6.3 Системи за охлаждане на генератора

По време на работа на генератора в неговите намотки и магнитни вериги възникват загуби на енергия, които се отделят в генератора под формата на топлина. Това води до повишаване на температурата на структурните елементи на генератора. Повишаването на температурата е особено опасно за изолацията, т.к. причинява бързо стареене. За да се ограничи температурата на генератора до ниво, при което стареенето на изолацията ще бъде бавно и животът на генератора ще бъде равен на изчисления, се използват системи за изкуствено охлаждане.

Охлаждането, в зависимост от конкретната конструкция, може да се извърши с въздух, водород, вода, масло. Отвеждането на топлина може да се извършидиректноот проводниците на намотката през каналите, разположени вътре в жлебовете, илииндиректноот повърхността на ротора и статора.

6.4 Превключване на синхронни генератори в паралелна работа

Включването на синхронни машини в мрежата за паралелна работа се извършва чрез метода на фина синхронизация и метода на груба синхронизация, който за генераторите обикновено се нарича метод на самосинхронизация. Понякога честотният старт се използва и за синхронни машини, а несинхронното превключване също се използва за генератори.

Метод за фина синхронизация. Този метод се използва при свързване на синхронни генератори към мрежата. Състои се в това, че генераторът първо се завърта от турбината до скорост, близка до синхронната, след което се възбужда и при определени условия се включва в мрежата. Необходимите условия за включване на машината са:

1) равенството на напреженията на включения генератор и работещия генератор или мрежа;

2) фазово съвпадение на тези напрежения;

3) равенство на честотите на включения генератор и работещия генератор или мрежа.

Първото условие се осигурява чрез регулиране на тока на възбуждане на машината,а за изпълнение на второто и третото условие е необходимо да се промени въртящият момент на вала му, което се постига чрез промяна на количеството пара или вода, преминали през турбината.

Изпълнението на условията за точна синхронизация може да се извърши ръчно или автоматично. При ръчна синхронизация всички операции за управление на възбуждането и регулиране на честотата се извършват от дежурния персонал, а при автоматична синхронизация - автоматични устройства. Използва се и ръчна синхронизация с автоматично управление на синхронизацията, което забранява включването на превключвателя на синхронизираната машина, ако не са изпълнени условията за синхронизация. С точна ръчна синхронизация на напрежението и честотата, те се управляват от два волтметъра и два честотомера, монтирани на контролния панел, а фазовото изместване на напрежението се контролира от синхроноскоп; последният позволява не само да се улови моментът на съвпадението на фазите на напреженията, но и да се определи дали генераторът, който е включен, се върти по-бързо или по-бавно от работещите. Тези устройства са обединени в така наречената "колона за синхронизация". Волтметърът и честотомерът, свързани със синхронизирания генератор, са свързани към неговия трансформатор на напрежение, а волтметърът и честотомерът, свързани с работещи генератори (или мрежи), обикновено са свързани към трансформатора на напрежение на шината на станцията. Синхроскопът е свързан едновременно към двата напреженови трансформатора.

Ако всички горепосочени условия са изпълнени, разликата в напрежението между генератора и мрежата е нула, така че няма циркулиращ ток между включени и други генератори. Точната ръчна синхронизация има следните недостатъци:

1) сложността на процеса на превключване поради необходимостта от регулиране на напрежението по модул и фаза, както и честотата на генератора;

2) дълга продължителноствключване - от няколко минути в нормален режим до няколко десетки минути при аварии в системата, придружени с промяна на честотата и напрежението, когато е особено важно да се осигури бързото свързване на генератора към мрежата;

3) възможността за механични повреди на генератора и главния двигател, когато агрегатът е включен с голям ъгъл на напредване.

Метод на самосинхронизиране. Премахва необходимостта от фина настройка на честотата и фазата на напрежението на включената синхронна машина. Последният се разгръща със скорост, която се различава леко от синхронната (с точност до няколко процента), а невъзбуден се включва в мрежата. В този случай намотката на възбуждането се затваря към разряден резистор, използван за гасене на полето, или към специално предвиден за тази цел резистор, или към арматурата на възбудителя, за да се избегне появата на опасни за изолацията му напрежения във възбудителната намотка. След като генераторът е включен, към мрежата се изпраща импулс за включване на AGP и машината се възбужда.

В момента, в който невъзбудената синхронна машина е включена в мрежата, се получава удар на тока на статора и намаляване на напрежението в мрежата. Токът и съответната електродинамична сила (тя е пропорционална на квадрата на тока) обаче са по-малки, отколкото при късо съединение на клемите на генератора. Това се дължи на факта, че статорният ток в момента на включване се определя само от мрежовото напрежение Uc (тъй като генераторът не е възбуден и неговият EMF е нула), което е по-малко от EMF на нормалния режим, и общите съпротивления X "dΣ и XqΣ “, които са по-големи от съответните съпротивления на генератора X" d и X "q поради мрежовото съпротивление. Освен това, по време на самосинхронизация, затихването на свободните периодични компоненти на тока се случва по-бързо, отколкото по време на късо съединение, тъй като в първия случай роторът е затворен към разряден резистор. Следователно, дорипогрешно включване на машината в мрежа с голямо приплъзване, когато продължителността на увеличените токове е достатъчно голяма, не е опасно.

