СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

  Главная      Учебники - Энергетика     Справочник по электрическим машинам (И.П. Копылов) - 1988 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

 

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

РАЗДЕЛ 8

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

8.1. Общие сведения

В синхронных машинах в установившихся режимах частота вращения ротора Щр равняется частоте вращения поля сос. При сор = шс частота тока в роторе /2 = 0. В обмотке возбуждения, обычно расположенной на роторе, протекает постоянный ток. Синхронные машины могут работать в режимах генератора, двигателя и синхронного компенсатора. Наиболее распространенный режим работы синхронных машин — генераторный. Почти вся электроэнергия на Земле на электростанциях вырабатывается синхронными генераторами — турбо- и гидрогенераторами [5, 10, 12].

Синхронные двигатели применяются в электроприводах, где требуется постоянная частота вращения. Преимущество синхронных двигателей перед асинхронными — возможность работы с опережающим cosq) или с cos(p = l, а также большая перегрузочная способность. Однако синхронные двигатели имеют плохие пусковые свойства, и для питания обмотки возбуждения требуется постоянный ток. Синхронные двигатели применяются в основном как мощные двигатели на мощности свыше 600 кВт и как микродвигатели на мощности до 1 кВт.

Синхронные машины находят применение также в качестве синхронных компенсаторов — генераторов реактивной мощности. При параллельной работе с сетью при перевозбуждении синхронная машина выдает в сеть реактивную мощность и является емкостью, а при недовозбуждении по отношению к сети синхронная машина является индуктивностью и потребляет из сети реактивную мощность.

* Технические данные машин специального назначения приведены в т. 2 Справочника.

Синхронные компенсаторы используются в энергосистемах как регулируемые емкости или индуктивности [12,15].

В конструктивном исполнении синхронные машины делятся на явно- и неявно-полюсные. Быстроходные машины выполняются с неявнополюсным ротором, а тихоходные — с явнополюсным. Конструктивные особенности отдельных типов синхронных машин рассматриваются в соответствующих разделах Справочника.

8.2. Турбогенераторы

8.2.1. Общая характеристика

Турбогенераторы предназначены для выработки электроэнергии в продолжительном номинальном режиме работы при непосредственном соединении с паровыми или газовыми турбинами. Турбогенераторы устанавливаются на тепловых и атомных электростанциях.

В зависимости от мощности турбогенераторы подразделяются на три основные группы: мощностью 2,5-32 МВт, 60-320 МВт и свыше 500 МВт. По частоте вращения различают турбогенераторы четырех-полюсные (на частоту вращения 1500 и 1800 об/мин) и двухполюсные (на частоту вращения 3000 и 3600 об/мин) соответственно на частоты сети 50 и 60 Гц.

По виду приводной турбины турбогенераторы классифицируются на генераторы, приводимые во вращение паровой турбиной, и генераторы с приводом от газовой турбины.

По системе охлаждения турбогенераторы подразделяются на машины с воздушным, с косвенным водородным, непосредственным водородным и жидкостным охлаждением.

По применяемой системе возбуждения турбогенераторы классифицируются на машины со статической системой самовозбуждения, независимой тиристорной системой возбуждения и бесщеточным возбуждением.

8.2.2. Турбогенераторы с воздушным охлаждением серии Т

Турбогенераторы с воздушным охлаждением (серии Т) выпускаются мощностью 2,5; 4, 6, 12 и 20 МВт (табл. 8.1). Генераторы мощностью 2,5 — 12 МВт имеют косвенное воздушное охлаждение активных частей, генераторы мощностью 20 МВт — непосредственное воздушное охлаждение обмотки ротора и косвенное воздушное охлаждение других активных частей.

Турбогенераторы мощностью 2,5 — 12 МВт выполняются на фундаментных плитах с одним стояковым изолированным подшипником, с одним свободным концом вала. Турбогенератор типа Т-20-2 выполняется с двумя стояковыми подшипниками.

Турбогенераторы имеют закрытое исполнение, обеспечивающее систему самовентиляции по замкнутому циклу. Машины типов Т-2,5-2, Т-4-2, Т-6-2, Т-12-2 имеют горизонтальные газоохладители, расположенные по бокам статора на фундаментной плите. В турбогенераторе типа Т-20-2 используются шесть вертикально расположенных газоохладителей. Газоохладители имеют амортизационные подвески.

