СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТИПЫГИДРОГЕНЕРАТОРОВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ
1.1 Основныеисполнения гидрогенераторов
1.2 Основныезависимости между размерами и параметрами
2. ОРГАНИЗАЦИЯТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
2.1 Системапланово-предупредительного ремонта, планирование подготовка и проведениетехнического
обслуживания и ремонта
2.2 Номенклатураи объем типовых работ
при капитальном ремонте
3. РАЗБОРКАИ СБОРКА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
4. РЕЖИМЫРАБОТЫ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
4.1 Общиеположения
4.2 Изменениенапряжения
4.3 Изменениечастоты
4.4 Изменениекоэффициента мощности
4.5 Изменениетемпературы воды и воздуха
4.6 Несимметричнаянагрузка
ВВЕДЕНИЕ
Гидроэнергетиканепрерывно развивается в направлении увеличения мощности строящихся ГЭС.Построены такие энергетические гиганты, как Братская, Усть-илимская,Красноярская, Саяно-Шушенская ГЭС мощностью каждая от 4 до 6 миллионовкиловатт, и намечено строительство еще более мощных ГЭС. Этим предопределяетсяпостоянный рост единичной мощности гидрогенераторов. Уже введены в эксплуатациюагрегаты по 500-700 МВт и предстоит создание гидрогенераторов мощностью 1-1.5миллионов киловатт.
Повышение требований вотношении технико-экономических показателей, качества, надежности идолговечности гидрогенераторов вызвали необходимость совершенствованияконструкций основных узлов, методов расчета и контроля. Достижения в этихобластях сделали возможным значительно поднять общий уровеньгидрогенераторостроения. Россия занимает ведущее место в области производствагидрогенераторов, обеспечивая ими не только постоянно растущие внутренниепотребности, но и поставляя значительную часть гидрогенераторов на экспорт.
1. ТИПЫГИДРОГЕНЕРАТОРОВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ
1.1 Основные исполнениягидрогенераторов
Среди всех типовэлектрических машин гидрогенераторы занимают особое место. Это связано с тем,что будучи, как и турбогенераторы, наиболее мощными электрическими машинами, онив то же время характеризуются весьма низкими номинальными частотами вращения ипотому превосходят все другие электрические машины по значениям вращающихсямоментов, по своим радиальным размерам и габаритам, массам вращающихся частей иобщим массам машин, динамических моментам инерции, нагрузкам на подшипники,расходам охлаждающего агента.
Размерыгидрогенераторов – самых материалоемких и трудоемких электрических машин –определяют значительную длительность цикла их производства, необходимостьиспользования при этом большого числа специального измерительного инструмента,создаваемых заново для каждого нового типа машин.
Для изготовлениягидрогенераторов требуется разнообразный парк станков, в том числе и некоторыхуникальных, мощное крановое, прессовое, кузнечное и термическое оборудование,наличие развитых вспомогательных специализированных производств – литейного,сварочного, штамповочного, изоляционного и др.
Поскольку размеры имассы гидрогенераторов не позволяют транспортировать их в собранном виде до гидроэлектростанций, основные работы по сборке всех крупных узлов и машин в целом осуществляютсяпри монтаже гидрогенераторов и представляют собой, по существу, продолжениеначатого на заводе производственно-технологического процесса.
Создание и ввод в эксплуатациюгидрогенератора – одни из центральных этапов в сооружении гидроэлектростанции,строительство которой всегда является значительным событием в развитии целогоэкономического района.
Гидрогенераторыявляются типичными представителями машин мелкосерийного или единичногопроизводства, так как по условиям водотока для каждой строящейся ГЭС требуется,как правило, новый тип агрегата. Поэтому номенклатура выпускаемыхгидрогенераторов постоянно обновляется, что позволяет с учетом накапливаемогоопыта и достижений в смежных областях техники совершенствовать конструкциигидрогенераторов быстрее, чем других крупных электрических машин.
Все это вместе взятоеделает гидрогенераторостроение в известной мере престижной отраслью крупногоэлектромашиностроения, об уровне которого в целом судят по достижениям вобласти производства гидрогенераторов.
Несмотря наразнообразие конструкций гидрогенераторов, до настоящего времени отсутствует ихклассификация, что связано с трудностями выделения важнейших признаков, определяющихосновные исполнения. Обычно в качестве таких признаков указывает число ирасположение подшипников относительно ротора, а также системы охлаждения ивозбуждения.
