Elementul principal al părții electrice a centralei electrice este un generator sincron (SG) de curent alternativ cu o înfășurare trifazată pe stator. Generatorul convertește energia mecanică a rotației turbinei în energie electrică. Generatorul sincron este o sursă de putere activă (R.MW) și reactivă (Q.Mvar).
Să analizăm pe scurt principiul funcționării unui generator sincron, indiferent de tipul turbinei.
Din punct de vedere structural, SG cuprinde două elemente principale:
1) stator fix, în care este amplasată înfășurarea trifazată a curentului alternativ;
2) un rotor rotativ în care este așezată bobina de excitație DC.
Bobina statorului este similară unui cadru staționar. Rotorul este ca un magnet care se rotește în interiorul cadrului. Proprietățile magnetice ale rotorului sunt obținute datorită faptului că un curent constant trece prin bobină. Acest curent este furnizat din sistemul de excitație. Câmpul magnetic al rotorului penetrează cadrul, iar fluxul magnetic variază în funcție de timp, deoarece rotorul se rotește. În consecință, în conformitate cu legea lui Faraday de inducție electromagnetică, în cadrul este creat un CEM. Când generatorul este pornit, adică când înfășurarea statorului este scurtcircuitată la o anumită sarcină electrică, în această bobină va curge un curent alternativ. Statorul dobândește de asemenea proprietăți magnetice.
Bobina statorică este trifazată. Aceasta înseamnă că în stator există în mod esențial trei înfășurări diferite plasate la un unghi de 120 ° unul față de celălalt. Prin urmare, curenții care curg prin ele sunt și curenți trifazici. În acest caz, câmpul electromagnetic al statorului se va roti, cu aceeași frecvență ca și rotorul. De aceea generatorul este denumit sincron.
Interacțiunea câmpurilor magnetice ale rotorului și statorului creează un moment electromagnetic îndreptat în modul generator al mașinii electrice pentru a satisface momentul mecanic creat de turbina cu abur, gaz sau hidraulic. Dacă aceste două momente sunt egale, rotorul generatorului se va roti la o viteză constantă, asigurând o frecvență stabilă a EMF înfășurării statorului, care coincide cu frecvența tensiunii de alimentare. Viteza rotorului (n.rpm) este legată de frecvența curentului sinusoidal (f.hz) conform formulei:
unde p este numărul de perechi de poli de rotor.
Numărul minim de perechi de poli este p = 1, deci viteza maximă la f = 50 Hz este:
n = 60 # 8729; 50/1 = 3000 rpm.
Odată cu creșterea numărului de poli, viteza de rotație va scădea.
Principiul general de funcționare a oricărui generator sincron este prezentat mai sus. Să luăm în considerare caracteristicile suplimentare ale execuției și funcționării generatoarelor turbo și hidrogeneratoare.
Turbogeneratoarele sunt utilizate la termocentrale și centrale nucleare. În cazul CET și a centralelor nucleare cu instalații VTU pe un arbore cu rotorul generatorului, o turbină cu abur se rotește, în cazul CET-urilor cu instalații GTU, o turbină cu gaz. Axa de rotație a turbogeneratorului este orizontală.
Rotorul turbogeneratorului se rotește, de regulă, la o frecvență de 3000 rpm (cu o pereche de poli) sau mai puțin frecvent la o frecvență de 1500 rpm (cu două perechi de poli). Viteza mare a generatorului turbo determină caracteristicile sale de proiectare.
rotor turbogenerator funcționează întreg, un cilindru de oțel, care se numește „butoiul rotor“. Pe partea exterioară a acestui cilindru, canelurile sunt măcinate în care este așezată o înfășurare DC.
Cu o viteză de rotație de 3000 rpm, lungimea rotorului poate ajunge la 8 m, diametrul este de 1,25 m. Lungimea maximă este determinată de rezistența oțelului pentru îndoire. Diametrul maxim este limitat de viteza de rotație a rotorului. Cu un diametru mai mare, forțele centrifuge devin atât de mari încât ele duc la deformarea plastică a oțelului rotorului. Dimensiunile limită ale rotorului unui turbogenerator sunt limitate de capacitățile metalurgiei moderne.
