Szinkron turbó és hidrogenerátorok

Az erőmű elektromos részének fő eleme egy váltakozó áramú szinkron generátor (SG), amely három fázisú tekercselést végez az állórészen. A generátor villamos energiává alakítja a turbina forgásának mechanikai energiáját. A szinkron generátor egyaránt aktív (R.MW) és reaktív (Q.Mvar) forrás.

Röviden vizsgáljuk meg a szinkron generátor működésének elvét, függetlenül a turbinák típusától.

Szerkezetileg az FB két fő elemből áll:

1) fix állórész, amelyben a váltakozó áram háromfázisú tekercselése történik;

2) egy rotációs rotor, amelyben a DC-gerjesztő tekercs fel van helyezve.

Az állórész tekercselése hasonló a rögzített kerethez. A rotor olyan, mint egy mágnes, amely a kereten belül forog. A rotor mágneses tulajdonságait abból a tényből származtatják, hogy a tekercselésen állandó áramot vezetnek át. Ez a tápegység a gerjesztõ rendszerbõl származik. A rotor mágneses mezője behatol a keretbe, és a mágneses fluxus idővel változik, mivel a rotor elfordul. Következésképpen, Faraday elektromágneses indukciós törvényének megfelelően az EMF létrejön a keretben. Ha a generátor be van kapcsolva, azaz amikor az állórész tekercselése rövidzárlatra van kötve, akkor a tekercselés során váltakozó áram áramlik. Az állórész mágneses tulajdonságokkal is rendelkezik.

Az állórész tekercselése háromfázisú. Ez azt jelenti, hogy az állórészben lényegében három különböző tekercs van elhelyezve egymás mellett 120 ° -os szögben. Ezért az ezeken áthaladó áramok is háromfázisú áramok. Ebben az esetben az állórész elektromágneses mezője elfordul, ugyanolyan frekvenciával, mint a rotor. Ezért hívják a generátort szinkronnak.

A rotor és az állórész mágneses mezőinek kölcsönhatása elektromágneses pillanatot hoz létre az elektromos gép generátor üzemmódjában, hogy megfeleljen a gőz-, gáz- vagy hidraulikus turbina által létrehozott mechanikai momentumnak. Ha ez a két pillanat egyenlő, akkor a generátor forgórésze állandó fordulatszámon forog, biztosítva az állórész tekercselésének EMF állandó frekvenciáját, ami egybeesik a hálózati feszültség frekvenciájával. A rotor fordulatszáma (n.rpm) a szinuszos áram (f.hz) frekvenciájához kapcsolódik:

ahol p a rotor pólusainak száma.

A póluspárok minimális száma p = 1, ezért a maximális sebesség f = 50 Hz esetén:

n = 60 # 8729; 50/1 = 3000 fordulat / perc.

Amint a pólusok száma nő, a forgási sebesség csökken.

A szinkron generátor működésének általános elve a fenti. Tekintsük a turbó- és hidrogenerátorok végrehajtásának és működésének további jellemzőit.

A turbogenerátorokat a hőerőművek és atomerőművek területén használják. Abban az esetben, hőerőművek és atomerőművek PTU ugyanazon a tengelyen van egy generátor forgórész forog a gőzturbina, abban az esetben a TPS növények gázturbina - a gázturbina. A turbogenerátor forgási tengelye vízszintes.

A turbogenerátor forgórésze rendszerint 3000 fordulat / perc (egy pólusú pólusú) frekvenciával vagy ritkábban 1500 ford / perc frekvenciával forog (két póluspárral). A turbó generátor nagysebessége meghatározza a tervezési jellemzőket.

A turbogenerátor rotorja egy acélhenger formájában készül, amelyet "rotorhordónak" neveznek. A henger külső oldalán hornyokat őrlik, amelyekbe egy DC tekercset helyeznek.

Forgósebesség 3000 fordulat / perc, a forgórész hossza elérheti a 8 m-t, az átmérő 1,25 m. A maximális hosszúságot az acél szilárdsága határozza meg a hajlításhoz. A legnagyobb átmérőt a rotor forgási sebessége korlátozza. Nagyobb átmérővel a centrifugális erők olyan nagyok lesznek, hogy a rotor acél műanyag deformációjához vezetnek. A turbogenerátor forgórészének korlátozó méreteit a modern kohászat képessége korlátozza.