Одним из главныхфакторов, определяющих конструкцию гидрогенератора, является, безусловно,положение оси его валопровода. По этому признаку все гидрогенераторы могут бытьразбиты на две группы: вертикальные и горизонтальные.
Подавляющее большинствогидрогенераторов выполняется с вертикальным валом, что обусловлено спецификойпривода – гидравлической турбины, нерентабельностью, а во многих случаях иневозможностью создания гидрогенераторов больших размеров в горизонтальномисполнении по условиям обеспечения необходимых жесткостей статора и ротора, атакже выполнения подшипников соответствующей грузоподъемности. Сборка,эксплуатация и ремонт крупных вертикальных машин осуществляются значительнолегче, чем горизонтальных. Однако вертикальное положение валопровода приводит кпоявлению в конструкции гидрогенератора опорных элементов – подпятника и вомногих случаях опорной крестовины, которые должны быть рассчитаны на восприятиеусилий от массы вращающихся частей генератора и турбины, а также от реакцийводы на ее рабочее колесо.
В свою очередь,вертикальные гидрогенераторы подразделяются на два основных типа: зонтичный, срасположением подпятника под роторам на нижней крестовине или на подставке, накрышке турбины, и подвеской, с подпятником, устанавливаемым над ротором, наверхней крестовине. Не существует четкой границы между областями примененияэтих двух исполнений вертикальных гидрогенераторов, во многих случаях оба могутбыть использованы. Для генераторов с низкими и средними частотами вращения (до150 об/мин) характерно в основном зонтичное исполнение, хотя имеются примерыего реализации при значительно более высоких частотах вращения, и отмечаетсяпостепенный переход к зонтичному исполнению все более быстроходных машин.Последние изготовляются, как правило, подвесного типа.
В зарубежной практикеиногда различают зонтичное и полузонтичное исполнения, понимания при этом подпервым выполнение ротора в виде усеченного конуса благодаря изогнутой.
Горизонтальноеисполнение до недавнего времени применялось в основном для быстроходныхгидрогенераторов, спариваемых, как правило, с одной или двумя (по обе стороныагрегата) ковшевыми турбинами. Горизонтальные гидрогенераторы при достаточновысоких частотах вращения оказываются более компактными и легкими по сравнениюс вертикальными.
К горизонтальномурасположению вала прибегали также при создании некоторых типов небольшихпрямоточных и приплотинных установок, не получивших, однако, сколько-нибудьсущественного распространения и не имеющих большого энергетического значения.Вместе с тем развитие работ по прямоточным машинам привело к созданию нового типаэнергетического оборудования – капсульного гидроагрегата, состоящего изкапсульного гидрогенератора и поворотно-лопастной турбины, совмещенных в одномкорпусе и расположенных под водой.
Такие агрегаты нашлиширокое применение для низконапорных русловых, а также приливных ГЭС. Онихарактеризуются относительно небольшими частотами вращения и искусственноуменьшенными у генераторов радиальными размерами, что достигаетсяиспользованием более эффективных, принудительных систем охлаждения. Единичнаямощность капсульных гидроагрегатов не превышает 50МВт, однако при необходимостиона может быть значительно повышена.
Обоим известнымисполнениям вертикальных гидрогенераторов соответствуют свои модификациикапсульных машин: подвесному – конструктивная схема с размещением подпятника иконтрподпятника между турбиной и генератором, зонтичному – компоновка срасположением подпятника и контрподпятника со стороны, противоположной турбине.
Известны также весьмаредкие установки небольших гидроагрегатов с наклонной осью.
Наряду с положением осивращения в качестве другого классификационного признака для гидрогенераторовможет быть предложена и их функциональная роль в энергосистеме. В этом планевсе гидрогенераторы делятся на две группы: генераторы обычного исполнения,предназначенные в основном для выработки в сеть электрической энергии, иобратимые машины, в различное время работающие в генераторном (турбинном) илидвигательном (насосном) режиме.
Оснащенные обратимымигидроагрегатами гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), называемые иногдатакже насосно-аккумулирующим (НАЭС), служат для покрытия пиков нагрузкиэнергосистем либо переводятся в режим потребления активной мощности,выравнивания общий график нагрузки системы и перекачивая при этом воду изнижнего бассейна в верхний.
