Меню

Для чего предназначена система охлаждения генератора



Для чего предназначена система охлаждения генератора

При обслуживании турбогенератора машинисту тур­бины приходится вести наблюдение и за работой систе­мы охлаждения электрогенератора. Поэтому эксплуата­ционный персонал турбинного цеха должен быть знаком с устройством и с правилами эксплуатации системы ох­лаждения генераторов.

Охлаждение электрогенераторов может быть: а) воз­душным; б) водородным; в) водородно-водяным.

Воздушное охлаждение может выполняться по разо­мкнутой (проточной) и замкнутой системам. Проточная воздушная вентиляция согласно ГОСТ 533-51 допуска­ется только для генераторов мощностью 750 и 1 500 квт. Для генераторов большей мощности делается замкнутая система охлаждения.

При проточной системе охлаждения воздух до по­ступления в генератор проходит фильтры для отделения ныли и других взвешенных частиц, а после генератора выбрасывается наружу. При замкнутой системе охлаж­дения нагретый воздух из генератора направляется под напором вентиляторов, насаженных на вал ротора, в ка­меру воздухоохладителей. Воздухоохладители представ­ляют собой теплообменные аппараты рекуперативного типа. По трубкам воздухоохладителей протекает вода, поступающая из напорных водоводов конденсатора. На аварийный случай имеется резервный подвод воды к воз­духоохладителям от технического водопровода. Для пре­дохранения трубок воздухоохладителей от загрязнений охлаждающая вода до поступления в охладители про­ходит через водяной фильтр.

Для каждого генератора заводом-изготовителем уста­навливаются предельно допустимые значения темпера­туры активных частей (обмоток статора, ротора и актив­ной стали). В соответствии с этим в эксплуатационных инструкциях указывается температура охлаждающего газа (воздуха или водорода), которую необходимо под­держивать при работе генератора.

Для измерения температуры охлаждающего газа на каждом торцовом щите и на корпусе статора в зоне наи­большей температуры устанавливаются ртутные термо­метры, а перед каждым вентилятором и в струе выходя­щего воздуха — термометры сопротивления. При работе генератора необходимо вести наблюдение за температу­рой охлаждающего воздуха и поддерживать такую тем­пературу, которая указана в инструкции. Это достигает­ся регулированием расхода охлаждающей воды через воздухоохладители в зависимости от температуры воды и от нагрузки генератора.

Согласно ГОСТ 533-51 охладители генератора долж­ны быть рассчитаны так, чтобы они могли обеспечить работу генератора и возбудителя с номинальной нагруз­кой при температуре поступающей в охладители воды + 30° С, а по требованию заказчика—до +33° С. Охла­дители рассчитываются на давление воды не менее 2 ат.

С 1947 г. на отечественных тепловых электростанци­ях стали устанавливать генераторы с водородным ох­лаждением. Первые генераторы имели низконапорную систему водородного охлаждения. Избыточное давление водорода в таких системах составляло 0,05 ат. Позднее появились генераторы с давлением водорода 1—2 ат, а в настоящее время они имеют давление водорода до 3 ат.

Применение водорода для охлаждения генераторов оказывается целесообразным вследствие весьма благо­приятных теплофизических его свойств. Теплопровод­ность водорода в 6,69 раза выше теплопроводности воз­духа, а коэффициент теплоотдачи от поверхности к во­дороду при ламинарном потоке больше чем у воздуха в 1,51 раза. Плотность водорода составляет только 0,07 плотности воздуха, водород не вызывает окисления.

Применение водорода в качестве охлаждающего ра­бочего тела позволило значительно улучшить отвод те­пла от генераторов по сравнению с воздушным охлажде­нием и в результате этого повысить их мощность при тех же электромагнитных нагрузках. Например, мощ­ность генератора с воздушным охлаждением при работе с водородным охлаждением увеличивается с 25 до 30 Мвт.

При водородном охлаждении заметно уменьшается поверхность охлаждения газоохладителей. Вследствие этого оказывается возможным располагать газоохлади­тели непосредственно в корпусе статора генератора. При таком расположении газоохладителей напор циркуляци­онных насосов для подачи охлаждающей воды в газо­охладители оказывается недостаточным и поэтому для подачи охлаждающей воды устанавливаются специаль­ные, так называемые подъемные насосы. Число этих на­сосов на установку должно быть не менее двух: один ра­бочий, а второй — резервный. Подъемные насосы под­ключают к напорной стороне циркуляционных водово­дов через водяной фильтр. Линия резервного подвода воды подключается к всасывающим линиям подъемных насосов.

Некоторые технические данные газоохладителей и расход воды на газоохладители приведены в табл. 3-9.