Statorul este recrutat din numeroase plăci de oțel destul de subțiri (aproximativ 0,5 mm). Forma lor vă permite să puneți înfășurarea statorului în canelurile formate. Între stator și rotor este prevăzut un mic decalaj de câteva cm mai mică diferența, cu atât mai bine interacționează cu câmpurile magnetice ale rotorului și statorului, pe de altă parte -. Mai greu pentru a preveni părțile mobile ale pășunatul fixe.
Pentru turbogeneratoarele mari, sunt caracteristice următoarele tensiuni: 6.3; 10,5; 15.75; 18; 20; 24 kV. Numai mașinile individuale cu sistem de răcire pe bază de apă, pe care le produce instalația electrotehnică Novosibirsk, cum ar fi TVM-500UZ, sunt proiectate pentru o tensiune nominală de 36,75 kV. Tensiunea UH = 27 kV în loc de UN = 24 kV se presupune a fi introdusă pentru unitățile puternice cu reactoare VVER-1200. Puterea nominală nominală atinge în prezent o valoare maximă de Pn = 1200 MW.
Parametrii turbogeneratoarelor sunt menționați în referința [1] (Tabelul 2.1 de la pagina 76).
Apoi, luați în considerare generatoarele de hidrogen și comparați-le cu generatoarele de turbogenerare.
Hidrogeneratoarele sunt utilizate la centralele electrice și centralele termice. În mod tipic, axa de rotație a generatorului hidraulic, în contrast cu turbogeneratoarele, este verticală. Acest lucru se datorează caracteristicilor de proiectare ale turbinelor hidraulice. Există excepții de la această regulă - de exemplu, un hidrogenerator de tip capsulă.
Hidrogenatoarele sunt mașini cu mișcare lentă. Frecvența rotației lor nu depășește, de regulă, 600 rpm. Această circumstanță determină caracteristicile de proiectare ale generatoarelor hidraulice.
Rotorul hidrogeneratorului, spre deosebire de turbogeneratorul, nu este realizat dintr-o singură bucată, ci sub forma unei roți cu jantă și spițe. În afara acestei roți, este atașată înfășurarea curentului direct al rotorului.
Rotor diametru hidrogenerator poate atinge 20 m la o înălțime de 5 m. Diametrul mare al rotorului este determinată după cum urmează. Cu cât viteza rotorului este mai mică, cu atât mai mult este necesar să se creeze poli pentru a obține o frecvență de 50 Hz. Pentru a găzdui un număr mare de poli, este necesară o anumită lungime a circumferinței exterioare a rotorului. De exemplu, hidro Krasnoyarskaya HPP au o frecvență de rotație n = 93,8 / min, ceea ce corespunde numărului de perechi de poli p = 60 # 8729; 50 / 93,8 = 32 și numărul de poli este 64. Pentru a face numărul de poli pe jantă, diametrul rotorului trebuie să fie de 16 m.
Statorii de hidrogeneratori puternici sunt atât de mari în diametru încât nu sunt livrați la centralele termice care sunt construite complet, ci sub formă de sectoare separate.
Pentru hidrogeneratoarele mari, sunt caracteristice următoarele tensiuni: 6.3; 10,5; 13,8; 15,75 kV. Masinile individuale sunt executate pentru tensiuni nominale de 14,4 si 16,5 kV. Capacitățile active nominale ating acum o valoare maximă Рн = 640 MW (unități ale centralei electrice Sayano-Shushenskaya). Se planifică crearea unor hidrounități cu o capacitate unitară de Рн = 1000 MW. Parametrii hidrogeneratoarelor sunt prezentați în cartea de referință [1] (Tabelul 2.2 de la pagina 82).
Foarte important este sarcina de răcire a generatoarelor. În timpul lucrărilor la înfășurările statorului și rotorului, curenții care determină trecerea lor de încălzire. Sub influența acestor curenți, în generator apar un flux magnetic care conduce la încălzirea statorului și a rotorului. În același timp, părțile structurale ale mașinii sunt încălzite - arbore, rulmenți, rulmenți axiali etc. Încălzirea este principala cauză a îmbătrânirii accelerate a izolației. Pentru îndepărtarea căldurii din stator și rotor asigurați conducte de ventilație și dispozitive speciale (ventilatoare pe arborele mașinii, pompe pentru alimentarea lichidului de răcire). Răcirea generatoarelor poate fi aer, hidrogen, apă, ulei).
Prin metoda de disipare a căldurii se distinge răcirea indirectă și directă.
