Содержание к диссертации
Введение
1. АНАЛИЗ КАЧЕСТВ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ТОРМОЖЕНИЯ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
1.1. Цель затормаживания генераторов
1.2. Способы торможения гидрогенераторов в процессе останова 16
1.3. Недостатки фрикционного торможения і
1.4. Современное состояние вопроса исследования схем и способов , гидрогенераторов
ВЫВОДЫ 30
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОШ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ 32
2.1. Расчёт длительности торможения агрегата 62
2.2. Зависимость потерь в генераторе от частоты вращения в процессе
2.3. Зависимость тормозного момента от частоты вращения агрегата 39
2.4. Оптимизация процесса ЗГ генераторов Г-33 и ГАЗС 41
2.5. Расчёт процесса ЗГ на ЦВМ 48
2.6. Пути устранения недостатков током статора вывода 62
3. ЭГ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ С ПРОТЕЧКАМИ ЭД1 3 ТУРБИНЕ
3.1. Особенности ЗГ гидрогенераторов с остаточным моментом на валу
3.2. Комбинированный способ генераторов током статора с синхронным захватом 67
3.3. Влияние добавочного сопротивления на эффективность ЭГ генераторов с протечками воды
в турбине
3.4. ЭГ генераторов, работающих в блоке с силовым трансформатором
3.4.1. Общие требования, предъявляемые к коммутационному аппарату устройства ЭТ »9
3.4.2. Преимущества установки коммутационного аппарата устройства ЭГ на стороне Ш силового трансформатора
ВЫВОДИ
4. ЭГ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ С МАССИВНЫМИ ПОЛЮСАМИ И ДВИГАТЕЛЕЙ-ГЕНЕРАТОРОВ 103
4.1. Особенности конструкции синхронных машин с массивными полюсами
4.2. ЭГ пониженным напряжением обратного чередования фаз
4.3. Расчёт потерь в массивных полюсах при
4.4. Рекуперативное торможение двигателей-генераторов ГАЗС
4.5:. Организация экспериментальных исследований
4.6. Экономическая эффективность внедрения ЭТ
ВЫВОД
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
МАТЕРИАЛЫ О ВНЕДРЕНИИ
- Цель затормаживания генераторов
- Расчёт длительности торможения агрегата
- Особенности ЗГ гидрогенераторов с остаточным моментом на валу
- Особенности конструкции синхронных машин с массивными полюсами
Цель затормаживания генераторов
С развитием энергетики график нагрузки потребителей становится всё более неравномерішм. сто вынуждает использовать для покрытия пиковой часзти графика нагрузки генераторы большой мощности 200 МІЗТ и более . Работа гидроэлектростанций в пиковом режиме связана с частыми пусками и остановками агрегатов [зо]. вопросы пуска гидрогенераторов нашли довольно широкое отражение в литературе [l5, 22, 38, 57, 58].
Трудности осуществления остановки агрегатов связаны с тем, что современные гидрогенераторы характеризуются большими инерционными массами. Вес вращающихся частей зачастую превышает 500 тонн. Частота вращения агрегатов пиковых ГЗ С также довольно велика - 200-500 об/мин.
8 соответствии с законом инерции вращающихся масс при вращении ротора с угловой частотой о) вращающиеся части машины обладают кинетической энергией где 0 - момент инерции.
После отключения от сети в процессе выбега генератора по инерции происходит медленное расходование накопленной энергии на трение, и ротор остановится только тогда, когда вся запасённая им энергия выделится в виде потерь в турбине, в зазоре между статором и ротором, в подпятнике и других частях машшы .
