ЕКСПЛУАТАЦІЯ ЕЛЕКТРОУСТАТКУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ ТА ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ Електронний посібник
Головна Анотація Теоретичні відомості Додатки Перелік умовних скорочень Список використаних джерел Укладачі	3. ЕКСПЛУАТАЦІЯ ГЕНЕРАТОРІВ І СИНХРОННИХ КОМПЕНСАТОРІВ
	3.1. ОСОБЛИВОСТІ КОНСТРУКТИВНОГО ВИКОНАННЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРІВ 3.2. ОГЛЯДИ І ПЕРЕВІРКА ГЕНЕРАТОРІВ 3.3. ПЕРЕВІРКА СПІВПАДАННЯ ФАЗ, СИНХРОНІЗАЦІЯ І НАБИРАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ 3.4. НОРМАЛЬНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРІВ 3.5. НЕСИМЕТРИЧНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРІВ 3.6. АСИНХРОННІ РЕЖИМИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРІВ 3.7. РОБОТА ГЕНЕРАТОРІВ У РЕЖИМІ СИНХРОННИХ КОМПЕНСАТОРІВ 3.8. ОБСЛУГОВУВАННЯ СИСТЕМ ВОДНЕВОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ОБМОТОК 3.9. ОБСЛУГОВУВАННЯ ЩІТКОВИХ АПАРАТІВ 3.10. ПАРАЗИТНІ СТРУМИ В ВАЛАХ І ПІДШИПНИКАХ 3.1. ОСОБЛИВОСТІ КОНСТРУКТИВНОГО ВИКОНАННЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРІВ Статор турбогенератора (ТГ) складається з корпусу, осердя та обмотки. В ТГ корпус має газощільне виконання, і має витримувати гідравлічні випробування тиском води, що перевищує тиск у генераторі на 5·10^5 Па упродовж 30 хвилин. Рис. 3.1. Турбогенератор У машин потужністю 300 МВт корпус роз’ємний. Найбпоширеніші види пошкоджень корпусу – поява тріщин у зварних швах від «втоми металу» та довготривалої дії вібраційних коливань. Статор генератора набирається з листів високолегованої гарячекатаної сталі товщиною 0,5 мм. З листів сталі набираються пакети (для генератора типу ТГВ – 300 – 116 штук), а з пакетів утворюються сегменти осердя. Вентиляційні канали виконуються за допомогою розпірок з немагнітної сталі. Під час збирання осердя виконується його пресування з утворенням тиску 1,0 – 1,7 МПа. Обмотки статора виконуються двошаровими корозійного типу. Ротор потужного турбогенератора виконується цільнолитим з легованої хромонікельмолібденової або хромонікельмолібденованадієвої сталі рис. 3.1. Щоб витримати великі механічні навантаження, ізоляція обмотки ротора повинна мати високу механічну міцність, що зберігається за температури до 130 – 150 ^0С. Синхронні компенсатори Рис. 3.2. Синхронний компенсатор Синхронний компенсатор (СК) – це машина, призначена для генерування реактивної потужності. СК включають в електричну систему для підвищення її коефіцієнта потужності. СК застосовують також для стабілізації напруги в мережі під час передачі енергії по повітряних лініях електропередачі великої довжини. СК називають двигуном, що працює без навантаження на валу на холостому ходу і споживає, по відношенню до напруги мережі, реактивний випереджувальний або відсталий струм. СК – це генератори реактивної потужності, їх на електростанціях приєднують безпосередньо до обмоток низької напруги автотрансформатора за блочною схемою з пуском через реактор. Ротор усіх синхронних компенсаторів має горизонтальне виконання з явно полюсним ротором. Зовнішній вигляд синхронного компенсатора представлено на рис. 3.2. 3.2. ОГЛЯДИ І ПЕРЕВІРКА ГЕНЕРАТОРІВ Огляди і перевірка генераторів виконується персоналом електроцеху перед пуском і під час роботи. При цьому оглядаються генератор і устаткування, що включається разом з ним в роботу. Під час огляду генератора перед пуском, після ремонту перевіряється чи всі роботи закінчені, чи є про це запис у журналі ремонту. Звертається увага на стан щіток на кільцях ротора і на колекторі збудника, перевіряється чи не виступає слюда і чи не затягнені міддю проміжки між колекторними пластинами, чи немає підгорання на пластинах, чи не забруднена ізоляція щиткових апаратів. Щітки, що спрацювалися, підлягають заміні. Пил і бруд на ізоляції щіткових апаратів відділяються шляхом протирання. Про дефекти, які змінний персонал своїми силами не може усунути, повідомляється керівництву електричного цеху. Перевіряється