Cu răcire indirectă, gazul de răcire (aer sau hidrogen) este alimentat în interiorul generatorului prin intermediul ventilatoarelor construite în capetele rotorului și conduse prin spațiul dintre stator și rotor și conductele de ventilație. În acest caz, gazul de răcire nu vine în contact cu conductorii înfășurărilor, iar căldura eliberată de ele este transferată pe gaz prin izolație.
În caz contrar, lichidul de răcire (gaz sau lichid) este trecut prin canalele interne speciale ale conductelor goale și intră în contact direct cu acestea, ocolind izolația și oțelul dinților.
Se utilizează un sistem indirect indirect de răcire pentru turbogeneratoarele cu putere relativ scăzută și cele mai multe generatoare de hidrogen. Aerul încălzit în generator este expus în răcitorul de aer și apoi alimentat înapoi la generator. De obicei, se utilizează un sistem închis de circulație, atunci când același aer trece prin generatorul.
Hidrogenul are proprietăți de răcire mai mari decât aerul. Coeficientul său de conductivitate termică este de 7,2 ori mai mare, iar densitatea este de 14 ori mai mică decât cea a aerului, ceea ce reduce semnificativ pierderile de ventilație. Izolația în mediul de hidrogen nu este oxidată, prin urmare durata de viață este crescută. Hidrogenul nu suportă arderea, deci cu daune interne în mașină, probabilitatea unui incendiu este mai mică decât răcirea cu aer. Pe de altă parte, în anumite proporții, un amestec de hidrogen și oxigen devine exploziv. Pentru a exclude pericolul formării unui amestec exploziv, presiunea de hidrogen din carcasa generatorului trebuie să fie oarecum mai ridicată decât presiunea atmosferică a aerului înconjurător. Pentru a preveni scurgerea hidrogenului din carcasa generatorului, se aplică etanșări de ulei între piesele mobile și cele fixe. Pentru a evita formarea amestecului exploziv în timpul reparațiilor, hidrogenul este mai întâi deplasat din carcasa generatorului printr-un gaz inert (dioxid de carbon sau azot), iar acest gaz este înlocuit cu aer. Umplerea corpului cu hidrogen se face în ordine inversă.
Chiar agent mai eficient pentru răcirea generatorului este apa, coeficientul de transfer termic care depășește 40-50 de ori transferul de căldură aer. Apa distilată intră în conductoarele goale din cupru ale înfășurărilor. Răcirea cu apă este, de obicei, combinată cu răcirea cu hidrogen, dar există și un sistem de răcire cu apă pură, numit "trei ape". În acest sistem, înfășurările statorului și rotorului sunt răcite de apă, precum și de circuitul magnetic.
Folosirea uleiului, în plus față de sarcinile de răcire, poate economisi pe izolația înfășurării statorului - adică se utilizează o izolație relativ ieftină și fiabilă de tip hârtie pentru uleiul de hârtie. Prin urmare, se poate utiliza o tensiune mai mare a generatorului. De exemplu, generatorul TVM-500 este proiectat pentru o tensiune mărită de 36,75 kV, în timp ce generatoarele obișnuite de aceeași putere utilizează 20 kV. O astfel de creștere a tensiunii nominale a făcut posibilă reducerea cu aproape a jumătății a curentului statoric și, în consecință, facilitarea părților care transportă curentul. Cu toate acestea, datorită dificultăților în funcționare, sistemul de răcire a uleiului nu este răspândit pe scară largă.
Pentru turbogeneratoarele se folosesc toate tipurile de răcire. Sistemul de răcire cu aer al turbogeneratoarelor are limitări. Acest lucru se datorează faptului că cilindrul solid neted al rotorului este răcit numai din partea laterală a spațiului de aer.
Hidrogenatoarele, din cauza volumelor mari și a dificultăților de etanșare a carcasei lor, sunt de obicei efectuate cu răcire cu aer. De asemenea, alegerea aerului ca un răcitor este facilitată de faptul că hidrogeneratoarele au aóCu cât suprafața de răcire este mai mare decât turbogeneratoarele, datorită diametrului mare al rotorului. Cu toate acestea, la putere mare (250 MW), cum ar fi generatoare hidroelectrice Krasnoyarskaya (unități de 500 MW), se utilizează răcirea apei a înfășurării statorului și răcirea aerului a miezului rotorului și înfășurări.
Trimiteți-le prietenilor: