3.4. Система контроля и автоматики турбогенераторов

При пуске и во время эксплуатации генераторов должен быть организован контроль:

–электрических параметров статора, ротора и системы возбуждения;

–температуры обмотки и стали статора и охлаждающих сред, уплотнений вала, подшипников;

–удельного сопротивления и расхода дистиллята через обмотки и другие активные и конструктивные части;

–чистоты и давления водорода;

–давления и температуры масла в уплотнениях;

–герметичности жидкостного охлаждения;

–вибрации подшипников и контактных колец турбогенераторов. Должны непрерывно автоматически контролироваться:

–влажность газа внутри корпуса турбогенератора с полным водяным охлаждением;

–газоплотность корпуса машины с водородно-водяным охлаждением (по суточной утечке водорода) не реже одного раза в месяц;

–температура росы (влажности) водорода в корпусе генератора не реже одного раза в неделю;

–чистота водорода в корпусе машины, содержания водорода в газовой ловушке, в картерах подшипников, в экранированных токопроводах выводов и кожухах нулевых выводов не реже одного раза в неделю по контрольным химическим анализам и непрерывно автоматическим газоананлизатором;

–содержание кислорода в водороде внутри корпуса, в поплавковом гидрозатворе, бачке продува и водородоотделительном баке маслоочистительной установки по данным химического контроля;

–показатели дистиллята в системе водяного охлаждения.

Давление масла в уплотнениях должно превышать давление водорода в корпусе машины; низший и высший пределы перепада давлений указываются в инструкции завода-изготовителя: на всасывающих магистралях маслонасосов должно быть обеспечено избыточное давление не менее 20кПА. В системе маслоснабжения должны быть постоянно включены в работу регуляторы давления масла (уплотняющего, прижимающего, компенсирующего).

3.5. Релейная защита турбогенератора

Основные защиты от внутренних повреждений:

–продольная и поперечная дифференциальные защиты генераторов;

–защита от замыканий на землю в обмотках статора;

–защита от замыканий на землю в обмотке ротора и цепях возбуждения;

–защита от повышения напряжения.

Дифференциальные защиты генератора и защита от замыканий на землю в обмотке статора действуют на автомат гашения поля генератора и его отключение от сети.

Защита от замыканий на землю в цепи возбуждения для турбогенераторов выполняют действующей на сигнал.

Все остальные защиты блока от внутренних повреждений действуют на гашение поля в генераторе и отключение выключателей в цепях присоединенного к ответвлению блока рабочего источника питания секций собственных нужд, чтобы обеспечить быстрое автоматическое подключение резервных источников питания собственных нужд (последнее выполняется устройством автоматического ввода резерва – АВР).

Защита от повышения напряжения на блоках с турбогенераторами автоматически вводится в работу в режиме холостого хода и должна действовать на гашение поля генератора.

Для защиты от перенапряжений на генераторах устанавливают ОПН (ограничители перенапряжений).

Резервные защиты. В силу крайне неблагоприятных последствий, возникающих при отказе защит генератора, предусматривается совокупность резервных защит.

Для резервирования защит от внутренних КЗ предусматривается резервная дифференциальная защита, охватывающая генератор и трансформатор вместе с ошиновкой на стороне высокого напряжения.

Для резервирования защиты смежных элементов устанавливаются:

–токовая защита нулевой последовательности в нейтрали блочного трансформатора (защита от однофазных коротких замыканий);

–двухступенчатая токовая отсечка обратной последовательности(защита от несимметричных коротких замыканий);

–односистемная дифференциальная защита от симметричных коротких замыканий.

Эти защиты должны действовать на отключение генератора выключателями на стороне высшего напряжения блочного трансформатора. При отказе выключателя - на гашение поля в генераторе.

Для ликвидации анормальных режимов устанавливаются:

–токовая защита с независимой выдержкой времени от симметричной перегрузки с действием на сигнал;

–токовая защита обратной последовательности с зависимой выдержкой времени от несимметричных перегрузок;

–токовая защита с зависимой выдержкой времени от перегрузки ротора;

–защита от потери возбуждения.