Отдельные виды потерь находятся в различных зависимостях от частоты вращения [69]. Упрощенно эти зависимости выражаются следующим образом:
- вентиляционные потери Рв = Ка П ;
- добавочные потери Pfog= . П ; 3
- потери на трение в подпятнике г1_ = К„„ П ;
- потери на трение в подшипниках Prf)s.KTPn ;
- потери вращающегося в воде рабочего колеса турбины
Ррк =крк2 где кв К(?О6 К КТР/КРК- коэффициенты пропорциональное ти. Графически зависимости отдельных видов потерь от частоты вращения показаны на рис. І.І. С уменьшением частоты вращения в процессе выбега влияние потерь уменьшается, прохождение конечного участка торможения затягивается. Для иллюстрации сказанного на рис. L.Z показана кривая выбега без принудительного торможения агрегата мощностью 250 МВт. Начиная с частоты вршцения П 0,311 , из-за уменьшения влияния механических потерь крутизна кривой выбега уменьшается и она становится более пологой.
Процесс выбега по инерции до полной остановки у быстроходных агрегатов высоконапорных ГЗ С имеет длительность И5-30 минут, что резко снижает их оперативность работы. Для ускорения остановки агрегата предусматривается специальное тормозное устройство.
Расчёт длительности торможения агрегата
Развитие гидроенергетики СССР в ближайшие годы связано с освоением труднодоступных районов. Растёт число Г 33, сооружаемых в условиях высокогорья, для которых характерны высокие уровни напора воды. Запоріше органы турбин обычно имеют некоторые протечки воды, создающие остаточный момент на валу агрегата, который может превышать ТА номинального вращающего момента.
Наличие протечек воды з турбине учтено и в ГОСТ. .3 соответствии с ГОЗТ 5616-72 "тормозное устройство долино обеспечивать остановку гидроагрегата с учётом вращающего момента равного ТА от номинального вращающего момента турбины".
Одним из наиболее оффективных способов борьбы с протечками является применение шарового затвора. Однако шаровые затворы, установленные лишь на некоторых P3J, очень усложняют эксплуатацию и вряд ли получат широкое распространение. Кроме того, время полного закрытия шарового затвора обычно не менее полуто-ра-двух минут. 3 следствие ИТОГО время выбега агрегата до полной остановки существенно возрастает. Шаровые затворы имеют имеют малый ре сур: работы и не могут применяться на Г133, работающих в пиковой части графика нагрузки.
Таким образом протечки вода в турбине превращаются в серьёзную проблему даже на новых Г33 и должны обязательно учитываться при выборе способа и- схемы электрического торможения.
В процессе эксплуатации вследствие естественного износа и загрязнения геометричность уплотнений напрвляющего аппарата турбины (НА) нарушается, величина протечек возрастает.
Как отмечалось ранее, для выяснения величины протечек воды через направляющие аппараты турбин автором было проведено анкетирование.
Анализ отзывов на анкету показал полное отсутствие каких-либо сведений у эксплуатационного персонала по этому вопросу. Ни на одной из опрошенных ГЭС замеры уровней протечек не проводилиоь.
В отсутствие научно-обоснованных данных эксплуатационный персонал оценивает протечки воды умозрительно. На Усть--Илимской ГЭС протечки оценивают порядка 0,3 м воды в секунду, на Воткинской - 3 ьг/с, на Мамаканской ГЭС 0,5 номинального расхода воды и т.д. Многие авторы в ответах на анкету относительно протечек пишут: "Нет данных".
Особенности ЗГ гидрогенераторов с остаточным моментом на валу
Как отмечалось ранее, основными недостатками способа ЭТ током статора являются: довольно сложная аппаратура, необходимость в независимом источнике постоянного тока, а также уменьшение потерь в меди статора, а следовательно, и тормозного момента на конечном участке торможения. В предыдущих главах рассмотрены пути частичного устранения этих недостатков, но все они приводят к ещё большему усложнению схемы ЭТ и, как следствие этого, уменьшению надежности.
Возникла необходимость в создании более простых,и более эффективных способов ЭТ. Но разработка новых способов торможения в значительной мере сдерживается особенностями конструкции гидрогенераторов.
