Основные данные генераторов
Длительно допустимый режим работы
электрической машины называется
номинальным и характеризуется номинальными
параметрами. К ним относятся:
– Uном – номинальное напряжение,
кВ – линейное (междуфазное) напряжение
обмотки статора в номинальном режиме;
– Iном – номинальный ток, А – то
значение тока, при котором допускается
длительная работа генератора при
номинальных параметрах охлаждения
(температура, давление, расход охлаждающей
среды) и номинальных значениях мощности
и напряжения;
– Sном – номинальная полная мощность,
МВ∙А: 𝑆ном
= √3𝑈ном𝐼ном;
– 𝑃ном –
номинальная активная мощность, МВт:
𝑃ном = 𝑆ном
𝑐𝑜𝑠 𝜑ном;
– 𝑄ном –
номинальная реактивная мощность, Мвар:
𝑄ном = 𝑆ном
𝑠𝑖𝑛 𝜑ном;
– cos𝜑ном –
номинальный коэффициент мощности.
Номинальные напряжения генераторов
приняты на 5-10% выше номинальных напряжений
соответствующих сетей, так учитывают
потери напряжения при протекании тока
по линиям. Согласно ГОСТ 533-2000 установлена
шкала номинальных напряжений трёхфазных
синхронных турбогенераторов:
Для номинальной активной мощности
турбогенераторов также установлен
стандартный рекомендуемый ряд:
Шкала номинальных мощностей гидрогенераторов
не стандартизирована.
Номинальный коэффициент мощности принят
равным:
К параметрам индуктивных сопротивлений
и постоянных времени генератора
относятся:
– 𝑥𝑑
– синхронное индуктивное сопротивление
по продольной оси,
– 𝑥𝑑′
– переходное индуктивное сопротивление
по продольной оси,
– 𝑥𝑑′′
– сверхпереходное индуктивное
сопротивление по продольной оси,
– 𝑇𝑎
– электромагнитная постоянная
времени затухания апериодической
составляющей тока статора.
Схема соединения обмотки статора, как
правило, выполняется по схеме звезды:
Одна
звезда
звезда с изолированной нейтралью; такая
обмотка имеет 6 выводов (3 фазных, 3
нулевых);
Две звезды
для генераторов мощностью более 60 МВт
обмотку статора выполняют в виде двух
параллельных ветвей, чётные и нечётные
ветви соединяют в звезды, а нейтральные
точки соединяют нулевыми проводниками;
установка трансформатора тока в
нулевой проводник позволяет выполнять
поперечную дифференциальную защиту
генератора от внутренних повреждений;
обмотка имеет 9 или 12 выводов (6 фазных,
3 или 6 нулевых).
Системы охлаждения генераторов
Во время работы генератора его обмотки
и активная сталь нагреваются, это
является одной из главных причин старения
изоляции обмоток. Чем выше температура
нагрева, тем быстрее ухудшаются физические
свойства изоляции, она высыхает,
растрескивается, теряет изоляционные
свойства (изнашивается), сокращается
срок её службы. Поэтому при эксплуатации
генератора нельзя допускать нагрева
обмоток выше допустимых температур,
для этого генераторы снабжаются системами
охлаждения.
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,
подаётся внутрь генератора и прогоняется
через немагнитный зазор и вентиляционные
каналы. Охлаждающий газ не соприкасается
с проводниками обмоток ротора и статора,
и тепло передаётся газу через изоляцию
обмоток.
При непосредственном охлаждении
охлаждающий газ или жидкость соприкасается
с проводниками обмоток, сердечником
магнитопровода. Для этого в них
предусматриваются специальные каналы
для циркуляции охлаждающего агента,
который нагнетается в эти каналы
вентиляторами или насосами.
К охлаждающим газам относятся воздух,
водород, при этом содержание водорода
должно быть не ниже 97% при косвенном
охлаждении и 98% при непосредственном.
В качестве охлаждающих жидкостей
используются дистиллированная вода,
масло.