Обратимые гидроагрегатыв зависимости от того, совмещают или нет входящие в них единицы оборудованияразличные функции, могут быть четырехмашиными, трехмашиными и двухмашинными.Последние (турбина – насос и генератор – двигатель), как наиболее компактные,дешевые и простые в обслуживании, обычно предпочтительнее и с освоениемобратимых машин нашли самое широкое применение.
Обратимыегидрогенераторы могут быть вертикальными и горизонтальными, зонтичными иподвесными. Особенности капсульных генераторов изложены ниже.
Заслуживает бытьотмеченным отдельно, несмотря на пока единичный пример осуществления (ИовскаяГЭС), асинхронизированный тип гидрогенератора (АС-генератор), позволяющий вотличие от обычных синхронных машин при вращении агрегата с различными скольжениямиотносительно синхронной скорости обеспечивать постоянную и номинальную частотусети. Достигается это созданием бегущего относительно ротора с частотойскольжения магнитного поля возбуждения.
От обычных машинАС-гидрогенераторы Иовской ГЭС отличаются конструкцией ротора, выполненногонеявнополюсным и снабженного двумя распределнными обмотками, сдвинутымиотносительно друг друга на 90 электрических градусов. Быстродействующая системарегулирования тока возбуждения в каждой из обмоток по определенным закономавтоматически обеспечивает равенство частоты вращения поля ротора относительносамого ротора (с учетом ее направления) разности синхронной частоты и частотывращения ротора.
По сравнению с обычнымимашинами, имеющими те же номинальные данные, АС – генераторы характеризуютсянесколько большими размерами и стоимостью, меньшим КПД и затрудненнымиусловиями обслуживания, так как требуют для замены стержней любой обмотки выемаротора или подъема статора, но обладают и значительными преимуществами в отношенииустойчивости их работы в сети. Асинхронизированные генераторы могут найтиприменение в системах, где требуется особо высокая точность поддержаниячастоты.
На выбор основныхразмеров гидрогенераторов влияет большое число факторов: требования к параметрами режимам работы, условия охлаждения, размещения и компоновки генератора,характеристики используемых материалов и т.д. Но наиболее важными,определяющими ограничениями при проектировании каждого нового типагидрогенератора являются следующие:
1. Уровеньнагрева активных частей, и в первую очередь обмотки статора, являющейся, какправило, лимитирующей в тепловом отношении, не должен превышать допустимыхзначений. При системе косвенного воздушного охлаждения это требованиепрактически сводится к тому, что градиент перепада температуры в изоляцииобмотки статора должен находиться в известных пределах, определяемыххарактеристиками самой изоляции.
В отдельных случаях приповышенных требованиях в отношении значения синхронного индуктивногосопротивления по продольной оси, а также в ряде мощных быстроходныхгидрогенераторов лимитирующей в тепловом отношении может оказаться обмоткавозбуждения.
2. Гидрогенератордолжен быть рассчитан на заданную угонную частоту вращения />(/>– коэффициент угона). При этом средние механические напряжения во всехэлементах ротора, в том числе и в его обычно наиболее напряженном узле-ободе,не должен превосходить предела текучести материалов (принимаемый запассоставляет, как правило, не менее 10-20%), а упругая радиальная деформация недолжна достигать определенной доли размера воздушного зазора.
3. Поусловиям статической и динамической устойчивости работы генераторов на линиюэлектропередачи их основные индуктивные сопротивления – синхронное /> ипереходное /> -не должны превышатьзаданных значений. Величина /> определяется взначительной мере линейной нагрузкой статора А и поэтому оказывает большоевлияние на размеры машин. Синхронное индуктивное сопротивление, будучи функциейразмера воздушного зазора, влияет на требуемую мощность возбуждения и нагревобмотки ротора и потому также может сказываться на выборе основных размеровгидрогенератора.
4. Поусловиям регулирования гидравлической турбины, прочности напорного турбопроводаи ограничения максимального повышения частоты вращения при сбросах нагрузкидинамический момент инерции гидрогенератора /> должен быть не менееопределенного значения. Одной из задач конструктора является достижениепоследнего соответствующим выбором размеров генератора без искусственногоутяжеления ротора.
1.2 Основные зависимости между размерами и параметрами
Постоянные /> и/> полученыиз условий постоянства перепада температуры в изоляции обмотки статора ипропорциональности индуктивного сопротивления пазового рассеяния обмоткипереходному индуктивному сопротивлению.