Устройства автоматики на синхронных генераторах. На генераторах устанавливаются автоматические регуляторы возбуждения, автоматические регуляторы частоты вращения; автоматические регуляторы распределения активных и реактивных нагрузок между агрегатами станции.

Практически все режимные операции на синхронных генераторах автоматизированы, устанавливаются: автоматическое устройство синхронизации; устройство ликвидации асинхронного режима (АЛАР); устройство предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) и др.

Асинхронный режим работы турбогенераторов АЭС запрещен.

3.6. Режимы работы турбогенераторов

Генераторы должны включаться в сеть методом точной синхронизации с блокировкой от несинхронного включения.

Скорость повышения напряжения на генераторе не ограничивается, скорость набора нагрузки определяется условиями работы турбины.

Режим работы генератора при параметрах, указанных на заводском щитке и в паспорте генератора, называется номинальным.

Номинальная мощность генераторов при номинальном коэффициенте мощности должны сохраняться при одновременных отклонениях напряжения до 5% и частоты до 2,5% при условии, что при работе с повышенным напряжением и пониженной частотой сумма абсолютных отклонений не превышает 6%.

Для всех генераторов наибольшее рабочее напряжение должно быть не выше 110% от номинального. При напряжении выше 105% от номинального допустимая полная мощность устанавливается в соответствии с указаниями завода или по результатам испытаний.

При напряжении ниже 95% номинального ток статора должен быть не выше 105% длительно допустимого.

Длительная перегрузка по току сверх значения, допустимого при данных температуре и давлении охлаждающей среды запрещается.

После ввода генератора в эксплуатацию необходимо не позднее, чем через 6 месяцев, провести его эксплуатационные испытания на нагрев. До проведения испытаний на нагрев разрешается работа при номинальных параметрах. Эксплуатационные испытания на нагрев необходимы для получения характеристик нагрева. Проверки соответствия их требованиям стандарта и технических условий.

По результатам испытаний устанавливается наибольшие наблюдаемые температуры обмоток статора, ротора и активной стали, которые при продолжительной работе генератора с номинальной нагрузкой при номинальных значениях коэффициента мощности, напряжения, температуры, давления и чистоты охлаждающей среды.

У генераторов с непосредственным охлаждением обмотки статора устанавливается также температура воды или газа, выходящего из обмоток статора. В указанных генераторах эта температура является основным показателем нагрева обмотки статора. Наибольшие наблюдаемые в эксплуатации температуры не должны превышать предельно допустимых значений.

При всех длительных отклонениях от номинального режима максимальные температуры нагрева отдельных частей генератора не должны превышать наибольшие наблюдаемые в эксплуатации.

Наибольшая наблюдаемая температура обмотки роторов определяется для наибольшего значения тока возбуждения при номинальных коэффициентах мощности и температуре охлаждающей среды и следующих значениях напряжения и тока статора:

0,95Uном и 1,05Iном;

Uном и Iном;

1,05Uном и 0,95Iном.

Измерение температур обмотки статора производится термодатчиками, заложенными между стержнями и под клиньями в пазах статора; стали – термодатчиками, заложенными на дно пазов статора; обмотки ротора – методом сопротивления.

Угенераторов с непосредственным охлаждением обмоток температура газа на выходе из обмотки статора измеряется термометрами сопротивления, расположенными против мест выхода газа.

Угенераторов с водяным охлаждением температура выходящей из обмоток статора и ротора воды измеряется ртутными термометрами и термометрами сопротивления.

Предельные значения температуры, измеряемой термометрами сопротивления и термопарами, установленными для контроля за проходимостью полых проводников стержней генераторов с водородно-водяным охлаждением, указываются заводами в техническом описании и инструкции по эксплуатации. Для обмоток роторов турбогенераторов с изоляцией класса F допустимая тем-

пература увеличивается на 15 С.

При снижении напряжения на генераторе до 95% от номинального и ниже длительно допустимый ток статора не должен превышать 105% номинального.

