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

чительному понижению устойчивости, тогда как в случае примене­ ния быстродействующих релейных защит и выключателей (iκ3 ≤

≤ 0.1 сек.) величина Ti имеет сравнительно малое влияние на

устойчивость. Иногда уменьшение инерционной постоянной мо­ жет быть даже полезным, учитывая режимы работы энергосистем. Так, при внезапных больших набросах нагрузки или сбросах генерируемой мощности в приемной энергосистеме динамическая устойчивость получается выше при меньших значениях Tyгенера­ торов передающей электростанции.

Исследования влияния параметров мощных турбогенераторов на статическую и динамическую устойчивость показывают следую­ щее:

1) в случае применения быстродействующих систем возбужде­

ния и APB сильного действия пределы статической устойчивости мало зависят от параметров турбогенераторов, поскольку регу­ ляторы практически компенсируют отрицательное влияние повы­

шенных индукционных сопротивлений на статическую устойчи­ вость;

2) сопоставление пределов динамической устойчивости мощных

турбогенераторов с параметрами: a) ¾=2.5, ⅛=0.35, Tj=S сек.

и б) ¾=3.0, ⅛=0.45, Tj=5 сек. показало, что при использова­ нии быстродействующих систем возбуждения и APB сильного действия пределы практически одинаковы при однофазных корот­

ких замыканиях и отличаются в среднем на 2.5—4% номиналь­ ной мощности при двухфазных на землю и трехфазных коротких замыканиях.

Если принять во внимание все большее внедрение электро-

гидравлических регуляторов скорости паровых турбин и возмож­ ность использования аварийного регулирования их мощности, то отрицательное влияние параметров на динамическую устойчи­ вость может быть еще более уменьшено.

Большие возможности, которые открывает использование

быстродействующих систем возбуждения с APB сильного действия

и аварийного регулирования мощности паровых турбин, должны быть использованы при разработке и создании турбогенераторов. В этих условиях турбогенератор должен рассматриваться как единый комплекс вместе с системами регулирования. Только в этих

условиях открываются наиболее благоприятные условия для вне­ дрения прогрессивных конструктивных решений, приводящих

к дальнейшему повышению использования активных и конструк­

тивных материалов с одновременным обеспечением высокого уровня надежности.

Вполне естественно, однако, что при разработке турбогенера­

торов необходимо стремиться находить такие конструктивные решения, которые без существенного ущерба для весовых показа­ телей машин, давали бы приемлемые значения параметров турбо­ генераторов.

18

В двухполюсных турбогенераторах большой мощности x'd

составляет порядка 40%, xd равно 230—250%, в четырехполюсных, соответственно, 40—50% и 170—230%.

В общем случае реактивности ¾ и x'd можно представить в виде

Как указывалось выше, индукция Bs с увеличением мощности

изменяется мало. Поэтому уменьшение xd и xd, необходимое по условиям работы генераторов в энергосистеме, может быть достигнуто лишь за счет магнитной проводимости λ.

Уменьшение магнитной проводимости λ, соответствующей Xll,

может быть достигнуто за счет увеличения зазора §, хотя при этом значительно усложняется охлаждение обмотки ротора. Что ка­ сается x'd, то уменьшения соответствующей ей магнитной прово­ димости можно добиться только путем увеличения магнитного со­ противления потокам рассеяния обмоток. Поэтому большой инте­ рес представляет проведение исследований по изучению влияния насыщения участков магнитопровода на величину λ, возможности использования отдельных сильно насыщенных участков магнит­ ной цепи для уменьшения x'd.

В целях снижения реактивностей турбогенераторов представ­

ляет интерес конструкция машины с размещением обмотки ста­ тора в зазоре (беззубцовое исполнение статора [47]). Такая кон­ струкция генератора позволяет также уменьшить вес активной стали и генератора в целом. Так, для четырехполюсного турбо­ генератора применение беззубцового исполнения статора позво­

ляет снизить вес ротора на 220∕0, вес статора на 350∕0 при неизмен­ ном ⅛=449∕0. Кроме того, наружный диаметр генератора уменьша­ ется на 0.5 м, а длина его на 1.5 м. Однако в беззубцовом исполнении усложняются условия работы обмотки статора, ее крепление.

При использовании четырехполюсных турбогенераторов при прочих равных условиях из-за повышенных значений инерцион­

ной постоянной (1.8—2.0 раза больше по сравнению с агрегатами

той же мощности при 3000 об./мин.) устойчивость работы генера­ торов в энергосистемах оказывается выше. В результате появ­ ляется возможность допустить некоторое увеличение x'd в четырех­ полюсных турбогенераторах по сравнению с двухполюсными, что

при прочих равных условиях в свою очередь позволит снизить вес ротора на 25—300∕0 [22].

