодаря созданию специальной схемы обмотки якоря;

7) выбрать конструктивную схему линии вала генератора с целью создания наиболее благоприятных условий для работы машины в отношении вибрации;

8) обеспечить высокое быстродействие диодной бесщеточной системы возбуждения, приближающееся к быстродействию тири­ сторной системы и позволяющее применить APB сильного дей­ ствия.

Под руководством Б. Д. Вороника была успешно решена слож­

ная проблема создания специального кремниевого вентиля на ток

500 А (тип ВКС-500) для бесщеточных возбудителей [12]. Вен­

тиль лавинного типа с номинальным напряжением 1500—2000 В (номинальное напряжение составляет 80% от напряжения лавино-

образования), прямое падение напряжение 0.6—0.8 В (рис. 12 1). Для изготовления вентиля применен кремниевый элемент с удельным сопротивлением 120—140 Ом, имеющий диаметр 30 мм

и толщину 0.27 мм с шириной фаски около 2.5 мм, обратный ток вентиля при номинальном напряжении не превышает 5 МА, теп­ ловое сопротивление не более 0.05° C/Вт, диапазон рабочих темпе­ ратур от —40 до +149° С, габариты 65×65×47 мм, вес 0.49 кг. Вентиль имеет прямоугольное основание, которое четырьмя бол­ тами прижимается к радиатору и рассчитан на жесткое присоеди­ нение к элементам схемы. Для обеспечения герметичности и за­ щиты р—и-перехода производится его заливка эпоксидной смо­ лой. Вентили могут выпускаться как с нормальным переходом р—п, так и обращенным п—р-переходом.

В процессе создания вентилей типа ВКС-500 был выполнен оолыпой объем исследовательских работ, в результате которых

186

найдены конструктивные решения, разработаны технологические процессы и методы испытаний. Следует заметить, что испытания вентилей в процессе разработки

охватывали проверку на вра­

щающемся барабане с заданной

величиной ускорения.

Создание предохранителей для вращающихся выпрямитель­ ных блоков потребовало боль­ шого объема исследований и испытаний опытных образцов. В результате были созданы пре­ дохранители с плавкими встав­ ками (табл. 12-2, рис. 12-2).

В 1972 г. были разработаны предохранители на ток 750 А и напряжение 1300 В, отличающиеся от приведенных предохраните­ лей только несколько большей высотой (60 мм вместо 47 мм).

Для передачи постоянного тока от вращающегося выпрямителя к обмотке возбуждения турбогенератора Г. П. Вартаньян предло­ жил и осуществил клиновой электрический разъем в соединитель­

187

ной муфте между турбогенератором и возбудителем. Идея этого предложения заключается в том, что между двумя парами шин. изолированных от полумуфт, под действием центробежных сил входят в соприкосновение два клина: один для шинопровода с по­ ложительным, а второй для шинопровода с отрицательным потен­

циалом. Шины и клинья изготовляются из меди с посеребренными поверхностями. Проверка такого простого способа показала его высокую, эффективность и надежность.

Для контроля за целостностью предохранителей и измерения тока ротора турбогенератора было разработано, выполнено и

испытано оригинальное бесконтактное устройство. Оно состоит из двух зубчатых дисков. Один из дисков размещен на валу между якорем возбудителя и выпрямителем, второй диск — на валу

между возбудителем и подвозбудителем. Число пазов дисков равно

числу ветвей катодной или анодной групп выпрямителя. Через

каждый паз первого диска проходит провод, подключенный к средней точке двух ветвей, одна из которых относится к анодной, а вторая — к катодной группе вентилей. В результате в каждом проводе протекает ток одного вентиля катодной и одного вентиля анодной группы. Для выявления этих токов на неподвижной тра­ верзе около окружности первого диска размещаются два датчика токовых импульсов, которые представляют собой П-образные сер­ дечники с обмотками и относительно друг друга смещены в про­ странстве.на 60 эл. град. Второй диск без проводников в пазах используется для отметки начала отсчета и выдачи синхронных порядковых импульсов. Логическая схема позволяет выявить

одну или более ветвей выпрямителя, в которых нет тока. При этом на передней панели устройства бесконтактного контроля и измерения (УБКИ) загорается индикаторная лампа, указывающая номер соответствующей ветви. Кроме того, подается сигнал о выходе одной или более ветвей из строя. При выходе из строя двух ветвей запрещается формирование возбуждения воздействием

на APB.

Помимо системы контроля предохранителей, устройство УБКИ

включает измерительный элемент, который суммирует сигналы датчиков токовых импульсов и вырабатывает сигнал, пропор­ циональный току обмотки возбуждения турбогенератора. Этот сигнал поступает на прибор передней панели УБКИ и во внешние цепи. В случае превышения допустимого значения тока возбужде­ ния включается индикаторная лампа на передней панели УБКИ и подается сигнал о перегрузке во внешние цепи.

Наряду с изложенным способом измерения тока возбуждения турбогенератора был использован метод, основанный на выяв­ лении высших гармонических мдс обмотки якоря возбудителя [61 ]. Поскольку высшие гармонические составляющие мдс про­

порциональны фазному току, то для их выявления в промежутке между двумя полюсами устанавливается измерительная катушка.

188