При снижении температуры охлаждающего газа относительно номинальной разрешается увеличить мощность генератора. Такое увеличение определяется специальными соотношениями, указанными в инструкции по эксплуатации заводом-изготовителем либо на основании испытаний генераторов на нагрев, при условии, что не будут превзойдены наибольшие допустимые температуры указанные выше.

При повышении температуры охлаждающего газа выше номинальной допустимые токи статора и ротора всех генераторов независимо от способа из охлаждения уменьшаются до величин, при которых температуры обмоток (а для генераторов с непосредственным охлаждением и температура охлаждающей среды) не будут превышать наибольшие допустимые в эксплуатации температуры, определенные выше.

Если генератор не имеет температурных индикаторов или еще не испытан на нагрев, уменьшение допустимого тока статора на каждый градус повышения температуры охлаждающего газа выше номинального значения производится в соответствии с картой допустимых нагрузок.

Работа генераторов при температуре входящего охлаждающего газа выше 55 С не разрешается независимо от способа охлаждения.

Допускается отклонение температуры охлаждающего обмотку дистиллята от номинальной на 5 С (мощность при этом не изменяется).

Нижний уровень температуры охлаждающего газа для генераторов с замкнутым охлаждением определяется из условий отпотевания газоохладителей.

При снижении избыточного давления водорода ниже номинального мощность турбогенератора должна быть снижена в соответствии с картой на-

грузок. При повышении давления водорода у генераторов мощность может быть увеличена на основании специальных испытаний и при согласовании с заводом изготовителем.

Для удобства управления режимами работы строятся для каждого генератора режимные карты согласно «Методическим указаниям по проведению испытаний на нагрев генераторов».

Целесообразно также построить диаграммы допустимых нагрузок (диаграммы мощностей) – зависимости между активной и реактивной мощностями при разных коэффициентах мощности.

Диаграмма мощностей турбогенератора. Диаграмма мощностей син-

хронного генератора дает на плоскости с координатами Q, P область значений реактивной и активной мощностей, которые удовлетворяют следующим технологическим ограничениям (рис. 3.3):

1)ток статора не должен превышать длительно допустимого значения;

2)ток обмотки возбуждения не должен превышать длительно допустимого значения;

3)активная мощность, выдаваемая генератором, не должна превышать максимально возможной мощности турбины;

4)потребляемая реактивная мощность (при работе в режиме недовозбуждения) не должна превышать значения, приводящего к перегреву торцевых частей генератора;

5)по условию устойчивости работы турбогенератора.

Для построения диаграммы мощности можно использовать векторную диаграмму турбогенератора (рис. 3.3), на которой If0 – ток возбуждения холостого хода; Ifк – ток возбуждения, соответствующий номинальному току статора при коротком замыкании; Ifном – номинальный ток возбуждения; Iст – ток статора. Вектор Ifк удобно принять в масштабе полной (кажущейся) мощности генератора за единицу. Дуга СВ окружности радиуса АВ представляет собой участок диаграммы мощности, который характеризует режим работы генератора с cos меньше номинального при неизменном токе возбуждения. На этом участке генератор может работать со сниженными кажущейся мощностью и током статора. Следовательно, этот участок диаграммы мощности определяется нагревом обмотки возбуждения, который зависит только от тока ротора. Некоторое повышение температуры стали, из-за увеличения индукции в зазоре генератора в режиме перевозбуждения, компенсируется за счет снижения составляющей нагрева от тока статора. Поэтому результирующий нагрев стали не превышает ее нагрева при нормальном режиме работы. Этот участок диаграммы мощности характеризуется повышенной статической устойчивостью работы генератора.

Рис. 3.3. Диаграмма мощности синхронного генератора

Учет насыщения генератора приводит к некоторому ограничению по выдаче реактивной мощности в режиме перевозбуждения. Однако это ограничение не превышает 10%, приведенного на диаграмме.

Точка В диаграммы определяет номинальный режим работы генератора, т.е режим работы генератора с номинальными параметрами.