Циркуляция охлаждающего воздуха в турбогенераторе осуществляется внутренними вентиляторами, укрепленными по обеим сторонам бочки ротора. Для уменьшения попадания пыли внутрь корпуса статора на валу предусмотрены воздушные уплотнения. Для восполнения утечек воздуха предусмотрен засос воздуха из окружающей среды через фильтры, расположенные на внешних щитах.

Сердечник статора состоит из разделенных вентиляционными каналами пакетов. Пакеты набираются из сегментов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Об-

мотка статора — двухслойная с укороченным шагом. Изоляция обмотки статора — термореактивная типа «монолит-2» класса нагре-востойкости В. При эксплуатации турбогенераторов контроль нагрева осуществляется термометрами сопротивления, установленными в пазах в местах максимальных температур. Обмотка имеет шесть выводов, которые проходят через встроенные трансформаторы тока.

Ротор турбогенератора изготовлен из цельной стальной поковки. В бочке ротора выполнены пазы, в которые уложена обмотка возбуждения. Изоляция — класса на-гревостойкости F с допустимой рабочей температурой 145 °С, измеренной методом сопротивления.

В турбогенераторе типа Т-20-2 для обеспечения вентиляции под пазами выполняются подпазовые каналы. Обмотка ротора этого турбогенератора изготовляется из полосовой меди, намотанной на ребро с присадкой серебра. В пазовой части витков обмотки выполняются овальные отверстия, образующие в катушке радиальные вентиляционные каналы.

Лобовые части обмотки закрыты немагнитными роторными бандажами, имеющими горячую посадку на центрирующие кольца. Ротор динамически балансируется. Для увеличения поверхности теплоотдачи на бочке ротора выполнено рифление.

Контактные кольца изготовляются из износостойкой стальной поковки и насаживаются на вал с промежуточной изолировочной втулкой.

Щеточная траверса состоит из двух металлических шин, собранных на стальных шпильках, и крепится к кожуху контактных колец. Траверса и контактные кольца закрыты кожухом. Смазка подшипников скольжения — циркуляционная под давлением от

Таблица 8.1. Основные технические данные турбогенераторов серии Т (частота вращения

3000 об/мин, cos<p=0,8)

Тип турбогенератора

Мощность, кВт

Напряжение статора, В

Ток статора, А

КПД, %

Напряжение возбуждения, В

Ток возбуждения, А

Масса, кг

Т-2,5-2

2500

3150

572

97,2

83

243

12 500

 

 

6300

286

 

 

 

 

Т-4-2

4000

3150

916

97,4

113

274

15000

 

 

6300

458

 

 

 

 

Т-6-2

6000

6300

687

97,6

140

248

20000

 

 

10500

412

 

139

246

 

 

 

6300

1376

 

230

291

 

Т-12-2

12000

10 500

825

97,6

230

289

27 000

Т-20-2

20000

6300

2295

97,6

190

. 545

60000

 

 

10 500

1375

 

192

548

 

Рис. 8.4. Габаритные и установочно-присоединительные размеры турбогенератора типа Т-20-2

масляной системы турбины. Подшипник со стороны контактных колец изолирован от фундаментной плиты, маслопровода и электропровода подсвета слива масла.

Контроль температуры активных частей генератора, подшипников охлаждающего воздуха и воды осуществляется термометрами и термодатчиками.

Габаритные и установочно-присоединительные размеры турбогенератора типа Т-20-2 приведены на рис. 8.1.

8.2.3. Турбогенераторы с водородным охлаждением серии ТВФ

В серию ТВФ входят турбогенераторы мощностью 63, 100 и ПО МВт (табл. 8.2). Турбогенераторы имеют непосредственное форсированное охлаждение обмотки ротора водородом и косвенное водородное охлаждение обмотки статора.