Благодаря значительно меньшей плотности водорода по сравнению с плотностью воздуха при водородном ох­лаждении уменьшаются вентиляционные потери в гене­раторе и потери на трение ротора об охлаждающую сре­ду. Кроме того, благодаря малой плотности водорода почти полностью исчезает шум в работающем генерато­ре. При водородной системе охлаждения устраняется опасность возникновения пожара в генераторе.

Наряду с положительными свойствами водорода как охлаждающего рабочего тела он имеет и отрицательные свойства. Главным отрицательным свойством водорода является его взрывоопасность. Смесь водорода с возду­хом взрывоопасна. Поэтому заполнение корпуса ге­нератора водородом или воздухом можно производить только путем полного вытеснения воздуха или водорода каким-то третьим промежуточным газом. В качестве та­кого промежуточного газа используется углекислый газ. Необходимо иметь в виду, что длительная работа гене­ратора на углекислом газе не допускается, хотя эффек­тивность охлаждения углекислым газом примерно такая же, как и при охлаждении воздухом. При длительной работе генератора с углекислым газом последний всту­пает в соединение с влагой, которая в том или ином ко­личестве всегда имеется в корпусе генератора. Продукт реакции углекислоты с влагой откладывается на частях генератора и загрязняет детали, ухудшая отвод тепла от генератора. Поэтому углекислый газ следует приме­нять только для вытеснения воздуха и водорода из кор­пуса во время пуска и остановки генератора.

При заполнении системы охлаждения водородом уг­лекислый газ должен быть полностью вытеснен из кор­пуса генератора. При остановке генератора на ремонт водород, заполняющий корпус, вытесняется углекислым газом, а последний в свою очередь вытесняется возду­хом.

Необходимо отметить, что генераторы типов ТВ Ф-60-2, ТВ Ф-100-2 ТВФ-200, ТГВ-200, ТГВ-300, ТВБ-116:5-2, ТВВ-200-2 и ТВВ-300-2 нельзя допускать к работе с воздушным охлаждением.

Генераторы с водородным охлаждением имеют неко­торые конструктивные особенности по сравнению с гене­раторами с воздушным охлаждением. Корпус генерато­ра с водородным охлаждением должен допускать внутри размещение газоохладителей и обладать необходимой механической прочностью на случай взрыва гремучей смеси. Кроме того, корпус, торцовые щиты и другие де­тали должны быть газоплотными, способными обеспечи­вать минимальную утечку водорода из системы охлажде­ния. Водород по сравнению с воздухом обладает высокой способностью диффузии сквозь сварные швы, фарфор и другие материалы. Для предотвращения утечки водо­рода через зазоры между валом и корпусом генератора устраивают масляные уплотнения концов вала ротора. Конструктивное выполнение уплотнений вала генерато­ров ТГВ показано на рис. 3-11.

Уплотняющееся масло под давлением, превышающим давление водорода в корпусе генератора на 0,2—0,8 ат, полается в напорную камеру А и из камеры через отвер­стия во вкладыше поступает в концевую канавку, рас­точенную в баббитовой заливке вкладыша. Из канавки масло растекается в обе стороны, образуя сплошную масляную пленку, которая препятствует проникновению водорода из корпуса генератора наружу.

При эксплуатации системы водородного охлаждения необходимо следить за давлением масла, поступающего на масляное уплотнение вала генератора. Для этой цели устанавливаются манометры на нагнетательном масло­проводе после насосов и манометры для измерения дав­ления масла непосредственно в уплотнениях вала. Мас­ло на уплотнения подается из- специального масляного бака винтовым насосом, с приводом от электродвигате­ля переменного тока.

Масло проходит через маслоохладитель и фильтр и после этого поступает на уплотнение. В случае снижения давления масла, идущего на уплотнения, автоматически от электроконтактного манометра включается резервный, масляный насос с электродвигателем постоянного тока.

Если произойдет отключение рабочего и резервного масляных насосов, то предусматривается аварийная пода­ча масла на уплотнение вала от системы регулирования турбины.

После уплотняющего вкладыша масло сливается в картер основного подшипника генератора и из карте­ра в сливной коллектор, который через гидравлический затвор соединяется с масляным баком турбины. Слив­ной коллектор имеет вытяжную трубу, которая выводит­ся через крышу машинного зала для отвода водорода, который выделяется из масла, прошедшего через уплот­нения и имевшего там соприкосновение с водородом.

Газовый объем масляного бака турбины вентилиру­ется специальным центробежным вентилятором. Благо­даря этому исключается накопление водорода и образо­вание воздушно-водородной смеси по газовым объемам масляной системы генератора.

В масляный бак системы уплотнения масло поступа­ет из масляного бака турбины через гидравлическую пе­тлю. Давление масла, поступающего к масляным уплот­нениям, регулируется автоматически в зависимости от давления водорода в корпусе генератора. Для этой цели используется либо электронный регулирующий прибор, либо регулятор прямого действия ДРДМ конструкции ЦКБ Главэнергостройпрома.