Тестовете показват, че статорната намотка механично не реагира на първия пик на превключващия ток; деформацията достига максималната си стойност само след няколко периода след включване. Като се вземе предвид и бързото затихване на свободния свръхпреходен компонент на статорния ток, при оценка на допустимостта на самосинхронизацията е възможно да се определи първоначалната стойност на периодичния компонент на тока Iп0 и напрежението U на клемите на генератора чрез преходното съпротивление:

Електродинамичните сили, които влияят върху намотката на статора на машини с неизпъкнал полюс по време на самосинхронизация, са по-големи от тези на машини с изпъкнал полюс, тъй като машините с неизпъкнал полюс имат относително големи разделения на полюсите, големи надвеси на крайните връзки на намотката на статора и по-ниски индуктивни съпротивления (определящи първоначалната стойност на превключващия ток) от машините с изпъкнал полюс.

Магнитният поток, създаден от статорния ток, индуцира ток в ротора, в резултат на което в машината възниква съответен роторен магнитен поток. Взаимодействието на тези магнитни потоци води до създаването на електромагнитен въртящ момент. Най-голямата опасност за машината е променливият въртящ момент, който възниква в първите периоди от време след включването на възбудената машина в мрежата. Най-голямата стойност на този момент е равна на:

т.е. той е толкова по-малък, колкото по-голямо е съпротивлението на мрежата Xc и колкото по-малка е разликата между X ” dΣ и X ” qΣ. Следователно турбогенераторите с масивен ротор и машините с изпъкнал полюс с демпферни намотки по двете оси на ротора са по-малко засегнати от редуващи се въртящи моменти, отколкото машините с изпъкнал полюс без демпферни намотки.намотки. В общия случай Хс≠0, следователно, в момента на включване на невъзбудена синхронна машина в мрежата, тя е подложена на по-малък въртящ момент, отколкото при трифазно късо съединение, докато в случай на погрешно свързване на възбудена машина към мрежата, въртящите моменти могат да бъдат няколко пъти по-високи от моментите при трифазно късо съединение.

Моментите, възникващи в машината по време на самосинхронизация, от една страна, се възприемат от структурни елементи, които закрепват активната стомана към корпуса и корпуса на статора към основата, а от друга страна, те се прехвърлят към вала на първичния двигател. Моментът, възприет от главния двигател, е приблизително равен на отношението на неговия инерционен момент към инерционния момент на целия агрегат. Този коефициент за хидрогенераторите е по-малък от този за турбогенераторите и е 0,05 - 0,1.

В стационарния асинхронен режим с постоянно приплъзване на машината моментът се състои от редуващи се компоненти, които се променят с двойна честота на приплъзване, и постоянни компоненти. Знакопроменливите компоненти на момента влияят на влизането на машината в синхрон само при малки приплъзвания (s≤1,0%), а при големи приплъзвания работата, дължаща се на тези компоненти, е практически равна на нула. При синхронна скорост (s=0) тези компоненти се превръщат в компонент на реактивен въртящ момент поради изричния поляритет на машината (XdΣ≠XqΣ):

където δ0 е фазата на включване.

Постоянният компонент на въртящия момент определя средния асинхронен въртящ момент

което има основно влияние върху процеса на въвеждане на генератора в синхронизъм; при синхронна скорост този момент става равен на нула. Колкото по-голям е средният асинхронен въртящ момент, толкова по-лека е машината, свързана към мрежата с известно приплъзване,приближава синхронна скорост. Освен това, поради реактивния въртящ момент и синхронния въртящ момент поради възбуждане,

където δ е ъгълът между векторитеEqиUc, машината е изтеглена в синхрон.

Най-големият асинхронен момент засяга турбогенераторите с масивен ротор, а най-малкият - хидрогенераторите без демпферни намотки. Турбогенераторите, дори когато са включени с големи приплъзвания (15–20%), влизат в синхрон за 2–3 s.

Предимствата на метода на самосинхронизация са:

значително опростяване на операцията по превключване, което позволява използването на проста система за автоматизация на процеса;

бързо свързване на машината към мрежата, което е особено важно в случай на авария в системата;

възможност за включване на машини по време на дълбоки спадове на напрежението и мрежовата честота, които възникват в случай на аварии в системата; няма риск от повреда на машината.

Падането на напрежението, което възниква, когато невъзбудена машина е свързана към мрежата, може да бъде значителна, ако мощността на включената машина е съизмерима с мощността на системата или я надвишава. Въпреки това, този факт не може да послужи като пречка за включване на машините чрез метода на самосинхронизация, тъй като напрежението се възстановява бързо (след около 1-2 s).

В момента за машини с мощност до 3000 kW включително самосинхронизацията е основният начин за преминаване към паралелна работа. Възможността за използване на този метод за включване на машини с мощност над 3000 kW е ограничена от допустимата стойност на електродинамичните сили в намотката на статора.

Включването на машини с индиректно охлаждане по метода на самосинхронизация се препоръчва в случаите, когато преходната съставка на статорния ток в момента на включване не надвишава 3,5 пътиноминален ток на статора. Почти всички хидрогенератори и турбогенератори с индиректно охлаждане, работещи по блокова схема с повишаващи трансформатори, отговарят на това условие.

Включването по метода на самосинхронизиране на генератори с директно охлаждане на намотките е разрешено само в аварийни условия. Когато няколко генератора работят на шини за генераторно напрежение, методът на самосинхронизация не винаги е приложим; допуска се само в случаите, когато е изпълнено изискването:In0≤ 3,5Inom.

В извънредни случаи, като се използва методът на самосинхронизация, е разрешено да се включат всички машини, независимо от коефициента на комутационния ток и начина на охлаждане.