В отличие от постояннойАрнольда или коэффициента Эссона, изменяющихся в широком диапазоне в функцииосновных данных машины 9мощность и частота вращения), постоянные /> и /> независят не только от них, но и от переходного индуктивного сопртивления и типаизоляции обмотки статора.
“Естественный”динамический момент инерции, достигаемый без искусственного утяжеления ободаротора, в килограммах-метрах в квадрате может быть рассчитан по следующейэмпирической зависимости:
/>
Анализ взаимосвязейуровня механических напряжений в ободе ротора и значения махового момента вфункции размеров машины и угонной частоты вращения позволяет получить следующиеприближенные выражения: для динамического момента инерции
/>
и механической постоянной ротора
/>
Здесь />-ширинаобода ротора, см; />-коэффициент ослабленияобода ротора (в среднем 1,6 для шихтованных роторов); б-среднее механическоенапряжение в ободе ротора при угоне, МПа; />-высота сердечникаполюса с полюсными башмаком см; />-коэффициент Эссона,кВ·А/ (/>·об/мин).
Одним из важнейшихразмеров электрических машин является размер воздушного зазора, который вконечном итоге определяет синхронное индуктивное сопротивление и статическуюперегружаемость генераторов, мощность возбуждения и плотность потерь наповерхности полюса ротора.
В крупных быстроходныхгидрогенераторах, когда по режимным условиям требуется пониженное значениесинхронного индуктивного сопротивления, необходимо электромагнитноеиспользование машин для сохранения МДС ротора /> в допустимыхпределах, определяемых возможностями охлаждения обмотки возбуждения.
МДС ротора на паруполюсов может быть с некоторым приближением рассчитана по формуле
/>
Если плотность тока вобмотке возбуждения не обеспечивает требуемого уровня ее температуры,необходимо либо снизить МДС ротора, либо изыскать возможности по размещению наполюсах дополнительного объема меди обмотки, либо перейти на более эффективнуюсистему охлаждения ротора.
Размер воздушногозазора существенно влияет и на ряд других характеристик генераторов: назначения торцевых магнитных потоков и вызываемых ими потерь в крайних пакетахсердечников и нажимных плитах статора, на значение и распределение потерь наповерхности полюсов ротора. Таким образом, тепловое состояние генератора вцелом и уровень местных нагревов в значительной мере определяются размеромвоздушного зазора.
Кроме того, областидопустимых режимов работы генераторов (по условиям устойчивости, принедовозбуждении, при зарядке линии электропередачи) определяются также размеромвоздушного зазора.
2. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТАГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
2.1 Системапланово-предупредительного ремонта, планирование подготовка и проведениетехнического обслуживания и ремонта
НаГЭС в соответствии с [1, 2] проводится комплекс работ попланово-предупредительному ремонту (ППР) оборудования, в том числе и гидрогене-раторов. Этот комплекс включает планирование,подготовку и проведение технического обслуживания и ремонта (ТОНР) с заданнойпоследовательностью и периодичностью, направленных на обеспечение надежнойэксплуатации и дове-дениетехнико-экономических показателей гидрогенераторов до уровня утверж-денных нормативных характеристик, Система ППРбазируется на изучении и анализе ресурса деталей и сборочных единицгидрогенераторов с определением на этой основе технически и экономическиобоснованных норм и нормативов их использования. Составными частями ППРоборудования ГЭС являются его техническое обслуживание, капитальный и текущийремонты.
Притехническом обслуживании гидрогенераторов выполняется комплекс работ (операций)по поддержанию работоспособности или исправности гидро-генераторов в период их эксплуатации и нахождения в резерве
Прикапитальном ремонте проводятся полная или частичная разборка гид-рогенератора, осмотр, измерения, устранениеобнаруженных дефектов, восста-новление изамена изношенных деталей и составных частей, выполнение пла-новых мероприятий по модернизации и реконструкции,обеспечивающих повы-шение надежности,экономичности, ремонтопригодности и мощности гидрогенератора, сборку, наладку ииспытания до и после ремонта, а также при сдаче гидрогенератора в эксплуатацию.
Врезультате капитального ремонта должна быть обеспечена надежная эксплуатациягидрогенератора в пределах установленного срока эксплуатации до следующегопланового капитального ремонта с технико-экономическими пока-зателями, соответствующими или 61Н3КНМН кутвержденным нормативным характеристикам.
