Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii

В

подвесном

генераторе опора находится

над ротором

(рис. 6.76), а в

- под

ротором (рис.

а). Обычно опора

представляет

собой

мощную

зонтичном

6.7

или

лучевую конструкцию (крестовину), опирающуюся в свою

крестообразную

. На крестовине

располагается

очередь на бетонный массив агрегатного блока

. В

)

на который

и опирается

ротор генератора

опорный

подшипник (подпятник ,

вертикальных

генераторов

для сокращения

последних конструкциях мощных

турбины через

высоты агрегата

применяется способ опирания

ротора на крышку

)

и устанавливается

подпятник (на

специальную опору (рис. 6.6, поз.4 , на которую

спиральная камера

рис. 6.6 кроме узлов генератора показаны узлы турбины:

,

, рабочее колесо, сервомотор направляющего

аппарата и крышка

маслоприёмник

)

турбины, а также бетонный массив агрегатного блока .

вала и его ротор

В

некоторых

крупных

генераторах нет собственного

закрепляется на валу турбины, образуя единый

вал агрегата

,

например, на

-Шушенской

ГЭС.

генераторе Саяно

применения

подвесного или

Установить точные границы

целесообразного

зонтичного типа генератора достаточно трудно. В генераторах подвесного типа

значительно

выше механическая устойчивость,

обеспечивается

более

свободный

генераторы

доступ к подпятнику и другим частям машины.

Такие

обычно

выполняют со средней и высокой частотами вращения.

подпятник

В

мощных тихоходных генераторах при больших давлениях на

и большом диаметре

статора верхняя грузонесущая

крестовина

в подвесном типе

получается

достаточно громоздкой. Однако на

генераторе

Братской ГЭС

об/мин и

достаточно большой мощности (225 МВт) при частоте вращения 125

диаметре

статора(по расточке) 10,5 м

применена подвесная конструкция. Крестовина

(лучевая

получилась

мощной, состоящей из 12 отъёмных лап

большого

двутаврош

)

центральной частью (рис.

6.8).

сечения, стыкующихся с массивной

*

•
*	*
%

*

Рис

.

6.8

Генератор

Братской

ГЭС

198

На рис. 6.9 показан капсульный агрегат	Череповецкой ГЭС. Мощность
агрегата 20 МВт, частота вращения 93,8 об/мин	. Поворотно-лопастная турбина

с в

четырьмя лопастями

разрезе генератор.

работает

при

напоре

10

,5-

15

м.

Внутри

капсулы

показан

Рис

.

6.9

Капсульный

горизонтальный

гидроагрегат

1

-

капсула;			2 - вход в капсулу; 3 - генератор; 4 - статор турбины;
5	- направляющий аппарат; 6			- рабочее колесо турбины;
	7	-	отсасывающая труба	; 8 - турбинная камера

Особого внимания генераторы ГЭС заслуживают в связи с	ролью
гидростанций по регулированию параметров энергосистемы с	целью
обеспечения статической и динамической устойчивости её электрической сети.

Основными

параметрами

генератора

являются

его

мощность

,

номинальное (коэффициент

напряжение, ток статора, коэффициент мощности ( cos ф )
мощности выражает отношение активной мощности	к	),
		полной

частота

вращения

,

частота

тока,

КПД

,

реактивные

сопротивления

и

маховой

момент

(

момент

инерции

(

J

)

связан

с

маховым

моментом

(G

D2

)

зависимостью

GD-

=

4

J

т

-

м

2

,

где

G

-

масса

ротора,

a

D

-

диаметр

инерции

относительно

оси

вращения

).

Мощность

и

частота

вращения

генератора

соответствуют

мощности

и частоте вращения турбины	,
маховой момент. На рис. 6.10
Саяно-Шушенской ГЭС.

а масса его представлен

ротора имеет
внешний	вид

соответствующий ротора генератора

Активная мощность

величины расхода воды,

(	PJ	(действительная
поступающей			на

) генератора прямо

рабочее колесо

зависит от турбины.

199

Номинальное					значение мощности равно:
	.			.NT
P			~ n
где:				Аг	- мощностьтурбины, кВт;
г		- КПД				генератора.
\
	г					полной (кажущейся) мощности
Величина
кВА и равна:
S		н			Р н
			=			) -uiJT,
					cosq

SH

(6.7)

генератора выражается в

(6.8)

где:

U

-

напряжение

генератора

кВ;

/

-

ток

статора

генератора

А

;

cos

(

р

-

коэффициент

мощности.

Ток

,

вырабатываемый

генератором,

синусоидальный.

