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

В случае ненасыщенной машины напряжение измерительной ка­

тушки получается приблизительно пропорциональным току воз­

буждения турбогенератора.

Проведенные экспериментальные исследования на моделях и опытных установках показали, что наиболее эффективным спо­ собом в достижении равномерного деления токов между парал­

лельными вентилями является выполнение обмотки якоря возбу­ дителя с числом параллельных ветвей, равным числу ветвей одного

плеча трехфазной мостовой схемы. Недостаток такого решения заключается в усложнении обмотки якоря за счет большого количества выводов.

Для снижения уровня вибраций в первой промышленной

установке бесщеточного возбудителя турбогенератора типа ТВВ-320-2 был предложен и реализован демпферный подшипник возбудителя со стороны турбогенератора. Такой подшипник отли­

ствия диодной бесщеточной системы возбуждения, приближаю­ щейся к быстродействию тиристорной системы и позволяющего применить APB сильного действия. Обычная диодная бесщеточная система возбуждения является инерционной системой. Ее постоян­ ная времени Te 0.5 сек. и в основном определяется параметрами обмотки возбуждения возбудителя переменного тока. При таком

значении постоянной времени сйижается эффективность форсиро­

вания возбуждения генератора и исключается возможность приме­ нения сильного регулирования с целью повышения пределов устойчивости [33]. В этих условиях искусственное уменьшение

постоянной времени возбудительной системы до значения Te ≤ ≤ 0.1 сек. приблизило бы ее по своей эффективности к тиристор­ ным системам возбуждения.

Включение добавочного сопротивления в цепь обмотки возбу­ ждения возбудителя переменного тока связано с большими поте­

рями. В связи с этим было предложено другое решение, основанное на использовании тиристорного выпрямителя в цепи возбуж­

дения возбудителя с высокими кратностями форсирования и введе­ нии жесткой отрицательной обратной связи. При форсировании

возбуждения APB открывает тиристорный выпрямитель и на об­ мотке возбуждения возбудителя появляется полное напряжение.

Ток возбуждения возбудителя, а следовательно, и напряжение на обмотке ротора турбогенератора увеличивается с постоянной времени Te возбудителя. Однако в связи с большой кратностью форсирования можно получить высокую скорость изменения

напряжения на обмотке ротора турбогенератора. Это в свою оче­ редь позволяет повысить уровень динамической устойчивости турбогенератора. Для обеспечения высокого уровня статической устойчивости и возможности использования APB сильного дейст­

189

вия необходимо существенно уменьшить эквивалентную постоян­

ную времени возбудителя. Это достигается за счет жесткой обрат­

ной связи, охватывающей возбудитель и тиристорный выпрями­

тель.

Для ограничения напряжения на обмотке ротора турбогене­ ратора двухкратной его величиной во время форсирования воз­

форсирование возбуждения и осуществлялась 5-кратная жесткая отрицательная обратная связь.

Исследования показали, что быстродействующая диодная си­ стема обеспечивает предельные значения мощностей по условиям

статической и динамической устойчивости, близкие к пределам

тиристорной системы возбуждения. Однако демпфирование ка­

чаний в послеаварийном режиме получается хуже. Это объясня­ ется невозможностью создания в диодной бесщеточной системе отрицательного напряжения на обмотке ротора турбогенератора после прекращения форсировки возбуждения.

190

В заключение необходимо отметить, что в 1970—1971 гг. фирма «Вестингауз» провела разработку быстродействующей диодной системы возбуждения. При этом в основу разработки были поло­ жены те же принципы, что и во ВНИИэлектромаше, а именно:

высокая кратность форсирования и снижение эквивалентной

постоянной времени возбудителя за счет обратной связи [36].

Первая возбудительная система такого типа введена в эксплуата­ цию в 1973 г. на четырехполюсном турбогенераторе мощностью

с постоянными магнитами, мощность 383 кВА, напряжение 352 В, частота 420 Гц, трехфазная обмотка на статоре, скорость враще­

ния 1800 об./мин.; 2) возбудитель — мощность 800 кВт, напря­ жение 570 В, скорость вращения 1800 об./мин. К числу крупных достижений фирмы следует отнести создание трехфазного гене­ ратора с постоянными магнитами мощностью 383 кВА при ско­

рости вращения 1800 об./мин.

Бесщеточная система возбуждения ЛЭО «Элек­ тр о с и л а » — В H И И Э л е к т р о м а ш. Разработка диодной бес­

щеточной системы возбуждения проводилась для турбогене­

ными кольцами для подвода трехфазного питания и двумя кон­ тактными кольцами для выпрямленного тока. Далее была изго­ товлена и испытана на заводском стенде бесщеточная система

возбуждения, которая позднее была установлена, испытана и

введена в эксплуатацию на Киришской ГРЭС на блоке мощностью

300 МВт (рис. 12-4).