Притекущем ремонте проводят технический осмотр и очистку деталей и сборочныхединиц, замену или восстановление быстроизнашивающихся деталей, а такжеустранение дефектов, возникших в процессе эксплуатации В ходе текущего ремонта,предшествующего капитальному, максимально выявляется и уточняется объем работ,подлежащих выполнению в период последующего капитального ремонта. Текущиеремонты гидрогенераторов проводятся еже-годно.
Нормыпростоя и периодичность капитальных ремонтов гидроагрегатов, в том числе игидрогенераторов, приведены в табл. 1.1, в которой приведена такжепродолжительность капитальных ремонтов гидроагрегатов в зависимости от диаметрарабочего колеса турбин и их типов, так как объем их типового ремонтапреобладает.
/>
Техническоеобслуживание (ТО) гидрогенераторов и их вспомогательного оборудованииосуществляется ремонтным персоналом ГЭС и должно обеспечивать установленную(нормативную) периодичность ремонта, сокращение пла-новыхостановив гидрогенераторов и сохранение экономичности и надежностииспользования оборудования. Техническое обслуживание включает проведениеосмотров оборудования по установленному графику для проверки состояния ивыявления отклонений от нормы. Сроки и объем регулярно выполняемых работ по ТОи осмотру работающего и остановленного в резерв оборудования устанавливаютсяруководством ГЭС, Сведения о выявленных дефектах записываются в ремонтныйжурнал.
Капитальныеи текущие ремонты, а также ТО гидрогенераторов проводятся, как правила,ремонтным персоналом ГЭС. При планировании работ по модернизации иреконструкции дополнительно привлекается персонал ремонтных предприятийэнергосистем и (или) специализированных ремонтных и монтажных организаций.
Модернизацияи реконструкция гидрогенераторов, а также работы, опре-деляемые директивными указаниями. направленными на повышениенадежности и экономичности, увеличение мощности и длительности непрерывнойработы оборудования, его ремонтопригодности, работы по замене деталей и сбороч-ных единиц, отработавших расчетный ресурс илидостигших предельного со-стояния, и другие,как правило, совмещаются с проведением капитального ре-монта.
Условияучастия ремонтных и других подрядных организаций в ремонтных работахопределяются договорами, заключаемыми ГЭС и подрядными организациями, иположением о взаимоотношениях между энергопредприятиями и подряднымиорганизациями при ремонте оборудования. Техническое обслуживание и ремонтгидрогенераторов должны выполняться по разработанной и утвержденной вустановленном порядке ремонтно-конструкторской и (или) нор-мативно-технической н технологическойдокументации.
Планированиекапитальных и текущих ремонтов гидроагрегатов, в том числе и гидрогенераторовГЭС, осуществляется путем составления перспективных, годовых и месячных планов.Годовые и месячные планы ГЭС составляются соответственно до 1 марта года и до10 числа каждого месяца, предшествующих планируемым ремонтам. При планированииремонтов определяются их периодичность, плановая продолжительность простоя времонте в соответ-ствии с нормами,приведенными в табл. 1.1, а также фактическое состояние гидроагрегатов,трудовые, материальные затраты и стоимость ремонта.
Дляобеспечения подготовки персонала ГЭС и ремонтного (монтажного) предприятия к проведениюремонта согласование номенклатуры и объема ремонтных работ проводится непозднее следующих сроков: ГЭС выдает ре-монтномупредприятию или другому подрядчику для согласования укрупнен-ный объем ремонтных работ, включая модернизацию,па всем гидрогенераторам до 15 июля, а уточненный перечень рабат — до 1 декабрягода, предшеству-ющего году проведенияремонта; уточненный объем работ и утвержденную ведомость работ — за 2 мес. доначала ремонта.
2.2 Номенклатураи объем типовых работ при капитальном ремонте
Основойдля планирования ремонтов гидрогенераторов являются установленные [21 нормыпродолжительности простоя гидроагрегатов (в том числе гидрогенераторов) времонте и нормативы продолжительности эксплуатации гидроагрегатов междукапитальными ремонтами.
Другойсоставляющей продолжительности простоя гидрогенераторов в капитальном ремонтеявляется время, необходимое для выполнения сверхтиповых работ, если они немогут быть произведены в нормативную продолжительность ремонта гидроагрегата идополнительные работы лежат на критическом пути сетевого графика, работы,находящиеся на критическом пути и определяющие продолжительность простоя,организуются в две-три смены.