Az állórészet számos eléggé vékony (kb. 0,5 mm vastag) acéllemezből vettük fel. Formájuk lehetővé teszi az állórész tekercselését a kialakított hornyokba. Két állórész és a forgórész el van látva egy kis rés, néhány cm-es kisebb a rés, annál jobb kölcsönhatásba a mágneses mezők a forgórész és az állórész, másrészt -. Harder, hogy megakadályozza a mozgó alkatrészek legeltetés rögzített.

Nagy turbogenerátorok esetében a következő feszültségsorozat jellemző: 6.3; 10,5; 15.75; 18; 20; 24 kV. Csak a Novoszibirszki Elektrotechnikai Üzemek, mint például a TVM-500UZ vízhűtő rendszerrel rendelkező egyes egységeit 36,75 kV névleges feszültségre tervezték. A VVER-1200 reaktorokkal rendelkező erőteljes egységekre az UH = 27 kV helyett az UN = 24 kV helyett a feszültséget kell bevezetni. A névleges aktív teljesítmény jelenleg Pn = 1200 MW maximális értéket ér el.

A turbógenerátorok paramétereit a referencia [1] tartalmazza (2.1. Táblázat a 76. oldalon).

Ezután fontolja meg a hidrogéngenerátorokat, és hasonlítsa össze azokat a turbogenerátorokkal.

A hidrogenerátorokat HPP-kben és PSP-kben használják. Tipikusan a hidrogéngenerátor forgási tengelye, szemben a turbogenerátorokkal, függőleges. Ez a hidraulikus turbinák tervezési jellemzőinek köszönhető. E szabály alól kivételek vannak - például egy kapszula típusú hidrogenerátor.

A hidrogenerátorok lassan mozgó gépek. A forgásuk gyakorisága általában nem haladja meg a 600 fordulat / perc értéket. Ez a körülmény meghatározza a hidrogéngenerátorok tervezési jellemzőit.

A hidrogenerátor rotorja, a turbogenerátorral ellentétben, nem egy darabban, hanem kerékkel és peremmel van ellátva. E keréken kívül a forgórész egyenáramának tekercselése csatlakozik.

A hidrogenerátor rotorátmérője 5 m magasságban eléri a 20 métert, a rotor nagy átmérőjét a következő határozza meg. Minél kisebb a rotor sebessége, annál többet kell létrehozni az oszlopokat, hogy 50 Hz frekvenciát kapjanak. Nagy számú pólus befogadásához a rotor külső kerülete bizonyos hossza szükséges. Például, hidro Krasnoyarskaya HPP frekvenciája forgási n = 93,8 / perc, ami megfelel a párok száma pólusok p = 60 # 8729; 50 / 93,8 = 32, és a pólusok száma 64. Elhelyezésére a pólusok száma a RIM, a forgórész átmérője 16 m volt.

Az erőteljes hidrogenerátorok statorei olyan nagy átmérőjűek, hogy nem a teljes HEP-hez szállítják, hanem külön ágazatok formájában.

Nagy hidrogenerátorokhoz a következő feszültségsorozat jellemző: 6.3; 10,5; 13,8; 15,75 kV. Az egyes gépeket 14,4 és 16,5 kV névleges feszültség esetén hajtják végre. A névleges aktív kapacitások most elérik a maximális értéket Рn = 640 MW (Sayano-Shushenskaya Hegység egysége). A tervek szerint egy egységnyi kapacitású ûr = 1000 MW-os hidegegységet hoznak létre. A hidrogenerátorok paramétereit a referencia-könyv [1] tartalmazza (2.2. Táblázat a 82. oldalon).

Nagyon fontos a hűtőgenerátorok feladata. Az állórész és a rotor tekercselése során végzett munkák során a fűtést okozó áramok áthaladnak. Ezen áramok hatására mágneses fluxus keletkezik a generátorban, ami az állórész és a rotor melegítéséhez vezet. Ugyanakkor a gép szerkezeti részei fűtöttek - tengely, csapágyak, csapágyak, stb. A fűtés a fő oka a szigetelés gyorsított öregedésének. A hő eltávolításához az állórészben és a rotorban szellőzőcsatornákat és speciális eszközöket (ventilátorok a gép tengelyén, szivattyúk hűtőfolyadék szállítására) biztosítanak. A generátorok hűtése lehet levegő, hidrogén, víz, olaj).

A hőelvezetés módszerével megkülönböztetjük a közvetett és közvetlen hűtést.

Indirekt hűtés esetén a hűtőgázt (levegőt vagy hidrogént) a generátor belsejébe táplálják a rotor végébe épített ventilátorok segítségével, és az oszlop és a forgórész közötti szellőzőnyíláson át vezetnek. Ebben az esetben a hűtőgáz nem érintkezik a tekercsek vezetékeivel, és az általuk kibocsátott hő a szigetelésen át a gázra kerül.

Az azonnali esetben a hűtőfolyadékot (gáz vagy folyadék) az üreges vezetékek speciális belső csatornáion vezetik keresztül, és közvetlen kapcsolatba kerülnek velük, megkerülve a fogak szigetelését és acélt.

Indirekt közvetett hűtési rendszert használnak viszonylag kis teljesítményű turbó generátorokhoz és a legtöbb vízgenerátorhoz. A generátorban felmelegített levegőt a levegőhűtőbe bocsátják ki, majd visszavezetik a generátorhoz. Általában zárt keringető rendszert használnak, amikor ugyanaz a levegő áthalad a generátoron.

A hidrogén magasabb hűtési tulajdonságokkal rendelkezik, mint a levegő. Hővezetési együtthatója 7,2-szer nagyobb, sűrűsége 14-szer kisebb, mint a levegőé, ami jelentősen csökkenti a szellőzési veszteségeket. A hidrogénkörnyezet szigetelése nem oxidálódik, ezért élettartama megnő. A hidrogén nem támogatja az égést, ezért a belső sérüléseknél a tűz valószínűsége kisebb, mint a léghűtésnél. Másrészt bizonyos arányban a hidrogén és az oxigén elegye robbanásszerűvé válik. A robbanó keverék kialakulásának veszélye nélkül a generátor házának hidrogénnyomása valamivel magasabb, mint a környezeti levegő légnyomása. A generátor burkolatából származó hidrogén szivárgásának megakadályozása érdekében az olajos tömítéseket a mozgatható és rögzített részek között helyezzük el. A javítás során keletkező robbanásveszélyes keverék keletkezésének elkerülése érdekében a hidrogöt először inert gázból (szén-dioxid vagy nitrogén) először a generátorházból kiszorítják, majd ezt a gázt levegővel helyettesítik. A hajótest hidrogénnel történő feltöltése fordított sorrendben történik.

A hűtőgenerátorok számára még hatékonyabb tényező a víz, amelynek hőátadása meghaladja a levegő hőátadásának 40-50-szeresét. A desztillált víz belép a tekercsek üreges rézvezetékeibe. A vízhűtés általában hidrogénhűtéssel kombinálódik, de van egy tisztán vízhűtőrendszer is, amelyet "három vizet" neveznek. Ebben a rendszerben az állórész és a rotor tekercselése vízzel, valamint a mágneses áramkörrel lehűl.

Az olaj felhasználása a hűtési feladatokon túlmenően megóvhatja az állórész tekercselésének szigetelését - azaz viszonylag olcsó és megbízható papír-olaj szigetelést a kábel típusától. Emiatt a generátor nagyobb névleges feszültsége használható. Például a TVM-500 generátort 36,75 kV-os megnövelt feszültségre tervezték, míg az ugyanolyan teljesítményű hagyományos generátorok 20 kV-ot használnak. A névleges feszültség ilyen növekedése lehetővé tette az állórész áramának majdnem felére esését, és ennek megfelelően az áramviszonyos alkatrészek megkönnyítését. A működés nehézségei miatt azonban az olajhűtési rendszer nem széles körben elterjedt.

A turbogenerátorokhoz minden típusú hűtést használnak. A turbogenerátorok léghűtési rendszere korlátozott. Ez annak köszönhető, hogy a rotor sima, tömör hengerét csak a légrés oldaláról hűtik.

A hidrogenerátorok a házak tömítésének nagy mennyiségét és nehézségeit általában léghűtéssel végzik. Továbbá a levegő hűtőként való megválasztását megkönnyíti az a tény, hogy a hidrogenerátorok aóMinél nagyobb a hűtőfelület, mint a turbogenerátorok, a rotor nagy átmérője miatt. Azonban nagy teljesítmény (250 MW), mint például a vízi generátorok Krasnoyarskaya (egység 500 MW) használjuk a vízhűtés az állórész tekercselés és a levegő hűtését a forgórész mag és tekercsek.