Дуга BF окружности радиуса ОВ представляет собой участок диаграммы мощности, который характеризует режим работы генератора с номинальными кажущейся мощностью и током статора и с коэффициентом мощности больше номинального как в области перевозбуждения (участок BDE), так и в области недовозбуждения (участок EKF), прямой ОЕ соответствует режим работы генератора с коэффициентом мощности равным единице. Часть дуги BF, лежащая слева от прямой ОЕ соответствует режиму работы генератора с потреблением реактивной мощности (режим с недовозбуждением), а лежащая справа от указанной прямой – режиму работы генератора с выдачей реактивной мощности в сеть (режим с перевозбуждением). Однако этот участок диаграммы мощности ограничивается прямой KD, которая определяет наибольшие активные нагрузки генератора, обуславливаемые максимальной мощностью паровой турбины.

Прямая AF характеризует режим работы генератора, при котором его активная мощность соответствует пределу статической устойчивости. Работа в таких режимах практически невозможна без принятия специальных дополнительных мер в системе автоматического регулирования возбуждения генератора.

Точки пересечения угловой характеристики с прямой номинальной мощности турбины соответствуют установившимся режимам работы генератора, т.е. равновесию между вращающим моментом турбины и электромагнитным моментом генератора, причем область с углами меньше /2 является областью устойчивого равновесия, а с углами , превышающими /2, – областью неустойчивого равновесия. Синхронная работа в последней невозможна.

Максимальная мощность, выдаваемая генератором в сеть при определенном возбуждении и неизменном напряжении электрической системы, достигается при углах равных /2. Однако работа генератора при таких углах без принятия специальных дополнительных мер в системе возбуждения невозможна, так как любые незначительные колебания в электрической системе приведут к несинхронной работе генератора и системы, т.е. выпадению генератора из синхронизма. Поэтому наиболее простым и доступным способом обеспечения синхронизма генераторов в процессе эксплуатации является обеспечение запаса по статической устойчивости при их работе с недовозбуждением.

При работе в режиме потребления реактивной мощности ток статора намагничивает магнитопровод генератора (в отличие от режима генерации реактивной мощности, когда ток статора размагничивает генератор). В результате этого в торцевых частях машины непропорционально возрастает магнитная индукция, а поскольку в торцевых частях силовые линии магнитного поля направлены не вдоль листов шихтованного магнитопровода, а поперек (рис.3.4), в этих частях машины сильно возрастают потери на перемагничивание и соответственно возникают повышенные нагревы последних пакетов стали, элементов крепления стали и торцевой части ротора.

Поэтому ограничения по нагреву в режимах потребления реактивной мощности определяют по результатам тепловых испытаний генератора, а если таких не проводилось, по типовым характеристикам завода-изготовителя.

Параметры турбогенераторов серии ТВВ, применяемых на АЭС приведены в табл. 3.2.

Рис. 3.4. Силовые линии магнитного поля в торцевой зоне турбогенератора:

1 – сталь статора; 2 – бочка ротора; 3 – стержень обмотки статора; 4 – стержень обмотки ротора; 5 – силовые лини магнитного поля; 6 – лобовая часть обмотки статора; 7 – лобовая часть обмотки ротора; 8 – разложение вектора магнитной индукции на аксиальную и радиальную составляющие

				Таблица 3.2
Параметры турбогенераторов
Тип турбогенератора	ТВВ-220-2А	ТВВ-500-2	ТВВ-1000-2	ТВВ-1000-4
Номинальное напряжение, кВ	15,75	20	24	24
Номинальный ток, А/число па-	9490/2	17000/2	26730/2	26730/2
раллельных ветвей обмотки
статора
Коэффициент мощности cos	0,85	0,85	0,9	0,9
Статическая перегружаемость	1,63	1,64	1,52	1,66
Ток возбуждения холостого	920	1075	2200	2294
хода, А
Номинальный ток возбужде-	2740	3530	7580	7000
ния, А
Напряжение возбуждения в	325	474	428	470
номинальном режиме, В
Кратность номинального тока	3	3,3	3,45	3,05
возбуждения, Ifном/If0
Отношения короткого замыка-	0,465	0,42	0,4	0,45
ния