Корпус статора — цилиндрический, сварной, газонепроницаемый, неразъемный. Сердечник статора собран на продольных реб-

рах из сегментов электротехнической стали и вдоль оси разделен вентиляционными каналами на пакеты. Ребра сердечника приварены к поперечным кольцам корпуса статора. С торцов сердечник статора закреплен нажимными кольцами из немагнитной стали. Для демпфирования электромагнитных потоков рассеяния лобовых частей обмоток статора под нажимными кольцами установлены медные экраны.

Пазы статора — открытые, прямоугольные. Обмотка статора — трехфазная, двухслойная, стержневая, с укороченным шагом. Лобовые части обмотки — корзиночного типа. Стержни обмотки сплетены из сплошных прямоугольных медных проводников. Изоляция стержней непрерывная термореактивная.

В пазах стержни закрепляются волнообразными прокладками и клиньями, а лобовые части обмотки — кронштейнами, кольцами и различными распорками. Линейные и нулевые выводы выведены из корпуса статора через изоляторы.

Ротор изготовлен из цельной поковки

Таблица 8.2. Технические данные турбогенераторов серии ТВФ (частота вращения

3000 об/мин, coscp = 0,8)

* У турбогенераторов мощностью 63 МВт есть исполнение на напряжение статора 6,3 кВ.

специальной высококачественной стали. В бочке ротора профрезерованы прямоугольные пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения из полосовой меди с присадкой серебра. Обмотка выполняется с непосредственным охлаждением витков водородом по схеме самовентиляции с забором водорода из зазора машины. В пазах обмотка закреплена клиньями. Лобовые части удерживаются бандажными кольцами, которые изготовляются из немагнитной стали. Контактные кольца насажены на изолированный конец вала за подшипником со стороны возбудителя.

Токоподводы установлены в центральном осевом отверстии ротора. Они соединяются с обмоткой и контактными кольцами изолированными шинами и специальными изолированными болтами.

Подшипник со стороны возбудителя — стоякового типа, выносной, с шаровым самоустанавливающимся вкладышем. Смазка подшипника принудительная. Масло подается под давлением из маслопровода турбины.

Рядом с подшипником установлена щеточная траверса для подвода тока возбуждения на контактные кольца ротора.

Для предотвращения утечки водорода из корпуса статора на наружных щитах генератора установлены масляные уплотнения вала. Заданное давление масла и необходимый перепад между давлениями водорода и уплотняющего масла автоматически поддерживается регуляторами при всех рабочих и переходных режимах работы турбогенераторов.

Вентиляция турбогенератора осуществляется по замкнутому циклу. Циркуляция водорода обеспечивается двумя вентиляторами, установленными на валу ротора. Водо-

род охлаждается газоохладителями, горизонтально встроенными в корпус статора.

Тепловой контроль всех основных узлов турбогенератора производится установленными в них термометрами сопротивления, подключенными к контролирующим приборам.

8.2.4. Турбогенераторы с водородно-водяным охлаждением серии ТВВ

В серию ТВВ входят турбогенераторы мощностью 160, 200, 220, 300, 500, 800, 1000 и 1200 МВт на 3000 об/мин (рис. 8.2) и турбогенераторы мощностью 1000 МВт на 1500 об/мин (табл. 8.3).

Турбогенераторы имеют непосредственное охлаждение обмотки статора дистиллированной водой, непосредственное форсированное охлаждение обмотки ротора водородом, внешней поверхности ротора и сердечника статора — водородом.

Учитывая возможности транспортировки, корпус статора выполняют в двух вариантах. Турбогенераторы мощностью 160— 220 МВт имеют однокорпусное исполнение статора. Корпус сделан сварным, газонепроницаемым, неразъемным и имеет внутри поперечные кольца жесткости для крепления сердечника. С торцов статор закрыт внешними щитами.

Турбогенераторы мощностью 300 — 800 МВт имеют разъемные статоры. Корпус статора выполнен из трех частей: центральной и двух концевых. Корпус турбогенератора заполнен водородом под давлением. Охлаждающий водород циркулирует под действием двух осевых вентиляторов, установленных на валу ротора, и охлаждается в газоохладителях, встроенных в корпус генератора.

