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

14-8. ПОЛНАЯ ЗАЩИТА ОБМОТКИ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

Вслучае применения водяного охлаждения обмотки течь воды,

аследовательно, и пробой изоляции на корпус в отдельных редких случаях принципиально могут быть в любой части обмотки, вклю­ чая и зону, близкую к нейтрали генератора, которая не заземлена. Поэтому в обмотках с водяным охлаждением особенно важно перейти от обычных защит методом заземления, не охватывающих

Рис. 14-17. Принципиальная схема защиты обмотки статора генератора без зоны нечувствительности.

1 — магнитный усилитель; 2—4 — обмотки управления; 5 — рабочая обмотка; 6 — реле; 7 — источник питания, 8 — генератор; 9 — транс­ форматор напряжения; 10 — повышающий трансформатор; 11 — ком­ пенсирующая емкость; 12 — сопротивление обмотки управления; 13 — шунтирующий конденсатор.

зону обмотки вблизи нейтрали генератора, к полной защите. В последние годы за рубежом и в СССР было предложено несколько таких методов.

Принципиальная схема защиты обмотки статора, предложен­ ная во ВНИИэлектромаше, приведена на рис. 14-17. Магнитный усилитель 1 имеет три обмотки управления 2, 3, 4 и одну рабочую обмотку 5, включаемую на реле 6, действующее на сигнал или на

отключение генератора. Обмотки 2 и 3 включены встречно. Обмотка управления 4 создает положительную обратную связь, благодаря которой магнитный усилитель действует в релейном режиме, срабатывая практически при равенстве мдс обмоток управ­ ления 2 и 3, подключенных к общему источнику питания 7 по­ стоянного напряжения. Ток в обмотке управления 2 определяется сопротивлением изоляции Rs генератора 8, сопротивлением 7?тр первичных обмоток трансформатора напряжения 9 и сопротивле-

23g

ниєм Rγ обмотки управления 2. Ток в обмотке управления 3 опре­

деляется сопротивлением уставки и сопротивлением R3 самой

обмотки. При равенстве сопротивлений обмоток управления 2 и 3 условие срабатывания реле может быть записано в виде:

Ли + -ffτp ≤ Rγ.

Из этого равенства следует, что реле будет срабатывать при снижении сопротивления в любой части обмотки статора генератора.

Этим и обеспечивается 100% защита всей обмотки от замыкания на землю. Вполне естественно, что нулевая точка генератора не

должна быть при этом соединена с землей через сопротивление.

Во избежание подмагничивания трансформаторов напряжения за счет постоянного тока последние должны быть меньше токов намагничивания первичных обмоток. Это требование должно учи­ тываться при выборе магнитного усилителя.

Шунтирующий конденсатор Сш необходим для исключения повышений напряжений на защитном устройстве со стороны це­ пей переменного тока генератора. Для этой цели емкостное со­ противление должно составлять незначительную долю от индук­ тивного сопротивления намагничивания трансформатора напря­

жения (обычно около 0.025%).

Компенсирующая емкость Ск, включаемая параллельно со­ противлению Rv исключает ложную работу реле при переходных процессах генератора. Это объясняется тем, что емкость Ck в зна­ чительной мере эквивалентирует емкость обмоток генератора на

корпус. Кроме того, наличие емкости Ck позволяет отказаться от необходимой выдержки времени. В результате время действия за­ щиты при металлических замыканиях на землю составляет 0.02ceκ.

В связи с включением обмоток управления 2 и 3 на один и тот же источник питания при колебании напряжения в пределах

от —20 до ⅛10% номинального погрешность времени срабатыва­ ния не превышает 1% от Rγ. Это позволяет использовать простой дестабилизированный источник постоянного напряжения 7.

Величина сопротивления уставки выбирается согласно фор­

муле:

ДДОП

r ⅛Λ

где Янлоп — допустимое сопротивление изоляции генератора; Zca — коэффициент надежности, учитывающий суммарную погреш­ ность уставки от изменения напряжения, температуры, а также от неточности настройки (обычно ⅛a=1.05); к3 — коэффициент воз­ врата защитного устройства (обычно Zcb=1.1).