Питание обмотки ротора турбогенератора обеспечивается воз­

будителем переменного тока через диодный вращающийся выпря­ митель. Регулирование возбуждения турбогенератора осуществ­ ляется воздействием автоматического регулятора возбуждения через управляемый преобразователь на обмотку возбуждения

возбудителя. Питание регулятора обеспечивается от подвозбу­

дителя — высокочастотного индукторного генератора. При этом напряжение на зажимах подвозбудителя поддерживается на за­ данном уровне с помощью собственного автоматического регуля­

тора напряжения. В связи с большим диапазоном изменения тока возбуждения управляемый преобразователь в цепи обмотки возбуждения возбудителя выполнен двухгрупповым. Рабочий выпрямитель обеспечивает возбуждение в нормальных реяшмах работы турбогенератора, а форсированный — при аварийном сни­ жении напряжения на шинах станции. Для создания необходи­ мого закопа регулирования на вход автоматического регулятора

191

подаются сигналы, пропорциональные напряжению статора, то­ кам статора и ротора турбогенератора, а также току возбуждения возбудителя.

Рассмотрим более подробно возбудитель и вращающийся вы­ прямитель.

В качестве возбудителя выбран трехфазный синхронный гене­ ратор мощностью 1230 кВт обращенного исполнения, у которого

Рис. 12-4. Принципиальная схема диодной бесщеточной системы возбуждения ВНИИэлектромаш-ЛЭО «Электросила».

1 — турбогенератор; 2 — бесщеточный возбудитель; 3 — подвозбудитель; 4 — устройство начального возбуждения; 5 — автоматический регулятор напряжения подвозбудителя; 6 — тиристорный преобразователь; 7 — APB; 8 — добавочное сопротивление; 9 — устройство бесконтактного контроля предохранителей и измерения тока ротора.

якорная обмотка вращается, а индукторная неподвижна. При раз­ работке были рассмотрены несколько вариантов исполнения синхронного генератора с разными частотами. Наиболее приемле­ мым как по затратам активных материалов, так и по параметрам оказался вариант с частотой 150 Гц.

Шихтованный сердечник якоря генератора, состоящий из

10 пакетов, между которыми установлены вентиляционные рас­ порки, насажен на ребристую часть вала возбудителя. Трехфаз­ ная обмотка возбудителя (якорная), двухслойная петлевая с уко­

роченным шагом, уложена на якоре. Каждая фаза обмотки со­ ставлена из шести параллельных ветвей, по шесть витков в каж­ дой ветви. Лобовые части обмотки располагаются на нажимных дисках сердечника якоря и укрепляются проволочными бан­ дажами. Полюса генератора выполнены шихтованными. На по­ люсах предусмотрена демпферная обмотка. Обмотка возбуждения, расположенная на шести полюсах, состоит из шести полюсных

192

катушек, соединенных последовательно. Сварная станина, ма­

плиту.

Конструкция якоря возбудителя предусматривает два способа питания вращающегося выпрямителя: от предварительно объеди­

ненных в фазы параллельных ветвей якорной обмотки и каждой параллельной ветви выпрямителя от отдельной ветви якорной обмотки генератора.

Окончательный выбор способа питания вращающегося выпря­

мителя может быть сделан после проведения испытаний на опытно­ промышленном образце.

Перейдем далее к рассмотрению вращающегося выпрямителя. Все элементы вращающегося выпрямителя размещены на двух то­ коведущих колесах из немагнитной стали,* причем одно из них имеет положительную, второе — отрицательную полярность. Оба колеса насажены с натягом горячей посадки на изолирован­ ную втулку и отделены друг от друга в аксиальном направлении воздушным промежутком. Втулка с колесами насаживается на вал с натягом прессовой посадки.

В ободе каждого из колес имеется по 36 наклоненных к про­ дольной оси радиальных отверстий, являющихся напорным эле­ ментом вентиляционной цепи вращающегося выпрямителя. 18 ди­ одов прямой проводимости располагаются на кольцевом силуми­ новом радиаторе одного колеса, а 18 диодов обратной проводи­

мости располагаются на таком же радиаторе другого колеса. Силуминовые радиаторы в виде кольца, имеющего 180 вентиля­

ционных аксиальных отверстий прямоугольного сечения (по 10 от­ верстий на каждый диод), запрессовываются в вентильные колеса. Диоды крепятся к радиаторам винтами.

Переменный ток от обмотки якоря синхронного генератора

подводится по шинам токопровода к шпилькам и перемычкам

через предохранители, которые располагаются на уступах вен­ тильных колес против каждого из диодов. Предохранители изо­

лированы от вентильных колес текстолитовыми прокладками.

Изолированные шпильки токоподвода переменного тока рас­ полагаются в отверстиях вентильных колес.

Постоянный ток отводится от вентильных колес по шинам токо­ подвода постоянного тока и токоведущим болтам, которые соеди­

няются со стержнями токоподвода, расположенными в осевом от­ верстии вала.

* Дальнейшие исследования показали возможность использования для колес обычной стали.