41.- ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНЫЕ ТУРБОГЕНЕРАТОРЫ

C ПОВЫШЕННЫМ ИНДУКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

ИУМЕНЬШЕННЫМ ВЕСОМ РОТОРА

Всоответствии с требованиями Министерства энергетики и

электрификации СССР спроектированы четырехполюсные турбо­

генераторы мощностью 500 МВт со значением переходного индук­

2* 19

тивного сопротивления x'd в пределах 0.4. Основные параметры такой машины (ТГВ-500-4) приведены в табл. 1-1. Создание ротора весом 135 т оказалось возможным на основе составной поковки. Однако, если пойти на некоторое увеличение переходного индук­ тивного сопротивления, то, выполнив ротор на основе цельноко­ ваной поковки, можно уменьшить его вес до 105 т. Снижение веса

ротора может быть достигнуто за счет увеличения линейных нагрузок статора, повышения плотности тока в обмотке ротора и роста величины магнитной индукции в зубцах ротора. В этих усло­ виях становится особенно важным использование водяного охла­

ждения статора и ротора турбогенератора.

Таблица 1-1

Четырехполюсные турбогенераторы с различным весом ротора

Одним из перспективных решений при создании такой машины является применение водяного охлаждения не только обмоток ста­

тора и ротора, но также и сердечника статора с помощью плоских охладителей, запрессованных между пакетами взамен радиальных вентиляционных' каналов. Турбогенератор и свободные объемы в системе водяного охлаждения будут заполнены азотом при давле­ нии, близком к атмосферному. Система водяного охлаждения ро­

тора проектируется самонапорной со свободным заливом и сли­ вом воды в открытые коллекторы у торцов бандажных узлов.

Водоподводы снабжены центробежными водяными затворами, слу­ жащими также для герметизации генератора. У обмотки возбу­

ждения все концы катушек выведены за торец лобовой части для

выполнения электрических и гидравлических соединений. Пита­ ние обмотки возбуждения может производиться от генератора

переменного тока через статический тиристорный выпрямитель

20

или от бесщеточного возбудителя. В случае применения статиче­ ской тиристорной системы возбуждения контактные кольца и щетки будут иметь водяное охлаждение.

Основные преимущества данной конструкции турбогенератора заключаются в отказе от водорода, низких температурах отдель­

ных частей, обеспечивающих значительный запас мощности по нагреву, и низком уровне вибрации ротора. В сочетании с улуч­ шенной работой щеточного аппарата, низким уровнем шума, от­ сутствием вентиляторов и газоохладителей это должно способ-

— ’ о/ /о

ствовать повышенной эксплуатационной надежности турбогене­ ратора.

Как уже отмечалось, вес ротора может быть уменьшен со 135 до 105 т. Аналогичные результаты для турбогенераторов мощ­ ностью 1000 и 2000 МВт со скоростью вращения 1500 об./мин. даны в табл. 1-1.

На рис. 1-3 представлены зависимости изменения веса ротора в функции от x'd для турбогенераторов рассмотренных мощностей. На рис. 1-4 дана зависимость изменения веса ротора, отнесенного

к полной мощности рассчитанных машин в диапазоне от 588 до 2220 MBA. Точками нанесены показатели для изготовленных или проектируемых турбогенераторов. При этом удельный вес ротора для четырехполюсных турбогенераторов на 1800 об./мин. пересчитан на скорость вращения 1500 об./мин. Для всех зарубеж­

ных турбогенераторов данные, характеризующие удельные веса роторов, лежат выше кривой, показанной на рис. 1-4. Лишь для турбогенератора 1500 MBA, 1500 об./мин., изготавливаемого фир­

мой «Крафтверкунион» (ФРГ), показатели соответствуют построен­ ной кривой. Такой результат объясняется тем, что специалисты

.21

фирмы «Крафтверкунион» при разработке четырехполюсных турбогенераторов стремятся в наибольшей мере уменьшить вес и размеры роторов за счет увеличения магнитной индукции в воз­ душном зазоре и применения для роторов водяного охлажде­ ния [46]. Использование повышенных магнитных индукций воз­ душного зазора способствует также снижению переходного индук­ тивного сопротивления. Однако несмотря на это, величину x'a в четырехполюсных турбогенераторах не удастся снизить до анало-

Є

Q3

в диапазоне 0.4—0.45 объясняется, по-видимому, тем, что для четырехполюсных турбогенераторов используется бесщеточная система возбуждения с быстродействием, близким к быстро­ действию обычного возбудителя постоянного тока, а кратность форсирования возбуждения ограничивается величиной 1.5—1.6.

Тем не менее пути снижения величины представляют существен­ ный интерес.

В связи с меньшими центробежными силами в четырехполюс­ ных роторах по сравнению с двухполюсными роторами имеется возможность увеличить площадь поперечного сечения паза по сравнению с площадью зубца. На рис. 1-6 показано отношение полезной площади пазов к площади поперечного сечения ротора,

22