готовність до пуску газомастильної системи генератора і системи водяного охолодження обмоток. Особливо важливо переконатися у тому, що всі вентилі на маслопроводах подачі масла на ущільнення від системи регулювання через ежектор відкриті, оскільки найбільш надійно виконувати пуск під час потрапляння масла на ущільнення від ежектора. Вимірюється опір ізоляції обмотки статора мегомметром 2500 В і кола ротора мегомметром 500 – 1000 В, результати вимірювання порівнюються з даними попередніх вимірювань. Під час зменшеня опору ізоляції обмотки статора в 3 – 5 разів, у колі ротора нижче нормованого значення слід, розділяючи кола, визначити ділянку із зниженою ізоляцією і вжити заходи щодо її відновлення. Опори ізоляції всього кола збудження генераторів і синхронних компенсаторів з газовим охолодженням обмотки ротора і з повітряним охолодженням елементів системи збудження має бути не менше 0,5 МОм. Опір ізоляції кола збудження з водяним охолодженням обмотки ротора має бути не менше 10 МОм. Під час огляду генератора, що перебуває в роботі, перевіряють: •► відсутність іскріння на кільцях ротора і колекторі збудника, чи не забруднені щіткові апарати, чи не потрапляють на кільця і колектор пари масла, відсутність на колекторі подряпин, що з'являються за наявності на поверхні щіток металевих або абразивних включень або під час відпрацювання щіток до такого ступеня, що їх мідне армування починає зачіпати за колекторні пластини; •► чи не посилилась вібрація підшипників, чи не змінився шум генератора; •► яка температура підшипників і вкладишів ущільнень, холодного і гарячого газу та інші параметри охолодження; •► чи не збільшився злив масла з ущільнень у бік водню; •► чи нормальний перепад між тиском масла на ущільнення і водню. Під час виявлення відхилень у роботі слід з'ясувати причини і за можливості вжити заходи щодо їх усунення. Генератор має оглядатися начальником зміни електроцеху не рідше 1 разу за зміну і майстром по генераторах не рідше 1 разу на добу. Машиніст турбіни має стежити за нагріванням ущільнень і підшипників генератора і збудника. Газоохолоджувачі і теплообмінники найефективніше працюють, якщо трубки повністю заповнені водою. Спостереження за роботою генератора ведеться як за вимірювальними приладами, так і візуально. 3.3. ПЕРЕВІРКА СПІВПАДАННЯ ФАЗ, СИНХРОНІЗАЦІЯ І НАБИРАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ Після закінчення монтажу або робіт у первинному колі генератора, які могли порушити чергування фаз, необхідно перевірити, чи співпадають фази генератора і мережі. Для перевірки співпадання фаз до трансформатора напруги резервної системи шин приєднується фазовказівник рис. 3.3. Важливо лише зберегти порядок підключення незмінним до кінця перевірки. Потім на резервну систему шин подається по черзі напруга робочої системи шин і від генератора. Якщо в обох випадках диск фазовказівника обертатиметься в одному і тому ж напрямі, то порядок чергування фаз генератора і системи однаковий. Якщо ж напрям обертання диска змінюється, то увімкнення генератор в мережу, не змінивши місцями дві фази на ошиновці, яка з'єднує генератор з мережею, неприпустимо. Рис. 3.3. Фазовказівник За відсутності резервної системи шин або блочного з'єднання генератора з трансформатором фазовказівник приєднується до трансформатора напруги генератора рис. 3.3. Після закінчення монтажу або робіт в колах синхронізації і пов'язаних з ними трансформаторах напруги мають бути перевірені справність і правильність схеми синхронізації. Для цього потрібно після досягнення генератором швидкості обертання, близької до номінальної, збудити генератор (тобто включити його автомат гасіння поля АГП, подати в ротор струм збудження і підняти напругу на виводах статора до номінального). За відсутності резервної системи шин або під час блочного з'єднання генератора з трансформатором правильність роботи схеми синхронізації перевіряється подачею напруги на шинний міст генератора від мережі при від'єднаних від вводів генератора