Схема газовой части системы водородного охлажде­ния построена таким образом, что позволяет осуществ­лять следующие операции: наполнение генератора водо­родом, автоматическое поддержание заданного давле­ния и чистоты водорода в корпусе генератора, удаление водорода и переход на воздушное охлаждение при холо­стом ходе генератора.

Читайте также:  Как собрать термоэлектрический генератор

Как уже отмечалось выше, промежуточным газом для вытеснения воздуха или водорода из корпуса гене­ратора является углекислый газ. Баллоны с углекислым газом и водородом устанавливаются на газовом посту системы охлаждения генератора. Промежуточный газ при переходе на работу с воздушным охлаждением вы­тесняется сжатым воздухом, который подается в корпус генератора от компрессора через фильтр-осушитель, уста­новленный также на газовом посту. Чистота водорода в баллонах должна соответствовать ГОСТ 3022-61. Объ­емное содержание водорода должно быть не менее 99,5%. Чистота углекислого газа должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2391. Его объемное содержание долж­но быть не менее 98%.

Количество водорода, необходимого для заполнения газовой системы охлаждения, должно быть порядка 2,5— 3 объема газовой системы. Количество углекислого газа, необходимого для вытеснения воздуха из системы, долж­но быть около 2,0—2,5 объема газовой смеси.

Минимальный запас водородных и углекислотных баллонов для перевода генератора на водородное охлаж­дение указывается для каждого генератора в инструк­циях по эксплуатации системы охлаждения генератора. Для примера можно указать, что для генератора мощ­ностью 150 Мвт минимальное количество водородных баллонов составляет 120, а углекислотных — 50 (емікость баллона 40 л).

Заполнение системы охлаждения генератора газом производится по специальной инструкции, которая уста­навливает последовательность и продолжительность всех операций по заполнению корпуса газом и порядок проведения анализов на процентное содержание газа в системе охлаждения. Процесс вытеснения водорода или воздуха из корпуса генератора является довольно про­должительным и занимает, например, для турбогенера­тора мощностью 100 Мвт около 5—6 ч, а у генераторов мощностью 200 Мвт—10—11 ч.

Перед пуском турбогенератора должно быть обяза­тельно подано масло на уплотнение вала генератора. Это необходимо для обеспечения смазки и создания уплотнения, обеспечивающего поддержание в корпусе избыточного давления газа. Избыточное давление газа в корпусе исключает подсосы атмосферного воздуха, а вместе с ним и пыли, а также паров масла из уплот­нения вала в генератор во время его пуска.

Следует иметь в виду, что при пуске турбогенератора с водородным охлаждением необходимо критическое чи­сло оборотов проходить с возможно большей скоростью. Это делается с той целью, чтобы избежать повреждений масляных уплотнений вследствие сильной вибрации ро­тора при критической скорости вращения. Включать по­дачу воды в газоохладители при пуске турбогенератора следует только при повышении температуры газа в кор­пусе генератора. При пуске охлаждающей воды необхо­димо следить за тем, чтобы не произошло резкого по­нижения температуры газа. Обычно температура газа перед вентиляторами должна поддерживаться в преде­лах 30—40° С.

При пуске на холостом ходу все газоохладители должны быть заполнены водой, а напорные вентили на водяных линиях должны быть открыты. Регулировать подачу воды в газоохладители следует только сливными вентилями; при этом требуется, чтобы температура ох­лажденного газа была примерно одинакова во всех га­зоохладителях.

Необходимо помнить, что если корпус генератора за­полнен водородом, то, независимо от того, работает ге­нератор или не работает, центробежный вентилятор для отсоса газов из главного масляного бака турбины дол­жен быть включен в работу.

При работе генератора с водородным охлаждением необходимо вести наблюдение за давлением масла на напорном маслопроводе от масляных насосов, давлением масла перед уплотнениями, температурой поступающего масла (обычно она должна быть в пределах 30—40° С) и масла на сливе из уплотнений, давлением, чистотой и влажностью водорода и за температурой газа, поступаю­щего в генератор.

Если произойдет аварийное отключение насосов, по­дающих масло на уплотнения вала ротора, и не будет возможности быстро восстановить подачу масла на уплотнения, следует немедленно приступить к вытесне­нию водорода из корпуса генератора, а затем остановить турбогенератор.

Дежурный персонал при работе турбогенератора дол­жен систематически вести записи параметров системы охлаждения в суточной ведомости.