Угол

сдвига

фаз

между	вектором напряжения и	тока обозначается		р . Обычно	генераторы
				<
выполняются с номинальным cos			(р = 0,85. Много генераторов изготовлено с
cos (р от 0,8 до 0,98. Для генератора 500 МВт Красноярской ГЭС cos						(	р = 0,85,
Саяно-Шушенской 640 МВт cos		(	р = 0,9.

Реактивная

мощность

(

Q

)

,

кВАр

генератора

необходима

ряду

потребителей

электрической

сети

(

основные

потребители

-

асинхронные

электродвигатели

).

Q	р = UI Л sirup
=SHsin
	(
Частота вращения (синхронная)
частотой	тока соотношением:

генератора

(

гг

)

об

/

(6.9

мин.

) связана

с

			/
	60
пЛ	~	р	—	..
				9
где:	/			частота
		-

тока

Гц;

(

6.10)

р	-	число пар
При стандартной
равна:

	п	3000
		__ Р

полюсов ротора	генератора.
частоте тока 50	Гц, синхронная

частота вращения

(6.11)

Напряжение обмотки статора.

генератора

(

U

)

,

кВ

-

линейное

напряжение

на

выводах

Ток статора

напряжения и связан

генератора (/ ), переменный	,
с ними соотношениями (6.7) и

зависит (6.8).

от

мощности

и

Частота

тока

генератора

(

/

),

число

периодов

колебаний

тока

в

секунду.

Коэффициент полезного действия генератора р (КПД)

отношение полезно использованной энергии (превращенной

определяет в работу) к

200

суммарному мощности и

количеству
cos	(	р КПД

энергии, переданной генератору.

мощных генераторов достигает 98

При номинальных

,0-98,5%.

Ток

ротора

(

/)

(

возбуждения

)

,

-

постоянный

,

протекающий

по

обмотке

возбуждения

,

создаёт

необходимое

магнитное

поле

.

Это

магнитное

поле

благодаря вращению ротора пересекает обмотку статора, в

мы видели, возникает ЭДС генератора. Напряжение

результате чего, как

генератора, если

пренебречь уменьшая

внутренним ток ротора

его сопротивлением, равно ЭДС. Увеличивая или
относительно номинального	значения	задают

соответственно режим перевозбуждения или недовозбуждения

(соответственно происходит выдача или потребление реактивной

Этим режимом регулируется напряжение в электрической сети.

генератора мощности).

Рис

.

6.10

Внешний

вид

ротора

в

сборе

в

период

монтажа

на

Саяно

-

Шушенской

ГЭС

.

Рельефно

выделяются

полюсы

Для обеспечения генераторов применяются

повышения динамической

статической	и	динамической	устойчивости
быстродействующие регуляторы возбуждения, для
устойчивости	увеличивают скорость нарастания
			и

«

потолок

»

возбуждения

,

а

также

уменьшают

время

отключений

короткого

замыкания

.

Реактивные обладают активным и

сопротивления генератора. Обмотки генератора

реактивным сопротивлениями. Активное сопротивление

вызывает

потери

мощности

,

пропорциональные

квадрату

силы

тока

,

которые

превращаются

в

тепловую

энергию

.

Реактивные

сопротивления

(реактивности

)

не

вызывают

потерь

мощности

,

но

являются

параметрами

,

определяющими

201

	режимы работы		генератора	в энергосистеме	, влияющими на	устойчивость	их
					сети. Значения	реактивностей
	параллельной		работы в	электрической
							,
	выражают обычно в относительных единицах, в долях, от так называемого
	номинального	сопротивления генератора X.

X где:

Ц ф
I
U	*
	-
	ф

фазное

напряжение.

В;

(

6.12

)

1	- сила тока в фазе, А.
ф

Обмотка

статора выполняется так, чтобы форма ЭДС генератора

была

. В противном случае при несинусоидальной

форме

ЭДС

синусоидальной

тока,

сети

появляются

высшие

гармоники

генератора

в

электрической

оказывающие вредное влияние на

работу всей энергосистемы: возрастают

,

возникают опасные

перенапряжения

, усиливается

вредное

потери энергии

влияние

ЛЭП

на

цепи

связи

.

					, состоящая из нескольких			витков.
	Элементом обмотки является катушка								или
	Обмотка	выполняется из медных			обмоточных проводов круглого
									пазы
	прямоугольного			сечения в виде стержней, которые укладываются				в
					способом пайки. Элементы		стержней
	сердечника		статора и соединяются						,
					располагающиеся	в пазах, называются

пазовой частью,		а элементы
			,
ложенные	вне сердечника		вверху
		генератора.
вертикального

распо¬

и внизу

соот¬

	тг
	^	^	?
Рис. 6.11	Принципиальная			схема

	ветственно		называются				верхними
	лобовыми частями и нижними						лобовыми
	частями. На		рис. 6.11		представлена
	принципиальная			схема	расположения
	обмотки							,	а на
		в пазах сердечника статора
	рис. 6.12	показана		ветвь обмотки статора,
	стержень и его поперечное сечение								для
									(см.
	генератора, где охлаждение					обмотки
	ниже) выполнено с отбором							тепла

в

расположения обмотки
пазах сердечника	статора

непосредственно		дистиллированной
водой,	циркулирующей		внутри	токо
				¬

1

-

пазовая

часть

:

2

-

лобовая

часть

ведущих

проводников

.