Водород эффективнее воздуха при
охлаждении, так как имеет большую
теплоотводящую способность (в четыре
раза при давлении 0,4 МПа), но его
использование опасно, так как в
определенной пропорции в смеси с воздухом
он взрывоопасен («гремучий газ», если
воздуха в смеси значительно более 3%).
Поэтому при водородном охлаждении
корпус генератора должен иметь высокую
степень герметичности, и давление
водорода в корпусе должно превышать
атмосферное с запасом.
Вода в сравнении с маслом обладает более
высокими теплоотводящими свойствами,
но при наличии в ней растворенных
металлов становится проводящей средой,
через которую возможно замыкание
токоведущих частей на корпус. Также
проникновение воды из системы охлаждения
в изоляционные конструкции приводит к
увлажнению изоляции и замыканиям
токоведущих частей на корпус.
Системы охлаждения имеют буквенное
обозначение, приводимое в типе генератора
(таблица 3.1)
Дополнительно в обозначении генератора
могут использоваться буква П, это
означает, что генератор предназначен
для сопряжения с паровой турбиной, или
буква Г – сопряжение с газовой турбиной.
Срок службы турбогенераторов согласно
ГОСТ 533-2000 должен быть не менее 40 лет. На
электростанциях, введённых в работу в
прошлом столетии, сроки эксплуатации
генераторов могут значительно превышать
сроки службы и их необходимо заменять.
Для уменьшения затрат при модернизации
новые генераторы устанавливают на
существующие фундаменты и увеличивают
их мощность по сравнению с заменяемыми.
Пример условного обозначения: Т3В-1200-2У3
– турбогенератор с водяным охлаждением
обмоток ротора, обмоток и стали статора,
номинальная активная мощность 1200 МВт,
количество полюсов – 2, климатическое
исполнение для работы в районах с
умеренным климатом (буква У), для работы
в закрытых помещениях с естественной
вентиляцией (цифра 3).
Соседние файлы в папке Лекции+Экз
- #
- #
Технические характеристики и конструкции современных генераторов
Синхронные генераторы
Для выработки электроэнергии на электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Различают турбогенераторы (первичный двигатель – паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель – гидротурбина).
Для синхронных электрических машин в установившемся режиме работы имеется строгое соответствие между частотой вращения агрегата n, об/мин, и частотой сети f, Гц:
n = 60f/p, (1)
где р – число пар полюсов обмотки статора генератора.
Паровые и газовые турбины выпускают на большие частоты вращения (3000 и 1500 об/мин), так как при этом турбоагрегаты имеют наилучшие технико-экономические показатели. На тепловых электростанциях (ТЭС), сжигающих обычное топливо, частота вращения агрегатов, как правило, составляет 3000 об/мин, а синхронные турбогенераторы имеют два полюса. На АЭС применяют агрегаты с частотой вращения 1500 и 3000 об/мин.
Быстроходность турбогенератора определяет особенности его конструкции. Эти генераторы выполняются с горизонтальным валом. Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготовляется из цельной поковки специальной стали (хромоникелевой или хромоникельмолибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами.
Ротор выполняется неявнополюсным. Вследствие значительной частоты вращения диаметр ротора ограничивается по соображениям механической прочности 1,1-1,2 м при 3000 об/мин. Длина бочки ротора также имеет предельное значение, равное 6-6,5 м. Определяется оно из условий допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик.
Рис.1. Общий вид современного турбогенератора
1 – обмотка статора; 2 – ротор; 3,4 – соединительные муфты;
5 – корпус статора; 6 – сердечник статора; 7 – возбудитель;
8 – контактные кольца ротора и щетки; 9 – подшипники генератора;
10 – подшипники возбудителя
В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения (рис.1). В пазовой части обмотки закрепляются немагнитными легкими, но прочными клиньями из дюралюминия. Лобовая часть обмотки, не лежащая в пазах, предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажа. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из немагнитной высокопрочной стали. По обеим сторонам ротора на его валу устанавливаются вентиляторы (чаще всего пропеллерного типа), обеспечивающие циркуляцию охлаждающего газа в машине.