компенсаторах. Увімкнення генератора в мережу може бути виконане за способом точної синхронізяції або самосинхронізації. Для вмикання генератора за способом точної синхронізації без кидка струму в статорі і без різкої зміни обертаючого моменту ротора мають бути дотримані три умови: •► рівність значень напруги генератора і мережі; •► співпадання цих напруг по фазі; •► рівність частот генератора і мережі. Вмикання генератора в мережу за значної нерівності напруг за значенням і за великого кута розбіжності по фазі викличе появу в генераторі зрівняльного струму і пов'язаних з ним наслідків. Проте точне дотримання трьох вище згаданих умов, особливо для останніх, уповільнило б процес синхронізації. Тому практично допускається можливість появи незначних, безпечних поштовхів під час вимикання генератора і синхронізація з дотриманням наступних, дещо відмінних від вказаних вище ідеальних умов: •► напруга генератора має бути вищою за напругу мережі, але не більше ніж на 5 %, з тим, щоб він після вмикання прийняв на себе реактивне навантаження; •► імпульс на увімкнення вимикача має подаватися до підходу стрілки синхроноскопа до червоної межі на кут, відповідний часу вмикання вимикача, з розбіжністю не більше 8 – 12^о; •► частота обертання генератора повинна бути близькою до частоти мережі, щоб стрілка синхроноскопа оберталася з частотою не більше 2 – 3 об/хв. Точна синхронізація виконується за допомогою автоматичного синхронізатора, а там де його немає – вручну. Вмикання турбогенераторів, що мають непряме охолоджування обмоток і працюють на шини генераторної напруги, а також генераторів з безпосереднім охолоджування обмоток в нормальних умовах має здійснюватися, як правило, способом точної синхронізації. Для турбогенераторів, що працюють на шини генераторної напруги, це пов'язано з небажаністю значного пониження напруги у споживачів у момент вмикання генератора через кидок струму, перевищуючого 3,5 номінальних значень. В аварійних умовах, коли напруга і частота в мережі можуть сильно коливатися, операція з увімкнення генератора способом точної синхронізації може затягнутися на тривалий час або супроводжуватися увімкнення з великим кутом розбіжності векторів напруги генератора і мережі. У цих умовах турбогенератори потужністю 200 МВт включно, і гідрогенератори потужністю до 500 МВт включно дозволяється вимикати на паралельну роботу способом самосинхронізації. 3.4. НОРМАЛЬНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРІВ Нормальними режимами генератора є такі, за яких він працює з номінальними параметрами, вказаними на заводській таблиці і в паспорті, або з відхиленнями, допустимими відповідно до ДСТУ. Робота генератора точно з номінальними параметрами називається, крім того, номінальним режимом. До основних параметрів генератора належить: •► повна потужність; •► напруга і струм статора; •► струм ротора; •► коефіцієнт потужності; •► частота; •► температура; •► тиск охолоджувального середовища. Тривало допустимі значення струму статора і ротора генератора залежно від конкретних значень тиску газу і температури охолоджувального середовища, а також від значення робочої напруги на виводах статора звичайно вказуються в так званій режимній карті генератора, якою користуються під час його експлуатації. Допустимі режими, за зниженої температури холодного газу струму ротора і статора, якщо вони не вказані заводом-виробником, встановлюються на підставі випробовування на нагрівання. Якщо температура охолоджувального газу вища номінальної, то допустимі струми статора і ротора зменшуються до значень, за яких температури обмоток не перевищуватимуть найбільш допустимих в експлуатації. Під час температури вхідного газу вище 55 ^оС робота генераторів не допускається. Для генераторів з водним охолодженням обмотки статора зниження навантаження у разі підвищення температури вхідної в обмотку води вище за номінальну має бути таким, щоб температура води, що виходить з обмотки, не перевищила 85 ^оС. Для запобігання конденсації вологи на стінках