Для генераторов большой мощности типов ТВ В-165-2, ТВВ-200-2 и ТВВ-300-2 принята водородно-водяная си­стема охлаждения, которая является более эффективной, чем водородная система. Водородом охлаждается ро­тор, роторная обмотка и активная сталь статора. Ста­торная обмотка охлаждается конденсатом, циркулирую­щим в полых проводниках. Водород циркулирует в кор­пусе генератора под действием двух пропеллерных вен­тиляторов, насаженных на вал ротора. Водород охлаж­дается в газоохладителях, которые установлены в кор­пусе генератора. Для подвода и отвода охлаждающего конденсата к проводникам статора у генератора со сто­роны турбины установлены два кольцевых изолирован­ных от корпуса коллектора.

На коллекторах имеются штуцеры, на которые навернуты резиновые шланги, подводящие и отводящие конденсат к проводникам статора.

Нa наивысших точках напорного и сливного коллек­торов установлены контрольные трубки с крапами для удаления воздуха из системы водяного охлаждения ге­нератора при заполнении ее конденсатом. Система водя­ного охлаждения заполняется конденсатом, прошедшим обессоливание.

На рис. 3-12 показана принципиальная схема водя­ного охлаждения обмоток статора генератора. Конден­сат, прошедший генератор, нагревается и для охлажде­ния поступает в водо-водяные теплообменники. Охлаж­дающим рабочим телом в теплообменниках является конденсат, подаваемый конденсатнымн насосами турби­ны, либо сырая вода, поступающая от подъемных насо­сов газоохладителей.

Для удаления воздуха из конденсата предусматри­вается вакуумная обработка конденсата в расширитель­ном баке, куда поступает нагретый конденсат из обмо­ток статора. Конденсат в расширительном баке посту­пает на решетку и разбрызгивается. Выделяющийся при этом воздух отсасывается из бака водоструйным эжек­тором.

Эксплуатационная инструкция водородно-водяной си­стемы охлаждения генератора включает в себя правила обслуживания водородной системы охлаждения и пра­вила обслуживания водяного контура охлаждения обмо­ток статора. Последние по существу ничем не отличают­ся от обычных правил обслуживания центробежных на­сосов и теплообменных аппаратов.

Источник

Системы охлаждения генераторов

Во время работы синхронного генератора его обмотки и активная сталь нагреваются.

Допустимые температуры нагрева обмоток статора и ротора зависят в первую очередь от применяемых изоляционных материалов и температуры охлаждающей среды. По ГОСТ 533-76 для изоляции класса В (на асфальтобитумных лаках) допустимая температура нагрева обмотки статора должна находиться в пределах 105°С, а ротора 130°С. При более теплостойкой изоляции обмоток статора и ротора, например, классов F и Н, пределы допустимой температуры нагрева увеличиваются.

В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно стареет. Причиной этого являются загрязнение, увлажнение, окисление кислородом воздуха, воздействие электрического поля и электрических нагрузок и т.д. Однако главной причиной старения изоляции является ее нагрев. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок ее службы. Срок службы изоляции класса В при температуре нагрева ее до 120°С составляет около 15 лет, а при нагреве до 140°С — сокращается почти до 2 лет. Та же изоляция при температуре нагрева 105°С (т.е. в пределах ГОСТ) стареет значительно медленнее и срок службы ее увеличивается до 30 лет. Поэтому во время эксплуатации при любых режимах работы генератора нельзя допускать нагрева его обмоток свыше допустимых температур.

Для того чтобы температура нагрева не превышала допустимых значений, все генераторы выполняют с искусственным охлаждением.

По способу отвода тепла от нагретых обмоток статора и ротора различают косвенное и непосредственное охлаждение.

При косвенном охлаждении охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентиляторов, встроенных в торцы ротора, подается внутрь генератора и прогоняется через немагнитный зазор и вентиляционные каналы. При этом охлаждающий газ не соприкасается с проводниками обмоток статора и ротора и тепло, выделяемое ими, передается газу через значительный тепловой барьер — изоляцию обмоток.

При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество (газ или жидкость) соприкасается с проводниками обмоток генератора, минуя изоляцию и сталь зубцов, т.е. непосредственно.

Отечественные заводы изготовляют турбогенераторы с воздушным, водородным и жидкостным охлаждением, а также гидрогенераторы с воздушным и жидкостным охлаждением.

Воздушное охлаждение генератора

Существуют две системы воздушного охлаждения — проточная и замкнутая.

Проточную систему охлаждения применяют редко и лишь в турбогенераторах мощностью до 2 MBА, а также в гидрогенераторах до 4 MBА. При этом через генератор прогоняется воздух из машинного зала, который быстро загрязняет изоляцию обмоток статора и ротора, что в конечном счете сокращает срок службы генератора.

При замкнутой системе охлаждения один и тот же объем воздуха циркулирует по замкнутому контуру. Схематично циркуляция воздуха при таком охлаждении для турбогенератора представлена на рис.1. Для охлаждения воздуха служит воздухоохладитель 1, по трубкам которого непрерывно циркулирует вода. Нагретый в машине воздух выходит через патрубок 2 в камеру горячего воздуха 3, проходит через воздухоохладитель и через камеру холодного воздуха 4 снова возвращается в машину. Холодный воздух нагнетается в машину встроенными вентиляторами 5. В генераторах с большой длиной активной части холодный воздух подается с обоих торцов машины, как это показано на рис.1.