Генераторы обычного исполнения имеют успокоительную обмотку, состоящую из стержней, уложенных в пазы на поверхности полюсов и объединенных короткозамыкающими сегментами. Такая конструкция получила название демпферной клетки.
При отклонении частоты вращения ротора от синхронной в демпферной клетке наводятся токи, которые, взаимодействуя с полем статора, создают ускоряющий или тормозной момент, возвращающий ротор к синхронной скорости.
Неравномерное распределение токов по стержням демпферной клетки приводит к различному тепловому расширению средних и крайних стержней и при значительном отклонении от номинального режима деформации клетки в целом [2l] .
В качестве мер, способствующих частичному устранению этого недостатка, можно предложить следующие:
1. Изготовление стержней демпферной клетки различного диаметра.
2. Применение стержней из материалов с разной проводимостью.
3. Различное углубление стержней в тело полюса. Средние стержни демпферной клетки должны устанавливаться в пазах на большей глубине, чем крайние.
Практическое применение этих предложений сдерживается технологическими трудностями их реализации.
Роль демпферной клетки у генераторов с массивными полюсами играет верхний слой полюса. Генераторы подобной конструкции способны выдерживать значительно большие тешювые и механические перегрузки, что даёт толчок к разработке новых способов ЗГ.
Более простым и более эффективным по сравнению с торможением током статора является ЭТ путём подачи в обмотку статора пониженного напряжения обратного чередования фаз. Этот способ ЗГ разработан автором и опубликован в [18].
При подаче в обмотку статора напряжения обратного чередования фаз примерно З-б/о номинального величина токов обратной последовательности в статоре и потери в роторе будут не больше допустимых.
Особенности конструкции синхронных машин с массивными полюсами
Как отмечалось ранее, основными недостатками способа ЭТ током статора являются: довольно сложная аппаратура, необходимость в независимом источнике постоянного тока, а также уменьшение потерь в меди статора, а следовательно, и тормозного момента на конечном участке торможения. В предыдущих главах рассмотрены пути частичного устранения этих недостатков, но все они приводят к ещё большему усложнению схемы ЭТ и, как следствие этого, уменьшению надежности.
Возникла необходимость в создании более простых,и более эффективных способов ЭТ. Но разработка новых способов торможения в значительной мере сдерживается особенностями конструкции гидрогенераторов.
Генераторы обычного исполнения имеют успокоительную обмотку, состоящую из стержней, уложенных в пазы на поверхности полюсов и объединенных короткозамыкающими сегментами. Такая конструкция получила название демпферной клетки.
При отклонении частоты вращения ротора от синхронной в демпферной клетке наводятся токи, которые, взаимодействуя с полем статора, создают ускоряющий или тормозной момент, возвращающий ротор к синхронной скорости.
Неравномерное распределение токов по стержням демпферной клетки приводит к различному тепловому расширению средних и крайних стержней и при значительном отклонении от номинального режима деформации клетки в целом [2l] .
В качестве мер, способствующих частичному устранению этого недостатка, можно предложить следующие:
1. Изготовление стержней демпферной клетки различного диаметра.
2. Применение стержней из материалов с разной проводимостью.
3. Различное углубление стержней в тело полюса. Средние стержни демпферной клетки должны устанавливаться в пазах на большей глубине, чем крайние.
Практическое применение этих предложений сдерживается технологическими трудностями их реализации.
Роль демпферной клетки у генераторов с массивными полюсами играет верхний слой полюса. Генераторы подобной конструкции способны выдерживать значительно большие тешювые и механические перегрузки, что даёт толчок к разработке новых способов ЗГ.
Более простым и более эффективным по сравнению с торможением током статора является ЭТ путём подачи в обмотку статора пониженного напряжения обратного чередования фаз. Этот способ ЗГ разработан автором и опубликован в [18].
При подаче в обмотку статора напряжения обратного чередования фаз примерно З-б/о номинального величина токов обратной последовательности в статоре и потери в роторе будут не больше допустимых.