3. РАЗБОРКАИ СБОРКА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
Объемразборки гидрогенератора зависит от вида ремонта и может изменяться в широкихпределах. Наиболее полная разборка генератора, обеспечи-вающая возможность осмотра и проверки основных деталей исборочных еди-ниц, выполняется прикапитальном ремонте. Проектом организации работ пред-усматриваютсяподготовка рабочего места, оснастки, оборудования, инструмента, материалов,энергоразводок, освещения; ознакомление с конструкторской и технологическойдокументацией; проведение инструктажей по организации работ, техникебезопасности и противопожарной безопасности. Последовательность разборкигенератора зависит от его конструкции и указывается в заводских инструкциях намонтаж и технологической документации, разработанной для конкретного видаремонта. При капитальном ремонте разборке подлежат перекрытия, лестницы, узлы идетали систем возбуждения, регулирования, охлаждения, трубопроводы, болтовыеконтактные соединения, кабельные и шин-ныетокоподводы систем возбуждения, измерения, регулирования, освещения, а такжеподшипники, подпятники.
Передразборкой конкретных деталей, сборочных единиц, электрических контактов,трубопроводов выполняется их маркировка. Маркировка съемных деталей наноситсякраской и должна однозначно определять либо порядковый номер детали, либо ееположение относительно базовой. Маркировка электрических контактов выполняетсябирками, цифры на которых определяют взаимную принадлежность соответствующихпар. Маркировка фланцев трубопроводов выполняется на нерабочей части труб илифланцев, Одинаковым по форме съемным деталям при маркировке присваиваетсяпорядковый номер от выбран-ной точки отсчетаотносительно поперечной или продольной осей машинного зала ГЭС.
Впроцессе разборки (сборки) генератора производится измерение зазоров междубазовыми и съемными (или вращающимися) деталями и их относительных положений.Зазоры измеряются пластинчатыми или клиновыми щупами, относительные положениямасштабной линейкой, угольником, штангенциркулем, индикаторами. Линии валовпроверяются индикаторами часового типа, за-крепленнымина магнитных или иных подставках при поворотах ротора. Результаты измеренийзаносятся в формуляры. По результатам измерений оценивается состояние сборочныхединиц и определяется необходимость выполнения тех или иных ремонтных операций.
Вобъеме капитального ремонта генератора измерение зазоров производится дляследующих сборочных единиц и деталей между полюсами роторов и сердечникамистаторов главного генератора, вспомогательного генератора, углов измерительногогенератора, между полюсами магнитной системы и якорями возбудителей и регуляторногогенератора, в подшипниках (рис. З.1), между полюсами ротора и статором припроверке формы ротора и статора, в стыках секторов сердечника статора призамене прокладки, между фундаментными плитами и фланцем корпуса статора приисправлении положения статора. Проверка относительных положений и установочныхразмеров производится для следующих деталей и сборочных единиц: щеткодержателейотносительно якоря возбудителя и контактных колец в осевом и радиальномнаправлениях, воздухоразделяющих щитов относительно лопаток вентиляторов (рис.3.2), полюсов роторов относительно сердечников статоров главного ивспомогательного генераторов, полю-совотносительно якоря возбудителя, полюсов относительно обода ротора глав-ное о генератора, пакетов сердечника статора состороны спинки для определения волны и деформации пакетов в стыках (рис. 3.3),относительное перемещение шеек и фланцев валов при центровке, нажимных пальцевгребенок относительно зубцов статора (рис. З.1), внутренней расточки остовакрестовины относительно оси вала и основании относительно горизонтальнойплоскости, крестовины относительно распорных домкратов (рис. 3.5).
Строповкаосновных деталей при разборке генератора производится с использованием штатныхи съемных грузозахватных приспособлений (траверс, рым-болтов, восьмерок, серег,рымов) соответствующей грузоподъемности. Схемы строповки указываются вмонтажной документации и технологических инструкциях. Правила строповки,размещение стропов на крюке крана, требо-ванияк стропам, угол между ветвями стропов, требования к съемным грузозахватнымприспособлениям, подъем и перемещение деталей, размещение и скла-дирование деталей определяются проектоморганизации работ и должны обеспечивать безопасность разборки и целостностьразбираемых деталей генератора.
/>
/>
/>
/>
4.РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
4.1 Общие положения
В процессе эксплуатациигидрогенераторов неизбежны отклонения от номинальных условий их работы: понапряжению, частоте, току статора, коэффициенту мощности, температуреохлаждающего агента и др. Кроме того, в условиях эксплуатации имеют местопереходные и аварийные режимы работы различной длительности .