Читайте также:  Замена ремня генератора шкода фабия 1 4 аме

Рис.1. Замкнутая система воздушного охлаждения турбогенератора

В целях повышения эффективности охлаждения турбогенераторов, длина активной части которых особенно велика, а воздушный зазор мал, используют многоструйную радиальную систему вентиляции. Для этого вертикальными плоскостями 6 делят систему охлаждения турбогенераторов на ряд секций. В каждую секцию воздух поступает из воздушного зазора (I и III секции) или из специального осевого канала 7 (II секция).

Для увеличения поверхности соприкосновения нагретых частей с охлаждающим воздухом в активной стали машины выполняют систему вентиляционных каналов. Пройдя через радиальные вентиляционные каналы в стали, нагретый воздух уходит в отводящие камеры 8. Многоструйная вентиляция обеспечивает равномерное охлаждение турбогенератора по всей длине. Для восполнения потерь в результате утечек предусмотрен дополнительный забор воздуха через двойные масляные фильтры 9, установленные в камере холодного воздуха.

Отечественные заводы изготовляют турбогенераторы с замкнутой системой воздушного охлаждения мощностью до 12 МВт включительно.

Замкнутая система косвенного охлаждения воздухом у гидрогенераторов применяется значительно шире. Наиболее крупный генератор с косвенным воздушным охлаждением серии СВ мощностью 264,7 MBА выпущен ПО «Электросила» для Братской ГЭС. Схема вентиляции гидрогенератора показана на рис.2.

Рис.2. Замкнутая система вентиляции гидрогенератора
1 — ротор; 2 — статор;
3 — воздухоохладитель;
4 — лопатки вентилятора

В гидрогенераторах охлаждение явнополюсных роторов облегчается благодаря наличию межполюсных промежутков и большей поверхности охлаждения ротора.

Охлаждение гладкого ротора турбогенератора менее эффективно, так как в рассматриваемом случае он охлаждается только со стороны воздушного зазора. Последнее обстоятельство в значительной мере определяет ограниченные возможности воздушного охлаждения для турбогенераторов. У генераторов с воздушным охлаждением предусматривается устройство для тушения пожаров водой.

Косвенное водородное охлаждение турбогенераторов

Турбогенераторы с косвенным водородным охлаждением имеют в принципе такую же схему вентиляции, как и при воздушном охлаждении. Отличие состоит в том, что объем охлаждающего водорода ограничивается корпусом генератора, в связи с чем охладители встраиваются непосредственно в корпус. Размещение газоохладителей и газосхема циркуляции водорода внутри генератора представлены на рис.3.

Рис.3. Схема многоструйной радиальной вентиляции в турбогенераторах
1 — камеры холодного газа;
2 — камеры горячего газа;
3 — газоохладители

Водородное охлаждение эффективнее воздушного, так как водород как охлаждающий газ по сравнению с воздухом имеет ряд существенных преимуществ. Он имеет в 1,51 раза больший коэффициент теплопередачи, в 7 раз более высокую теплопроводность. Последнее обстоятельство предопределяет малое тепловое сопротивление прослоек водорода в изоляции и зазорах пазов.

Значительно меньшая плотность водорода по сравнению с воздухом позволяет уменьшить вентиляционные потери в 8-10 раз, в результате чего КПД генератора увеличивается на 0,8-1%.

Отсутствие окисления изоляции в среде водорода по сравнению с воздушной средой повышает надежность работы генератора и увеличивает срок службы изоляции обмоток. К достоинствам водорода относится и то, что он не поддерживает горения, поэтому в генераторах с водородным охлаждением можно отказаться от устройства пожаротушения.

Водород, заполняющий генератор в смеси с воздухом (от 4,1 до 74%, а в присутствии паров масла — от 3,3 до 81,5%), образует взрывоопасную смесь, поэтому у машин с водородным охлаждением должна быть обеспечена высокая газоплотность корпуса статора масляными уплотнениями вала, уплотнением токопроводов к обмоткам статора и ротора, уплотнением крышек газоохладителей, лючков и съемных торцевых щитов. Наиболее сложно выполнить надежные масляные уплотнения вала генератора, препятствующие утечке газа.

Чем выше избыточное давление водорода, тем эффективнее охлаждение генератора, следовательно, при одних и тех же размерах генератора можно увеличить его номинальную мощность. Однако при избыточном давлении более 0,4-0,6 МПа прирост мощности генератора не оправдывает затрат на преодоление возникающих при этом технических трудностей (усложнение работы уплотнений и изоляции обмоток). Поэтому давление водорода в современных генераторах более 0,6 МПа не применяется.