Статор турбогенератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготовляется сварным, с торцов он закрывается щитами с уплотнениями в местах стыка с другими частями (рис.1). Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набирают пакетами, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трехфазная обмотка, обычно двухслойная.
Гидравлические турбины имеют обычно относительно малую частоту вращения (60-600 об/мин). Частота вращения тем меньше, чем меньше напор воды и чем больше мощность турбины. Гидрогенераторы поэтому являются тихоходными машинами и имеют большие размеры и массы, а также большое число полюсов.
Гидрогенераторы выполняют с явнополюсными роторами и преимущественно с вертикальным расположением вала. Диаметры роторов мощных гидрогенераторов достигают 14-16 м, а диаметры статоров – 20-22 м.
Рис.2. Общий вид современного вертикального гидрогенератора
В машинах с большим диаметром ротора сердечником служит обод, собираемый на спицах, которые крепятся на втулке ротора. Полюсы, как и обод, делают наборными из стальных листов и монтируют на ободе ротора с помощью Т-образных выступов (рис.2). На полюсах помимо обмотки возбуждения размещается еще так называемая демпферная обмотка, которая образуется из медных стержней, закладываемых в пазы на полюсных наконечниках и замыкаемых с торцов ротора кольцами. Эта обмотка предназначена для успокоения колебаний ротора агрегата, которые возникают при всяком возмущении, связанном с резким изменением нагрузки генератора.
В турбогенераторах роль успокоительной обмотки выполняют массивная бочка ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуждения в пазах.
Статор гидрогенератора имеет принципиально такую же конструкцию, как и статор турбогенератора, но в отличие от последнего выполняется разъемным. Он делится по окружности на две-шесть равных частей, что значительно облегчает его транспортировку и монтаж.
В последние годы начинают находить применение так называемые капсульные гидрогенераторы, имеющие горизонтальный вал. Такие генераторы заключаются в водонепроницаемую оболочку (капсулу), которая с внешней стороны обтекается потоком воды, проходящим через турбину. Капсульные генераторы изготовляют на мощность несколько десятков мегавольт-ампер. Это сравнительно тихоходные генераторы (n = 60-150 об/мин) с явнополюсным ротором.
Среди других типов синхронных генераторов, применяемых на электростанциях, надо отметить так называемые дизель-генераторы, соединяемые с дизельным двигателем внутреннего сгорания. Это явнополюсные машины с горизонтальным валом. Дизель как поршневая машина имеет неравномерный крутящий момент, поэтому дизель-генератop снабжается маховиком или его ротор выполняется с повышенным маховым моментом.
Номинальные параметры генераторов
Завод-изготовитель предназначает генератор для определенного длительно допустимого режима работы, который называют номинальным. Этот режим работы характеризуется параметрами, которые носят название номинальных данных генератора и указываются на его табличке, а также в паспорте машины.
Номинальное напряжение генератора – это линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме.
Номинальным током статора генератора называется то значение тока, при котором допускается длительная нормальная работа генератора при нормальных параметрах охлаждения (температура, давление и расход охлаждающего газа и жидкости) и номинальных значениях мощности и напряжения, указанных в паспорте генератора.
Номинальная полная мощность генератора определяется по следующей формуле, кВА:
Sном = √3UномIном (2)
Номинальная активная мощность генератора – это наибольшая активная мощность, для длительной работы с которой он предназначен в комплекте с турбиной.
Номинальная активная мощность генератора определяется следующим выражением:
Pном = Sномcosφном (3)
Номинальные мощности турбогенераторов должны соответствовать ряду мощностей согласно ГОСТ 533-85Е. Шкала номинальных мощностей крупных гидрогенераторов не стандартизирована.
Номинальный ток ротора – это наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.
Номинальный коэффициент мощности согласно ГОСТ принимается равным 0,8 для генераторов мощностью до 125 MBА, 0,85 для турбогенераторов мощностью до 588 MBА и гидрогенераторов до 360 MBА, 0,9 для более мощных машин. Для капсульных гидрогенераторов обычно cosφном ≈ 1.
Каждый генератор характеризуется также КПД при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. Для современных генераторов номинальный коэффициент полезного действия колеблется в пределах 96,3-98,8%.