Если генератор имеет водяное охлаждение статорной обмотки,

то сопротивление R, обмотки через дистиллированную воду си­ стемы охлаждения получается значительно меньше, чем сопротив-

240

ление изоляции обмотки на корпус. Поэтому сопротивление устав­

ки выбирается меньше сопротивления Дд.

В том случае, когда требуется действие защиты на сигнал при ухудшении изоляции обмотки статора, а также на отключение

генератора при аварийном снижении изоляции или замыкании обмотки на землю, то применяются два комплекта защитных устройств. Следует подчеркнуть, что в этом случае обеспечивается

информация о состоянии изоляции генератора, в результате чего могут быть приняты профилактические меры при выявлении по­ ниженного уровня изоляции машины.

14-9. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

1. Принимая во внимание необходимость обеспечения исключи­ тельно высокой надежности сердечников статоров турбогенерато­ ров в процессе эксплуатации, очень важно перейти от примитив­

ных, выборочных способов контроля лаковых покрытий листов

стали к более совершенным методам. В связи с этим во ВНИИэлектромаше проводится разработка системы контроля лакового покрытия сегментов стали сердечников статоров мощных электри­

ческих машин, которая позволит выявить сегменты с плохим ла­ ковым покрытием, а также с местными дефектами лакового по­ крытия. Такая система контроля базирует«! на измерении сопро­ тивлений поверхностей и сопротивлений в местах нарушений пленки. Она встраивается в автоматическую линию изготовления сегментов стали и позволяет отбраковывать сегменты с дефектами

покрытия, штамповки, снятия грата. При этом отбракованные сегменты стали направляются в выделенные для сбора приемники.

2. Во время капитального ремонта, когда производится раз­ борка турбогенератора, имеющего обмотку статора с водяным охлаждением, желательно убедиться в отсутствии следов увлажне­

ния изоляции стержней. Для этой цели можно использовать спе­

циальное устройство ВУС, разработанное во ВНИИэлектромаше.

Устройство имеет две плоские изолированные накладки, которые охватывают участок контролируемого стержня с двух сторон

в лобовой части. На эти накладки подается напряжение промыш­ ленной частоты 50 Гц и напряжение высокой частоты 200 кГц. Критерием увлажнения является отношение емкостей между накладками при указанных двух частотах. Устройство имеет из­ мерительный прибор, непосредственно показывающий отноше­

ние C50∕C200 ООО-

3. В процессе изготовления стержней турбогенератора важно иметь уверенность в том, что в изоляции стержня нет газовых вклю­

чений, неоднородностей, отслоений изоляции от меди и т. и. Для

этой сложной операции контроля во ВНИИэлектромаше ведутся

исследования по обоснованию физических принципов работы устройства.

4. В настоящее время контроль за отсутствием течи воды в ста­ торной обмотке на заводах проводится нагретой водой с повышен­

ным давлением. Для упрощения этого процесса в воду добавляются красители, а на места паек наносятся временные меловые покры­ тия. Важно разработать более эффективные и в то же время доста­

точно простые способы контроля обмоток статоров и роторов на

предмет установления течи воды.

Следует заметить, что для исключения тепловых расширений статоров и роторов при изменении нагрузок турбогенераторов в процессе их эксплуатации следует разработать и внедрить си­ стемы регулирования температуры обмоток статоров и роторов машин с водяным охлаждением.

5.Учитывая большое количество паек и сварок в электриче­

ских машинах, необходимо развивать методы контроля паяных

исварных соединений. Важно также разрабатывать новые методы

исредства контроля качества сварных и сварно-кованых загото­

вок для четырехполюсных турбогенераторов.

6.Очень важной проблемой является создание простого и на­ дежного способа контроля температур обмотки ротора и его кон­ структивных элементов как на заводских стендах, так и на электро­

станциях.