Таблица 8.3. Технические данные турбогенераторов серии ТВВ

Тип турбогенератора

Мощность, МВт

COS ф

Напряжение статора, кВ

Ток статора, кА

Напряжение возбуждения, В

Ток возбуждения, А

КПД, %

ТВВ-160-2Е

160

0,85

18

6,04

360

2300

98,5

ТВВ-200-2А

200

0,85

15,75

8,625

300

2540

98,6

ТВВ-320-2

300

0,85

20

10,2

447

2900

98,6

ТВВ-500-2

500

0,85

20

17

474

3530

98,7

ТВВ-800-2

800

0,9

24

21,4

612

3790

98,75

ТВВ-1000-2

1000

0,9

24

26,73

427

7550

98,75

ТВВ-1200-2

1200

0,9

24

16,05

517

7500

98,8

ТВВ-1000-4

1000

0,9

24

26,73

467

6990

98,7

Продолжение табл. 8.3

 

Частота

Расход ма-

Давление

 

Статическая

Индуктивные сопротив-

1ип гуроо-генератора

вращения,

об/мин

териалов, кг/(кВ • А)

водорода, кПа

ОКЗ

перегружае-мость

ления, о. е.

 

 

ТВВ-160-2Е

3000

0,88

294

0,459

1,7

0,33

0,22

ТВВ-200-2А

3000

1,0

294

0,51

1,66

0,27

0,18

ТВВ-320-2

3000

0,96

392

0,62

1,7

0,26

0,17

ТВВ-500-2

3000

0,65

441

0,442

1,63

0,36

0,24

ТВВ-800-2

3000

0,58

480

0,476

1,56

0,31

0,22

ТВВ-1000-2

3000

0,49

480

0,4

1,53

0,38

0,27

ТВВ-1200-2

3000

0,457

490

0,45

1,50

0,36

0,25

ТВВ-1000-4

1500

0,6

490

0,45

1,54

0,45

0,32

Турбогенераторы мощностью 160 — 220 МВт имеют четыре газоохладителя, установленных внутри корпуса статора вдоль оси машины. Турбогенераторы мощностью 300 — 800 МВт имеют четыре газоохладителя, расположенных вертикально, по два в каждой концевой части. Циркуляция технической воды в газоохладителях осуществляется насосами, расположенными вне генератора.

В средней части корпуса на концевых перегородках укреплен сердечник статора. Сердечник статора собран на продольных ребрах из сегментов электротехнической стали и вдоль оси разделен вентиляционными каналами на пакеты.

С торцов сердечник статора закреплен нажимными кольцами из немагнитной стали. Для демпфирования электромагнитных потоков рассеяния лобовых частей обмотки статора под нажимными кольцами установлены медные экраны. Обмотка статора — трехфазная, двухслойная, с укороченным шагом, стержневая. Лобовые части обмотки — корзиночного типа. Пазы статора — открытые прямоугольные.

Турбогенератор мощностью 160 МВт имеет шесть выводов статорной обмотки, из

них три линейных и три нулевых. Турбогенераторы мощностью 200—1000 МВт имеют девять выводов статорной обмотки: шесть нулевых и три линейных.

Обмотка статора турбогенератора мощностью 1200 МВт шестифазная и состоит из двух трехфазных обмоток, сдвинутых относительно друг друга на 30°. Турбогенератор имеет 18 выводов статорной обмотки - по 9 с каждой стороны.

Стержни обмотки сплетены из сплошных и полых элементарных проводников. Для охлаждения обмотки по полым проводникам циркулирует дистиллированная вода. Изоляция стержней — непрерывная, термореактивная. В пазах стержни закреплены специальными прокладками и клиньями. Лобовые части закреплены кронштейнами, кольцами и различными распорками.

Ротор изготовлен из цельной поковки специальной высококачественной стали. В бочке ротора выфрезерованы пазы, в которые уложена обмотка возбуждения из полосовой меди с присадкой серебра. Ее охлаждение осуществляется непосредственно водородом по схеме самовентиляции с забором газа из зазора машины.

В пазах обмотка закреплена клиньями.