Практическая работа №2
1. Тема: Расчет характеристик синхронного генератора
Параметры трехфазного синхронного генератора приведены в таблице: номинальное (линейное) напряжение на выходе U1ном при частоте тока 50 Гц, обмотка статора соединена «звездой», номинальный ток статора I1ном, КПД генератора при номинальной нагрузке ηН0М, число полюсов 2р, мощность на входе генератора P1ном,полезная мощность на выходе генератора Рном, суммарные потери в режиме номинальной нагрузки ΣРном, полная номинальная мощность на выходе Sном, коэффициент мощности нагрузки, подключенной к генератору, соsφ1ном, вращающий момент первичного двигателя при номинальной загрузке генератора М1ном. Требуется определить параметры, значения которых в таблице не указаны.
|
Параметр |
Варианты |
|||||||||
|
|
||||||||||
| Sном, кВА |
330 | |||||||||
| U1ном, кВ |
6,3 | 3,2 | 0,4 | 0,7 | 3,2 | 6,3 | 0,4 | 3,2 | ||
| ηН0М % |
||||||||||
| 2р | ||||||||||
| Рном, кВт |
667,4 | 369,5 | ||||||||
| ΣРном кВт |
||||||||||
| соsφ1ном | 0.9 | 0,85 | 0,9- | 0,92 | 0,9 | 0,92 | 0,85 | |||
| I1ном А |
72,2 | 43,1 | 64,2 | |||||||
| P1ном кВт |
717,6 | |||||||||
| М1ном, Нм |
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
Для выполнения задания используем материал учебника
Для решении задачи воспользуемся формулами:
– коэффициент мощности соsφ1ном = Рном / Sном,;
– КПД генератора ηН0М= Рном/ P1ном;
– уравнение баланса мощностей P1ном= Рном+ ΣРном
– ток статора в номинальном режиме I1ном= Sном/( 
U1ном)
– синхронная частота вращения n1=f160/p
– момент приводного двигателя М1ном=9,55*103 P1ном/ n1
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гомельский
государственный технический университет имени П. О. Сухого»
Кафедра
«Электроснабжение»
УСТОЙЧИВОСТЬ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СИСТЕМ
ПРАКТИКУМ
для студентов специальности 1-43 01
03
«Электроснабжение» дневной и заочной
форм обучения
1. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ В СХЕМАХ
ЗАМЕЩЕНИЯ
1.1. Синхронные генераторы
Синхронные генераторы в установившемся
режиме в схемах замещения представляются синхронной ЭДС Eq за
синхронным сопротивлением xd . Аналогично замещается синхронный
генератор без автоматической регулировки возбуждения (АРВ) и без демпферных обмоток
на роторе машины в начальный момент переходного процесса.
Сопротивление генератора в относительных единицах при приближенном
приведении определяется по формуле:
Sб
xd* = xd , о. е., (1.1)
Sном где Sном
– номинальная мощность генератора, МВА; Sб – базисная мощность,
МВА.
По формуле (1.1) определяются все сопротивления
генератора, приведенные к базисным условиям.
Синхронная ЭДС неявнополюсного генератора в простейшей системе
определяется по формуле:
Eq* = 
, о. е.,
(1.2) где Uc* – напряжение системы, о. е.;
Qc* – реактивная мощность, передаваемая
в систему, о. е.; Pc* – активная мощность, передаваемая в систему, о. е.;
xвн*
– внешнее сопротивление сети от шин генераторного напряжения до шин системы,
о. е.
Для определения Eq
явнополюсного генератора необходимо рассчитать фиктивную ЭДС EQ
и переходную ЭДС Eq′
.
Фиктивная ЭДС неявнополюсного генератора в простейшей системе
определяется по формуле:
EQ* = 
, о.
е., (1.3)
где xq* – синхронное сопротивление генератора
по поперечной оси ротора, о. е.
Переходная ЭДС неявнополюсного генератора в простейшей системе
определяется по формуле:
где xd′* – переходное сопротивление генератора
по продольной