газоохолоджувачів температура точки роси водню в корпусі генератора під час робочого тиску має бути нижчою, ніж температура води на вході в газоохолоджувачі, але не вище 15 ^оС. Остання вимога фактично визначає вологовміст газу не більше 12,8 г/м^3. Підвищення вологості водню в генераторі за відсутності протікання води в газоохолоджувачах і застосуванні для підживлення добре осушеного водню може відбутися тільки за рахунок попадання вологи разом з повітрям з масла, що зливається з ущільнень у бік водню. Підвищення вогкості водню знижує надійність і термін роботи ізоляції, шкідливо позначається на механічній міцності бандажів ротора, обмежує зниження температури холодного водню в зимовий час через можливість конденсації вологи на стінках газоохолоджувачів. Нарешті, підвищення вологи в газі на 1г/м^3, збільшуючи густину газової суміші, підвищує вентиляційні втрати в генераторі на 0,8 – 1%. Генератори з поверхневим водневим охолодженням можуть працювати на повітряному охолоджуванні за пониженого навантаження. Для генераторів з безпосереднім охолодженням, робота з навантаженням на повітряному охолоджуванні недопустима, оскільки це призвело б до перегрівання і пошкодження обмотки. Вміст кисню в корпусі генератора не має перевищувати 1,2 %, а в бачку продування – 2 %. Недотримання цієї вимоги різко збільшить небезпеку утворення в генераторі вибухонебезпечної суміші. Тому, якщо вміст кисню досягає значень близьких до гранично допустимих, виконується продування генератора чистим воднем, як і під час зниження чистоти водню. Всі генератори допускають роботу з номінальною потужністю за зміни напруги в межах ±5 % номінального і допустимих в експлуатації змінах частоти. Відзначимо, що найбільший струм ротора в одному з трьох режимів по напрузі (0,95; –1; –1,05 Uнапр) приймається за номінальний струм ротора. Тривале допустиме відхилення напруги не має перевищувати 10 % номінального. Підвищення напруги понад 10,5 % номінального значення пов'язано з підвищенням струму збудження і магнітної індукції генератора, що викликає підвищений нагрів сталі статора, зростання додаткових втрат в роторі і в конструктивних елементах статора. 3.5. НЕСИМЕТРИЧНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРІВ Несиметричний режим, що характеризується нерівністю струмів у фазах обмотки статора генератора, викликається наявністю потужних однофазних навантажень, наприклад однофазних печей, навантажень електротяги, або виникає під час обриву дроту лінії електропередачі, а також ошиновки ВРП, під час відключення або не відключення однієї фази вимикача з пофазним управлінням, під час роботи генератора через неповнофазну трансформаторну групу і під час несиметричних КЗ. Тривалість дії великих струмів зворотної послідовності має бути чітко обмежена і залежно від типу генератора визначається критерієм термічної стійкості ротора. Для запобігання пошкодженню генераторів у разі неповнофазних відключень вимикачів блоків, як правило, передбачається пристрій резервування під час відмови вимикачів ПРВВ, який діє під час відмови будь-якої фази вимикачів секцій або всіх вимикачів системи шин, на яку працює блок. Якщо планових зупинок блоків одночасно з відключенням вимикача виконується гасіння поля генератора, то за неповнофазного відключення вимикача генератор переходить у режим двигуна без збудження із споживанням реактивної потужності з мережі. 3.6. АСИНХРОННІ РЕЖИМИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРІВ При втраті збудження через несправність збудника, розчіплення напівмуфт між ротором і збудником, обриву в колі ротора, випадкового підключення АГП і з будь-якої іншої причини генератор переходить в асинхронний режим. При цьому у міру зниження магнітного потоку, що створювався до цього струмом в обмотці ротора, генератор починає споживати реактивну потужність з мережі. Турбогенератори ТВФ, ТВВ, і ТГВ у межах малих ковзань мають достатньо жорстку криву асинхронного моменту. Під час роботи збудження з активним навантаженням 0,5 – 0,6 