Чтобы отклонения отноминальных условий работы и возможные анормальные режимы не приводили к выходуиз строя преждевременному износу гидрогенераторов, необходимо учитывать их ужепри проектировании, а в эксплуатации не превышать допустимых пределов.Необходимо также учитывать и такие процессы, как пуск, синхронизация, останов,режимы, и особые условия работы подпятника, систем возбуждения и охлаждения,других вспомогательных систем.
Установившиеся нормыдопустимых отклонений от номинальных режимов являются исходными данными дляпроектирования гидрогенераторов, выбора релейных защит, а также для действийэксплуатационного персонала гидроэлектростанций.
Ниже приводятся ианализируются эти нормы, а также излагаются некоторые методы расчетов поопределению областей допустимых режимов работы гидрогенераторов.
4.2 Изменение напряжения
Обычно гидрогенераторырассчитывают так, чтобы при изменении напряжения на выводах обмотки статора впределах 5% номинального они могли длительно развивать номинальную мощность приноминальных значениях частоты и коэффициента мощности. Это достигается тем, чтоиндукции в различных участках магнитопровода машины и плотности тока в обмоткахвыбираются с учетом возможного их повышения в указанных пределах.
Со снижением напряженияповышение нагрева от потерь в меди обмотки статора вследствие увеличения в нейтока компенсируется снижением нагрева из-за уменьшения потерь в сердечникестатора. При уменьшении напряжения ниже 95% номинального увеличения токастатора свыше 105% номинального обычно не допускается, даже если при этомтемпература обмотки статора остается ниже предельно допустимого значения. Этообъясняется тем, что в машинах с косвенным воздушным охлаждением перепадтемпературы в изоляции обмотки статора пропорционален квадрату тока ичрезмерное увеличение градиента этого перепада может привести к необратимымотносительным смещениям слоев корпусной изоляции с изоляцией элементарныхпроводников стержней и в результате к снижению срока службы изоляции.
Гидрогенераторы обычнорассчитываются также из условия их длительной работы при повышении напряжениядо 110% номинального включительно. Однако ввиду увеличения потерь в стали,вызываемых ими местных нагревов, а также роста тока и нагрева обмотки возбуждениясохранить при этом номинальную мощность не удается. Обычно при повышениинапряжения свыше 105% номинального кажущаяся мощность гидрогенератора снижаетсяпримерно на 2% с каждым процентом повышения. Работа при напряжении более 110%номинального не допускается. Сказанное выше иллюстрируется в таблице 4-1.
В некоторых случаях припроектировании гидрогенераторов могут быть иные требования по отклонениямнапряжения от номинального значения: большой диапазон изменений напряжения, втом числе и с сохранением номинальной мощности, возможность работы сноминальной или весьма близкой к ней мощностью при достаточно большом снижениинапряжения и т.д. Эти требования обуславливаются специфически условиямиэнергосистем в различных районах, не имеющих, порой, необходимых резервовмощности и обладающих слабыми связями с другими энергосистемами. В этих случаяхтребуются внесение коррективов в выбор электромагнитных нагрузок активной зоныгидрогенераторов и расчет сердечников и обмоток статора и ротора на экстремальныедлительные значения токов и напряжений.
/>
В тех случаях, когдатребуется предусмотреть продолжительную работу гидрогенератора с напряжениемвыше 110% номинального, необходимо соответственно увеличить толщину корпуснойизоляции обмотки статора против нормативного значения, выбранного из условийдлительной работы с напряжением до 110% и кратковременных эпизодическихповышений напряжения до 150% номинального.
4.3 Изменение частоты
Гидрогенераторы как ибольшинство других типов электрических машин, рассчитываются, как правило, изусловия их работы с номинальной мощностью при изменении частоты в пределах±2,5% номинальной. Однако при уменьшении частоты относительно номинальнойповышение напряжения сверх номинального не допускается. Это обусловлено тем,что для поддержания постоянного значения напряжения при снижении частотыприходится увеличивать магнитный поток, а также ток ротора. Если при этом иповысить напряжение, т.е. еще более увеличить рабочий магнитный поток в машине,то нагревы сердечника и обмотки статора и температура обмотки ротора могутпревысить допустимые пределы.