Генераторы с косвенным водородным охлаждением могут при необходимости работать и с воздушным охлаждением, но при этом их мощность соответственно уменьшается.

Источником водорода на современных ТЭС являются электролизные установки, в которых водород получают путем электролиза воды. В отдельных случаях водород доставляется в баллонах с электролизерных заводов.

Рис.4. Принципиальная схема газового хозяйства водородного охлаждения
1 — манометр, 2 — электроконтактный манометр; 3 — газоанализатор;
4 — блок регулирования и фильтрации; 5 — вентиль;
6 — углекислотный баллон; 7 — осушитель водорода;
8 — указатель жидкости; 9 — клапан давления водорода;
10 — водородный баллон; 11 — предохранительный клапан

На рис.4 показана принципиальная схема газового хозяйства системы водородного охлаждения.

При заполнении корпуса генератора водородом воздух сначала вытесняется инертным газом (обычно углекислотой) во избежание образования гремучей смеси. Углекислота под давлением из баллона 6 подается в нижний коллектор, при этом более легкий воздух вытесняется через верхний коллектор и открываемый на это время вентиль «Выпуск газа». В результате смешивания газов при вытеснении расход углекислоты на данную операцию составляет два-три объема корпуса генератора. После того как весь объем будет заполнен углекислотой при концентрации около 90%, в верхний коллектор подают под давлением водород, который вытесняет углекислоту через нижний коллектор и открываемый вентиль «Выпуск углекислоты». Как только чистота водорода в корпусе достигнет заданного уровня, вентиль «Выпуск углекислоты» закрывают и доводят давление водорода в корпусе до нормального. Вытеснение водорода производят углекислотой, которая затем вытесняется сжатым воздухом.

Автоматическое поддержание давления водорода в корпусе генератора осуществляется клапаном давления 9. Контроль максимального и минимального давления водорода производится взрывобезопасным электроконтактным манометром 2, установленным на панели газового управления. Автоматический контроль чистоты водорода осуществляется газоанализатором 3, и, кроме того, через определенные промежутки времени водород берут на химический анализ в лабораторию.

При снижении процентного содержания водорода ниже допустимого восстановление чистоты его осуществляется путем выпуска из генератора загрязненного водорода и добавления чистого водорода. Эта операция называется продувкой.

В целях осушки водорода, находящегося в генераторе, предусмотрен осушитель 7, заполняемый хлористым кальцием или силикагелем.

Для современных турбогенераторов с целью осаждения влаги из охлаждающего газа применяют специальные фреоновые холодильные машины. Указатель наличия жидкости 8 служит для подачи сигнала о появлении воды или масла в корпусе генератора.

Электромашиностроительные заводы в СССР выпускали серию генераторов ТВ (ТВ2) мощностью до 150 МВт включительно с использованием косвенного водородного охлаждения, которые эксплуатируются на многих ТЭС.

Непосредственное водородное охлаждение турбогенераторов

Еще больший эффект по сравнению с косвенным водородным охлаждением дает непосредственное (внутреннее) охлаждение, когда водород подается внутрь полых проводников обмотки.

В генераторах серии ТВФ применяется косвенное охлаждение обмоток статора водородом и непосредственное (форсированное) охлаждение обмотки ротора. Система вентиляции роторов генераторов серии ТВФ представлена на рис.5.

Рис.5. Конструкция вентиляционного канала в обмотке
ротора с непосредственным охлаждением

а — продольный разрез;
б и в — поперечные косые разрезы по пазу ротора

Охлаждающий газ забирается из зазора с последующим выбросом нагретого газа обратно в зазор. При этом проводники 1 обмотки ротора выполняются сплошными прямоугольного сечения, а на боковых поверхностях их фрезеруются косые вентиляционные каналы 2. При работе генератора (вращении ротора) водород поступает в заборное отверстие 3 и, проходя по косому вентиляционному каналу до дна паза 4, выходит уже с другой стороны паза (катушки) в другой канал и через выпускное отверстие 5 попадает снова в зазор.

Генераторы серии ТГВ мощностью 200 и 300 МВт имеют несколько иную систему охлаждения ротора. Водород циркулирует в аксиальных прямоугольных каналах, которые образуются корытообразными проводниками обмотки возбуждения.

В генераторах этого типа выполнено также непосредственное охлаждение обмоток статора. Водород подается в тонкостенные трубки из немагнитной стали, заложенные внутри стержней обмотки (рис.6) и открытые в лобовых частях.