номінального, навіть під час розімкненої обмотки ротора, ковзання у них не перевищує 0,3 – 0,8 %. Втрати в роторі при цьому складають 0,3 – 0,9 номінальних втрат на збудження, в струм статора близько 1,0 – 1,15 номінального. Але максимальний асинхронний момент у турбогенераторів з безпосереднім охолодженням значно нижчий, ніж у машин з непрямим охолодженням. Тому втрата збудження у них під час навантажень, близьких до номінальних, супроводжується підвищенням ковзання і струмом статора. Через підвищення швидкості обертання до неприпустимих меж може відбутися відключення турбіни спрацюванням автомата безпеки. Для включення цього на турбінах потужністю 300 МВт почали застосовувати швидкодійні електрогідравлічні приставки до регуляторів, що утримують швидкість обертання в допустимих межах і автоматично розвантажують турбогенератори до допустимих меж. Струми, що з'являються в зубцях, клинах і бочці ротора, під час асинхронного режиму турбогенератора викликають нагрів ротора. В асинхронному режимі в обмотці ротора наводиться напруга. Якщо обмотка розімкнена або включена не на електромашинний збудник, а на систему випрамлячів збудження, що викликає проходження струму зворотної полярності, то під час великих ковзань наведена напруга може досягти небезпечного для обмотки ротора і випрамлячів значення. Використання асинхронного режиму для залишення в роботі генератора за втрати збудження, хоча б на якийсь час, необхідне для переходу на резервне збудження, дозволяє в більшості випадків уникати аварійних зупинок генераторів. Але при цьому необхідно дотримувати наступні умови: •► під час втрати збудження необхідно понизити активне навантаження до допустимих значень (якщо немає автоматики) і спробувати доступними з щита керування засобами (зміного положення штурвалу шунтового реостата, дією на коректор і компаудуванняі тощо) відновити збудження. Якщо зробити це не вдається, слід перейти на резервне збудження з відключенням на час переходу АГП; •► генератор може випасти з синхронізму за недостатнього збудження або в результаті аварії в системі. Для відновлення синхронізму збільшують струм збудження і знижують активне навантаження. Якщо генератор не увійде в синхронізм, він має бути вимкнений від мережі. 3.7. РОБОТА ГЕНЕРАТОРІВ У РЕЖИМІ СИНХРОННИХ КОМПЕНСАТОРІВ У деяких випадках для підтримки необхідного рівня напруги в системі доцільно генератори використовувати як синхронні компенсатори. Увімкнений в мережу генератор переводиться в режим синхронного компенсатора припиненням подачі в турбіну енергоносія (пари або води). На гідротурбіні потім зривається вакуум, а якщо робоче колесо розташоване нижче за рівнем води в нижньому б'єфі, то додатково виробляється відтискання води тиском повітря з ресиверів. Видалення води з області робочого колеса скорочує до мінімуму втрати на його обертання. У разі використання турбогенератора як синхронний компенсатор під час тривалого простою турбіни в ремонті або з інших причин муфта між генератором і турбіною розбирається. Установкою спеціальних упорів обмежується осьове переміщення ротора генератора. Пуск від'єднаного від турбіни генератора виконується підніманням швидкості обертання з нуля від іншого генератора. Такий пуск називається частотним. При частому пуску потужність провідного (розвертаючого) генератора, щоб уникнути його перевантаження повинна складати не менше однієї третини потужності введеного (розкручуваного) генератора. Обидва генератори до пуску включаються на резервну систему шин. 3.8. ОБСЛУГОВУВАННЯ СИСТЕМ ВОДНЕВОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ОБМОТОК Потрапляння повітря або водню в систему водяного охолодження обмоток може призвести до утворення газових пробок в головках і каналах провідників стержнів обмотки, що призведе до порушення нормальної циркуляції охолоджувальтного конденсату і утворить миттєвий перегрів провідників. Витиснення повітря з водяної системи відбувається при відкритих дренажах на напірному і зливному колекторах обмотки, на теплообмінниках