Впоследние годы в СССР и в ряде зарубежных стран были раз­ работаны различные бесконтактные устройства для дистанцион­ ного контроля температуры вращающихся частей электрических машин. Эти устройства делятся на три основных типа: 1) устрой­ ства с электрическими контактами (кольца и щетки), 2) устройства

синдуктивной или емкостной связью, 3) радиотелеметрические устройства. В СССР используются главным образом устройства первого типа. В зарубежной практике находят применение устрой­ ства первого и третьего типа. При этом для непрерывного измере­ ния температуры обмотки возбуждения турбогенератора на элек­ тростанциях часто используется прибор фирмы «Лидс и Нортруп»

(Англия). Этот прибор имеет мостовую схему и подключается к ще­ точно-контактному аппарату турбогенератора.

Всвязи с изложенным в дальнейшем должно быть уделено боль­ шее внимание разработке и внедрению в практику турбогенерато-

ростроения СССР устройств с индуктивной или емкостной связью,

атакже радиотелеметрических устройств для измерения темпе­ ратур вращающихся элементов роторов турбогенераторов. Кроме того, необходимо проводить исследования по разработке устрой­

ств для измерения средней температуры обмотки возбуждения

по ее сопротивлению с использованием щеточно-контактного ап­

парата машины.

7. Существенное значение может иметь наблюдение за вибра­ ционным состоянием отдельных конструктивных элементов опыт­

ных образцов турбогенераторов при их эксплуатации. Для этой цели следует продолжить работы по созданию системы для такого

242

контроля. Наряду с этим целесообразно провести Изучение изме­ рения уровня и частотного спектра шума для выявления повре­

турбогенераторов необходимо проводить исследования по пере­ ходу от релейных схем с электромагнитными элементами на интег­ ральные схемы с полупроводниковыми коммутаторами. Важно также перейти на более совершенные резервные защиты, отказав­ шись от устаревшей максимальной токовой защиты с большими

выдержками времени.

16*

ГЛАВА пятнадцатая

АНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

15. - КРАТКОВРЕМЕННЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ

Кратковременным перегрузкам длительностью менее 60 сек. подвергаются обмотки возбуждения турбогенераторов при форси­ рованиях возбуждения. Форсирование возбуждения широко при­ меняется для повышения устойчивости и поддержания напряже­ ния в аварийных режимах синхронных генераторов. Оно подается автоматически и длится обычно меньше минуты. G его помощью может быть существенно повышена величина электромагнитного момента генератора, характеризующая устойчивость генератора

ваварийных и послеаварийных режимах.

Вбольшинстве стран используется форсирование кратности 1.4—2.0 от номинального тока возбуждения. Считается достаточной

длительность форсирования порядка 10 сек., дополнительный

нагрев обмотки при этом не должен превышать 20°, причем ограни­ чения определяются величиной термомеханических напряжений

в изоляции. В ряде стран, например США, последующие циклы

форсирований допускаются после того, как температура обмотки возбуждения снизится до установившегося значения, т. е. через

10—20 мин.

152. - ДЛИТЕЛЬНЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ

Перегрузкам длительностью 1—30 мин', подвергаются обмотки

статоров турбогенераторов в условиях эксплуатации. Фирмы «Броун Бовери» и «Крафтверкунион» для турбогенераторов с не­

посредственным охлаждением обмоток допускают перегрузки 115% в течение 3 мин. и 110% в течение 5 мин.

По мнению специалистов фирм «Дженерал Электрик» (США), «Парсонс» и др., при длительной перегрузке могут возникнуть

дополнительные местные перегревы в соединительных шинах,

выводах ит. п., а также электродинамические усилия, что с уче­ том возможных производственных отклонений может быть опасным для машины. Кроме того, ведущие специалисты фирмы «Парсонс» считают, что длительные перегрузки допустимы лишь при условии соответствующего изменения параметров охлаждения.

244