Рис.6. Разрез паза статора (а) и ротора (б) генератора типа ТГВ
1 — пазовый клин, 2 — корпусная изоляция;
3 — массивный элементарный проводник;
4 — газовые трубки; 5 — бочка ротора;
6 — дюралюминиевый клин; 7 — подклиновая изоляция;
8 — полувитки обмотки; 9 — горизонтальный вентиляционный канал

Читайте также:  Генератор красивых подписей по фамилии

В обоих типах генераторов (ТГВ и ТВФ) давление водорода в корпусе поддерживается 0,2-0,4 МПа.

Генераторы с непосредственным водородным охлаждением на воздушном охлаждении работать не могут, так как обмотка, рассчитанная на форсированное охлаждение водородом, при работе на воздушном охлаждении перегреется и выйдет из строя. Поэтому при появлении больших утечек водорода из генератора, сопровождающихся глубоким и быстрым снижением давления водорода, генератор с непосредственным охлаждением должен быть аварийно разгружен и отключен от сети. Включение в сеть отключенного генератора может быть произведено лишь после устранения утечек и перевода его на водород, если для отыскания утечек он был переведен на воздух.

Непосредственное жидкостное охлаждение генераторов

При выполнении непосредственного жидкостного охлаждения генераторов в качестве охлаждающей жидкости применяют дистиллированную воду или масло, которые обладают более высокой теплоотводящей способностью по сравнению с водородом и, следовательно, позволяют еще больше увеличить единичные мощности генераторов при сохранении их размеров.

Дистиллированная вода как охлаждающее вещество по сравнению с маслом имеет значительно больше достоинств: более высокие теплоотводящие свойства, пожаробезопасность. Поэтому в большинстве случаев мощные генераторы, которые выпускались в СССР, выполнялись с водяным охлаждением.

Рис.7. Устройство ввода и вывода воды для охлаждения обмотки статора

На рис.7 показана конструкция гидравлических соединений обмотки статора с водяным охлаждением и дан разрез обмотки по одной параллельной ветви. Как видно из разреза, обмотка статора выполнена из сплошных и полых медных элементарных проводников прямоугольного сечения, по которым циркулирует вода.

Питание обмотки водой осуществляется путем подвода ее к каждой параллельной ветви с помощью шлангов из пластмассы, обладающей высокой электрической прочностью и необходимой эластичностью (например, фторопласт-4).

Охлаждение обмотки статора водой в сочетании с непосредственным охлаждением обмотки ротора и активной стали водородом применяется в турбогенераторах типа ТВВ мощностью 160-800 МВт.

Опыт эксплуатации турбогенераторов серии ТВВ показал, что они имеют значительные резервы в системе охлаждения. В результате была предложена новая единая серия генераторов ТВВ и одновременно ТВФ, которые также используют систему форсированного охлаждения ротора. Новые машины за счет использования более высоких электромагнитных нагрузок (в основном линейной токовой нагрузки и плотностей тока), улучшения конструкции системы охлаждения получились легче и надежнее своих предшественников. Расход материалов на изготовление новой серии генераторов ТВВ-160-2ЕУЗ на 20% меньше, чем ранее выпускавшихся генераторов ТВВ-165-2УЗ. Новые генераторы имеют также лучшие температурные характеристики по сравнению с ранее выпускавшимся генератором ТВВ-165-2УЗ.

Водяное охлаждение статорной обмотки по аналогичной схеме применяется также в мощных вертикальных гидрогенераторах типа СВФ. Обмотка ротора и активная сталь таких генераторов имеют непосредственное воздушное охлаждение.

Выполнение непосредственного охлаждения ротора генератора связано с большими трудностями, особенно в отношении подвода воды к вращающемуся ротору.

Рис.8. Турбогенератор ТГВ-500 мощностью 500 МВт
а — общий вид турбогенератора;
б — принципиальная схема охлаждения обмоток статора и ротора и стали статора

На рис.8 изображен турбогенератор ТГВ-500 мощностью 500 МВт, в котором обмотки статора и ротора охлаждаются водой, а сталь магнитопровода — водородом.

Холодная дистиллированная вода поступает по патрубку А в напорный кольцевой коллектор 1 и из него с помощью изолирующих шлангов 2 подводится к головкам 3 и стержням 4 обмотки статора генератора. Стержень обмотки сплетен из групп транспонированных проводников, причем каждая группа состоит из одного полого и трех сплошных проводников. По трубчатым проводникам циркулирует дистиллированная вода, которая, нагреваясь, поступает в сливной кольцевой коллектор 5, откуда по патрубку Б выходит во внешнюю систему.

Для охлаждения обмотки ротора холодная вода по патрубку В подводится через скользящее уплотняющее соединение в торце вала ротора 6 и через центральное отверстие поступает внутрь ротора 7. Затем через отверстие 8 вода поступает в каналы 9 проводников обмотки, уложенных в пазы ротора, и, нагреваясь, поступает в сливные каналы 10 и 11, откуда через радиальные отверстия вала ротора 12 выводится во внешнюю систему через патрубок Г.