і фільтрах. Система вважається заповненою, після того як перестають утворюватися бульбашки повітря (кавітація). Персонал має два рази за зміну оглядати газову пастку, яка приєднана до зливного колектора через постійно відкритий вентиль для контролю за появою газу в конденсаті. За появи газу в пастці, обов’язково проводиться його хімічний аналіз. За появи в корпусі генератора невеликої кількості води, її необхідно злити і перевірити корпус на відсутність протікання або конденсації вологи на стінках газоохолоджувачів. Якщо вологи на стінках корпусу не має, то це вказує на протікання в системі водяного охолодження обмотки. В такому випадку генератор потрібно негайно розвантажити і відімкнути від мережі. Робота генератора під час відсутності циркуляції ЗАБОРОНЕНА при всіх режимах, крім холостого ходу без збудження. Температура конденсату, що входить, має підтримуватись на рівні 40 ± 5 ^0С, а температура конденсату, що виходить не має перевищувати 85 ^0С. 3.9. ОБСЛУГОВУВАННЯ ЩІТКОВИХ АПАРАТІВ Іскріння щіток на колекторі може призвести до кругового вогню, а на кільцях ротора до короткого замикання між ними. Таких важких наслідків можна уникнути, якщо робота щіткових апаратів буде перевірятися не тільки в денний час, спеціально виділеним з бригади електромонтером, а регулярно змінним персоналом під час чергування. Іскріння щіток на кільцях ротора може бути викликане наступними умовами: •► недостатній натиск щіток або їх частин (тиск на пружинах має бути однаковий 1,5 – 2,0 Н/см^2); •► недостатнє шліфування щіток; •► підгорання робочої поверхні кілець у результаті іскріння щіток; •► заїдання частини щіток в щіткотримачах (відстань між щіткою і стінкою щіткотримача має бути 0,1 – 0,3 мм); •► використання щіток різних марок з різними характеристиками, тому що питомий опір щіток різних марок неоднаковий; •► потрапляння на кільця парів масла при зупинці відцентрового вентилятора; •► відпрацювання щіток до мінімально допустимої величини – 40 – 50% від початкової висоти; •► вібрація щіток, через зачіпляння за поверхні кілець у результаті нерівномірного відпрацювання. Кількість щіток у кільці залежить від типу турбогенератора, наприклад, в турбогенераторі типу ТГВ – 300 на кожному кільці по 60 щіток. 3.10. ПАРАЗИТНІ СТРУМИ В ВАЛАХ І ПІДШИПНИКАХ Через нерівномірний зазор між ротором і статором, зазорів у стиках між пакетами активної сталі і через інші причини магнітна система машини втрачає симетричність. Це призводить до зміни магнітних потоків і викликає появу в тілі ротора струмів, які якщо не вжити заходів будуть проходити по основному шляху з великим індуктивним опором, а через підшипники і станину пройде значно менший індуктивний опір. Через малий опір, навіть за невеликих значень наведеної ЕРС, струми по валу і підшипниках будуть досягати декількох тисяч ампер, а це викличе пошкодження черв’ячних пар і підшипників турбіни, а також підшипників ущільнень генератора. Через це в машинах з горизонтальним розташуванням валу встановлюються ізоляційні прокладки, а також підшипники мають ізолюватися від маслопроводів. Питання для самоконтролю 1. Обґрунтуйте призначення та улаштування синхронних компенсаторів. 2. Обґрунтуйте призначення та улаштування турбогенератора. 3. Як виконується перевірка та огляд генераторів? 4. Як вимірюють опір ізоляції обмотки генератора? 5. Що перевіряють при огляді генератора, який знаходиться в роботі? 6. За допомогою якого приладу проводять фазування та синхронізацію фаз генератора? 7. Назвіть умови, які необхідно виконати при включенні генератора в мережу. 8. Проаналізуйте нормальні режими роботи генераторів. 9. Проаналізуйте асинхронний режим роботи генератора. 10. За рахунок чого виникає іскріння щіток на кільцях ротора? 11. Проаналізуйте роботу генератора в режимі синхронного компенсатора. 12. На чому базується обслуговування системи водневого охолодження обмоток генератора? 13. Назвіть причини появи паразитних струмів у валах та на підшипниках?
	Попередня тема	На початок	Наступна тема