Система возбуждения

генератора

( электромагнитное

возбуждение

)

системе

наводит в магнитной

создаёт, как указывалось выше.

МДС которая

.

электро

, обеспечивающее процесс

машины магнитное

поле

образования

¬

энергии. На

генераторах первого поколения для

питания обмотки

возбуждения

применялись

специальные генераторы постоянного тока (возбудители),

током от

другого

обмотка возбуждения которых получала питание постоянным

генератора ( подвозбудителя). Ротор главного генератора и якоря возбудителя и

подвозбудителя

располагаются

на одном валу и

вращаются

синхронно.

Ток

главного

генератора через

возбуждения

подаётся

в

обмотку возбуждения

графитовые

щётки и контактные кольца ротора.

202

U

2

4

5

CO p-

111.5 123.2

2

щ

/	1

AI	i	JA
3		Ю
		CD
		8
ID		'
		N
A-A

Puc

.

6.12

Схема

стержневой гидравлической

статора генератора

ветви

обмотки

1	- стержень
коллектор; 4 -
	стержня

	обмотки; 2 - головка лобовых частей обмотки; 3 - напорный	водяной
		В сечении
	сливной водяной коллектор; 5 - водосоединительный шланг.
	видны полые токоведущие проводники, по которым циркулирует
	дистиллированная вода; а также сплошные проводники

Для	регулирования тока	возбуждения в	прежних	конструкциях
применялись регулировочные		реостаты, которые включаются			в цепи
		.
возбуждения возбудителя и подвозбудителя
В последних конструкциях генераторов, в особенности на мощных и
сверхмощных, применялись системы независимого			возбуждения с достаточно
мощными	вспомогательными	генераторами	переменного		тока	и

выпрямителями,

а

также

системы

самовозбуждения

.

В качестве выпрямителей	использовались	ртутные выпрямители
(ионная система возбуждения), а в последнее время получили всеобщее
распространение тиристорные системы возбуждения - безинерционные
системы, которые экономичнее и надёжнее, а по сравнению с ионными			имеют

и

бесспорное

экологическое

преимущество

.

203

Рис

.

6.13

Структурные

	5	)	~	J	тн	/	6
ж		тт ЮСнАРВ 5							тп
	7					4		ж
					ВТ				3

схемы

	о	-		£	3
2			1	СГ	%
самовозбуждения синхронных

генераторов

а) 4

- -

	;	-		автоматической системы
система самовозбуждения б)			схема	самовозбуждения
1	- генератор; 2 - обмотка возбуждения; 3 - тиристорный преобразователь				;	;
выпрямительный трансформатор; 5				- автоматический регулятор возбуждения
	6 - трансформатор	напряжения; 7- трансформатор тока;
	8 - устройства релейной защиты

На рис. 6.i3

представлены структурные схемы систем самовозбуждения.

На рис. 6.13а изображена схема самовозбуждения, в которой энергия

для

возбуждения

отбирается от обмотки статора

генератора и через

понижающий

и

выпрямительный тиристорный

преобразователь

(3)

трансформатор

самовозбуждения основан

преобразуется

в энергию постоянного тока. Принцип

на том, что

первоначальное возбуждение

генератора происходит за счёт

остаточного

магнетизма полюсов генератора

.

6.136 изображена схема автоматической системы

само

На рис.

¬

возбуждения

генератора (1) с выпрямительным

трансформатором

(

4) и

после

тиристорным преобразователем (3), через которые ток статора генератора

преобразования

в постоянный ток подаётся

в обмотку

возбуждения. На вход

автоматического

регулятора возбуждения (АРВ, 5) поступают

сигналы

напряжения

генератора от измерительного трансформатора напряжения (6) и

тока нагрузки

генератора от измерительного трансформатора тока (

7). Схема

содержит устройства защиты (8), которые

обеспечивают защиту

обмотки

возбуждения

(

2)

и тиристорного преобразователя от перенапряжения

и токовой

перегрузки

.

Автоматическое			регулирование возбуждения			заключается	в
				тока возбуждения	генератора с целью
автоматическом		изменении силы
обеспечения	требующегося ему значения ЭДС при нормальном и аварийном

режимах

в

электрической

сети

.