Во внешней системе нагретая дистиллированная вода проходит через трубки теплообменника и охлажденная при помощи насосов вновь подается к обмоткам статора и ротора (со стороны возбудителя).

Внутри генератора циркуляцию водорода обеспечивают осевые вентиляторы 13, установленные по концам вала ротора. Холодный водород при этом прогоняется вентиляторами в зазор 14 и оттуда поступает в систему радиальных каналов 16 сердечника статора 15. Нагревшись, водород поступает в газовые охладители 17 и из них вновь к вентиляторам 13.

В результате высокоэффективной системы охлаждения турбогенератор ТГВ-500 имеет размеры и массу даже несколько меньшие, чем ТГВ-300. Водяное охлаждение обмоток ротора и статора находит применение в капсульных гидрогенераторах типа СГКВ.

В СССР выпускалась серия турбогенераторов ТВМ, которые имели комбинированную систему охлаждения; ротор охлаждается водой, а статор (обмотка, активная сталь и конструктивные элементы) — кабельным маслом. В турбогенераторе ТВМ применена для изоляции обмоток статора сравнительно дешевая и надежная бумажно-масляная изоляция кабельного типа. Это позволило сократить расходы на изоляцию обмоток генератора, например, ТВМ-300 в 4 раза по сравнению с расходами на изоляцию обмоток генераторов ТВВ и ТГВ такой же мощности.

Бумажно-масляная изоляция позволяет применять более высокие номинальные напряжения для генераторов без значительного увеличения затрат. Так, например, генератор ТВМ-500 спроектирован на напряжение 36, 75 кВ, в то время как обычно для генераторов такой мощности применяется напряжение 20 кВ. Увеличение номинального напряжения позволило уменьшить ток статора почти в 2 раза и облегчить токоведущие части.

Применение масляного охлаждения статоров гидрогенераторов дало возможность увеличить напряжение обмотки до 110 кВ (генератор 15 MBА Сходненской ГЭС), что позволяет включать генератор в сеть без промежуточной трансформации.

Рис.9. Принципиальная схема циркуляции масла в турбогенераторе типа ТВМ
1 — корпус генератора, 2 — сердечник статора,
3 — нажимные плиты сердечника, 4 — обмотка статора,
5 — изоляционный цилиндр, 6 — ротор,
7 — масляный насос, 8 — маслоохладитель;
9 — магистрали охлаждающей воды

Рис.10. Разрез паза генератора типа ТВМ
1 — клин обмотки статора;
2 — изоляционная теплостойкая бумага;
3 — элементарные проводники обмотки статора;
4 — канал охлаждающего масла

Принципиальная схема циркуляции охлаждающего масла для генератора типа ТВМ представлена на рис.9, а на рис.10 показан разрез по пазу статора такого генератора.

Принудительная циркуляция масла внутри аксиальных каналов в обмотке и стали статора обеспечивает достаточно интенсивный отвод тепла.

Пространство, в котором вращается ротор генератора, отделяется от статора, заполненного маслом, изоляционным цилиндром.

Сравнительная эффективность различных способов охлаждения генераторов может быть показана путем сопоставления мощностей при одних и тех же габаритах генератора (табл.1).

Таблица 1

Эффективность различных систем охлаждения

В табл.1 показана эффективность использования воды для охлаждения активных элементов генератора. В полной мере эти преимущества реализованы в генераторах ТЗВ-800-2. В них водой охлаждаются не только обмотки, но и сталь статора и его конструкционные элементы. Здесь исчезает необходимость использования охлаждающего газа — водорода. Во избежание образования химически активного озона корпус генератора должен быть заполнен нейтральным азотом. Однако эксплуатация головных генераторов на воздухе показала достаточную надежность работы и в этом случае.

Дальнейшим шагом в направлении развития систем охлаждения является разработка криогенных генераторов с охлаждением жидким гелием. Естественно, что в первую очередь речь идет об охлаждении обмотки возбуждения (обмотки ротора), которая имеет наибольшие электромагнитные нагрузки. В настоящее время разрабатывается рабочий проект криогенератора мощностью 300 МВт. Характерно, что общая его масса не превышает 150 т, а серийного ТВВ-320-2 — 305 т.

В процессе эксплуатации ведется непрерывный контроль за нагревом активных частей генераторов. Температура обмотки и стали статора контролируется с помощью температурных датчиков, в качестве которых используются термосопротивления. Они закладываются заводом-изготовителем на дно паза (для измерения температуры стали) и между стержнями (для измерения температуры меди) в местах предполагаемого наибольшего нагрева машины. Температура измеряется с помощью указывающих и регистрирующих приборов.

Температуру обмотки ротора измеряют косвенно — по изменению омического сопротивления обмотки при нагреве (с помощью амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключаемого непосредственно к кольцам ротора).

Источник