Таблица 8.4. Габаритные размеры и масса турбогенераторов

Тип турбогенератора

Масса ротора, т

Масса статора (монтажная), т

Масса генератора, т

Размеры, мм

Длина с возбудителем

Ширина

Высота

ТВФ-63-2УЗ

25,4

87,7

123,6

10687

3600

4290

ТВФ-120-2УЗ

30,8

113,5

179

11380

3960

4610

ТВФ-63-2ЕУЗ

18,4

72,4

93

10560

3518

4208

ТВФ-110-2ЕУЗ

28,9

99,7

151

11164

4140

4410

ТВВ-160-2ЕУЗ

30,8

115

167

12650

3760

4640

ТВВ-200-2УЗ

41,8

170

235

13 875

3960

4790

ТВВ-320-2УЗ

55,1

201,7

340

15915

4700

5750

ТВВ-500-2УЗ

65

225

384

17175

5360

6980

ТВВ-800-2УЗ

84

322

515

19 300

5560

7530

ТВВ-1000-2УЗ

86,5

318

541

23135

5560

7530

ТВВ-1200-2УЗ

104

410

610

25160

6400

6250

ТВВ-1000-4УЗ

156

333

667

21820

6100

8020

ТГВ-200-2М

48,1

170

256

11666

4712

3276

ТГВ-300-2

55,8

266

364

16960

4150

2995

ТГВ-500-2

61,5

218

361

12 370

5020

2995

ТГВ-500-4

150

215

495

19173

5620

2950

ТВМ-300-2

50,4

245

393

12 370

3860

3974

ТВМ-500-2

63,5

244

340

18110

3860

5666

Лобовые части обмотки удерживаются бандажными кольцами (из поковок немагнитной стали). Роторные бандажные кольца - консольного типа и имеют горячепрессовую посадку на бочке ротора. От осевых перемещений бандажные кольца удерживаются кольцевой шпонкой и гайкой, навинченной на носик бандажа с наружной стороны.

Контактные кольца установлены на валу ротора за подшипником со стороны возбудителя. Щетки и контактные кольца охлаждаются вентилятором.

Щеточная траверса установлена на фундаментной плите рядом с подшипником.

Токоподводы, соединяющие контактные кольца с обмоткой возбуждения, устанавливаются в осевом отверстии вала ротора.

На валу роторов турбогенераторов мощностью 1000 и 1200 мВт контактных колец нет. Подвод тока к обмотке ротора осуществляется непосредственно от стержня токоподвода возбудителя к стержню токо-подвода ротора турбогенератора радиальными медными клиньями.

Опорный подшипник со стороны возбудителя — стоякового типа, выносной, имеет шаровой самоустанавливающийся вкладыш. Подшипник со стороны турбины встроен в цилиндр низкого давления турбины. Смазка подшипника принудительная. Масло подается под избыточным давлением из напорного маслопровода турбины через бак аварийной смазки.

Для предотвращения выхода водорода

Технические данные турбогенератора

Мощность полная, MB A.....800

Мощность активная, МВт .... 889

Коэффициент мощности.....0,9

Номинальное напряжение, кВ . . . 24

Номинальный ток, к А......21,4

Ток возбуждения, А.......4875

Напряжение возбуждения, В .... 390

Число пазов статора.......42

Число пазов (пазовых делений ротора) 44(70) Размеры турбогенератора, мм:

диаметр статора внутренний . 1400

диаметр ротора.......1200

диаметр корпуса внешний . . . 4280 длина сердечника статора . . .7100

длина ротора полная.....14290

Параметры по результатам испытаний:

КПД, %..........98,86

ОКЗ...........0,5

статическая перегружаемость . .1,52 Индуктивные сопротивления, о. е.: синхронное по продольной оси

xd............2,28

переходное x'd........0,307

сверхпереходное x"d......0,245

из корпуса статора на внешних щитах генератора установлены масляные уплотнения вала.

Заданное давление масла и необходимый перепад между давлением водорода и давлением уплотняющего масла автоматически поддерживаются регулятором при всех рабочих и переходных режимах работы турбогенераторов.

Тепловой контроль всех основных узлов турбогенератора производится установленными в них термометрами сопротивления, подключенными к контролирующим приборам.

Габаритные размеры турбогенераторов приведены в табл. 8.4. На рис. 8.3 приведены габаритные и установочно-присоединитель-ные размеры турбогенератора ТВВ-500-2.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..