резко

Регулятор АРВ характеризуется быстродействием, т.е. способностью

и существенно увеличивать ток и напряжение возбуждения; этот процесс

называется

форсировкой

возбуждения

.

Например,		у АРВ	генераторов
нарастания	напряжения возбуждения			от

Саяно-Шушенской		ГЭС	время
номинального	до максимального

204

значения составляет не более 0,04		с.
составляет: по напряжению 3, по	току

Кратность 2.

форсировки

возбуждения

Кратностью		форсировки		называется	отношение
установившегося	значения		напряжения (тока) возбуждения			к
току) возбуждения.
напряжению (

наибольшего номинальному

Система охлаждения
железом сердечника	статора

, выделяемого
генератора служит для отвода тепла	полюсов и
, а также сердечниками
и его обмоткой

обмоткой

возбуждения.

Различают системы	воздушного охлаждения, непосредственного
водяного охлаждения и смешанного охлаждения. Воздушный		поток	образуется
за счёт вращения ротора,	спицы которого выполняют	роль	мощного
).
вентилятора (рис. 6.14

0

4

2

3

7

"5

4

-

	-	Рис. 6.14			Схема воздушного потока в генераторе
						;	;
							- обод ротора
1		нижний воздухоразделяющий щит; 2 - спица ротора 3					7-воздухоохладитель
полюс ротора			5 -	сердечник		статора; 6 - обмотка статора;
		;

	При воздушном охлаждении		воздух	продувается		через элементы
							(рис. 6.3,
генератора, отбирает тепло, затем, охлаждаясь в воздухоохладителях
поз.11	, поз.7), возвращается		в генератор. Циркуляция воздуха может
	и рис. 6.14				. На	рис. 6.14	показана
быть симметричной (двухсторонней) или односторонней
односторонняя система вентиляции.		Хладоносителем			является вода из системы

технического

водоснабжения.

	При непосредственном водяном охлаждении обмотки статора									в её
	токоведущих частях		циркулирует			дистиллированная		вода, отобрав тепло		она
								,	где между трубками
	охлаждается в трубках собственных теплообменников								воздушный поток
	течёт вода из системы			техводоснабжения			. В этой системе			не
					обмотки.
	является главным	охладителем

205

Тормозная

система. Для нормальной остановки

агрегата

его

разгружают до

холостого хода, отключают от сети, после

чего

закрывают

направляющий

. Вследствие большой

маховой

массы ротора

аппарат турбины

, воздействующих на

и в случае возможных протечек воды через закрытый

НА

с

рабочее колесо

турбины, ротор может продолжать вращаться непрерывно

небольшой

частотой вращения, поэтому требуется его торможение.

Тормозная

до 30% от

система включается при снижении частоты вращения примерно

номинальной

и агрегат останавливается.

Для этого

,

включаются тормоза

фрикционные

колодки которых прижимаются к тормозному

кольцу рис.

6.3,

поз.15.

в

Система пожаротушения генератора предназначена для подачи воды

генератор в

случае загорания обмоток в результате КЗ. Во избежание быстрого

распространения пламени по обмоткам

из

за действия

вентиляционного потока

-

по

, как правило, автоматически

воздуха подача воды осуществляется

множество

,

распыляющим воду через

специальным кольцевым трубопроводам

-

распылители располагаются

в

отверстий.

Кольцевые трубопроводы

непосредственной близости от верхних

и

нижних лобовых

частей обмотки

статора.

Система контроля и защит генератора обеспечивает

автоматический

контроль за

. Контроль по

параметрами во избежания их опасного превышения

некоторым

параметрам действует на отключение генератора от сети,

его

развозбуждение и остановку (повреждение обмотки ротора при КЗ

на землю в

одной и двух точках и повреждение обмотки статора при междуфазных КЗ

и

витковых КЗ).

По

другим параметрам

при их превышении

генератор

отключается от сети

, перегрузка ротора,

асинхронный

(повышение напряжения

ход), в остальных случаях выдаётся предупредительный сигнал (снижение

охлаждения,

превышение

температуры

и

др.).

Подпятник

и

под¬

шипники восприятие

обеспечивают
осевой	и	го
		¬

ризонтальной Главным из этих

нагрузки.

устройств,

по условиям работы,

ется подпятник (рис.

явля 6.17

¬ )

как

по

величине

нагрузки,

габаритам,

так

и

сложности

конструкции

.

С

ростом

Рис. 6.17	Подпятник	генератора
на пружинном основании

единичных	мощностей
агрегатов и	при этом	при	¬
менения в качестве		мате-

риала для поверхности скольжения в подпятниках		баббита - существенно
снизилась надёжность этого узла. Появившийся новый материал фторопласт
позволил создать металлопластмассовые подпятники, обеспечивающие
. На рис. 6.17	представлен	внешний	вид одного из
необходимую надёжность

207