В отдельных случаяхмогут быть также ограничения при работе гидрогенератора с повышенной противноминальной частоты и одновременно с большим напряжением. При повышении частотынесколько увеличиваются добавочные потери в проводниках обмотки статора и наповерхности полюсных наконечников: потери в сердечнике статора изменяютсянезначительно: они несколько возрастают из-за увеличения частоты, ноодновременно снижаются благодаря уменьшению магнитного потока. В результатеобщий нагрев обмотки статора не выходит из допустимых пределов. Однако приповышении и напряжения из-за роста потерь в стали сердечника статора внапряженных в тепловом отношении гидрогенераторах может возрасти температураобмотки статора выше допустимой. По этой причине для отдельных типовгидрогенераторов не допускается работа при повышенной частоте с одновременноувеличенным напряжением по сравнению с номинальным.
4.4 Изменение коэффициента мощности
Работа гидрогенераторапри коэффициенте мощности выше номинального допускается с сохранениемноминальной полной мощности. Таким образом, при /> гидрогенератор можетнести активную нагрузку, равную его полной мощности. При этом вращающий моментна валу генератора больше номинального, что всегда учитывается припроектировании.
При понижении /> посравнению с номинальным и перевозбуждении полную мощность сохранить не удается,так как ток ротора выше номинального. Исключение составляют те случаи, когдаобмотка возбуждения и возбудитель имеют достаточные запасы по нагреву.
При работегидрогенераторов с пониженным /> и недовозбуждении(емкостная и смешанная активно-емкостная нагрузка) допустимая реактивнаямощность ограничивается нагревом крайних пакетов сердечника статора, а такжеусловиями устойчивой работы линии электропередачи.
На практике наиболееудобно определять область допустимых нагрузок гидрогенераторов, включая иработу при недовозбуждении, с помощью графического метода.
4.5 Изменение температуры воды и воздуха
При номинальноймощности гидрогенератора температура входящего охлаждающего воздухапредусматривается в отечественной практике не выше 35ºС при замкнутомцикле вентиляции и не выше 40ºС при разомкнутом цикле вентиляции.Воздухоохладители обеспечивают охлаждение поступающего в генератор воздуха вовсех длительных эксплуатационных режимах, включая номинальный, до 35ºС притемпературе поступающей технической воды не выше 28ºС.
В отдельных случаях,при установке в районах с жарким тропическим климатом, гидрогенераторырассчитываются для условий работы при более высокой температуре входящеговоздуха (например 40 или 45ºС), которая превышает температуру поступающейв воздухоохладители воды обычно на 10ºС и минимум на 7ºС. Наоборот,при установке в районах холодного климата разница в температуре воды и воздухапринимается, с целью экономии расхода технической воды на гидроэлектростанции,большей и достигает 15ºС и более.
В зимнее время годаснижение температуры охлаждающей воды позволяет уменьшить температуру воздуха,что, в свою очередь, дает возможность повысить в известных пределах мощностьгидрогенератора, сохраняя температуру его обмоток неизменной. Однако увеличениемощности ограничивается и в этом случае перепадом температуры в изоляцииобмотки статора.
Расчетами и опытомэксплуатации установлены следующие нормы повышения мощности при снижениитемпературы воздуха с 35 до 30ºС допустимо увеличение мощности на 0,75% накаждый градус понижения температуры воздуха. При дальнейшем понижениитемпературы охлаждающего воздуха против ее номинального значения на 10ºС иболее общее повышение мощности гидрогенераторов достигает 5%.
Работа гидрогенераторапри температуре входящего воздуха ниже +15ºС не рекомендуется, а ниже +10ºСне допускается, так как это грозит опасностью нарушения изоляции обмоткистатора.
В зимнее время года неследует также переохлаждать воздухоохладители во избежание конденсации на нихвлаги (“отпотевания”). По этой причине обычно осуществляется сезонноерегулирование расхода охлаждающей воды через воздухоохладители и уменьшаетсярасход воды в зимний период.
4.6 Несимметричная нагрузка
В практике эксплуатациигидрогенераторов возможны более или менее продолжительные режимы работы, когдафазные токи образуют несимметричную систему, т.е. имеют неодинаковую амплитудуи различный фазовый сдвиг относительно напряжения. В общем случае фазныенапряжения также могут представлять собой несимметричную систему. Если иметь ввиду внешнюю несимметрию, то она может возникнуть, например, при несимметричнойнагрузки или при обрыве одной из фаз линии.
/>