VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Гидрогенератор состоит из двух основных частей — статора, неподвижной части, располагаемой в виде кольца в полу машинного зала агрегатного блока ГЭС, и ротора— вращающейся части, располагаемой внутри статора и сопрягаемая с валом гидротурбины.

Те части конструкции генератора, которые служат для процесса выработки электрической энергии, а именно, обод ротора, полюсная система, сердечник статора с обмоткой, это активные части конструкции. Остальные части, служащие для крепления, поддержания активных частей и установки всей конструкции, это конструктивные части [1, 2, 3].

Если диаметр корпуса статора превышает 5 м, то по транспортным условиям он выполняется разъемным, состоящим из двух, четырех или шести частей. Для соединения частей между собой предусматриваются стыковочные плиты и стяжные шпильки.

Гидрогенераторы выполняются преимущественно с вертикальным валом, подвесного типа — с подпятником (пятой) над генератором, или зонтичного типа — с пятой под генератором. Через подпятник передается усилие от веса вращающихся частей агрегата (ротора генератора, вала, рабочего колеса гидротурбины) и реакции воды проточной части на строительные конструкции агрегатного блока здания ГЭС. Например, нагрузка на подпятник генератора составляет для Братской ГЭС - 16 МН; Красноярской ГЭС - 26 МН; Саяно-Шушенской ГЭС - 32 МН.

Трущиеся поверхности подпятника располагаются в масляной ванне подпятника. Внутри масляной ванны подпятника располагаются маслоохлаждающие теплообменники, внутри которых протекает охлаждающая вода. У подвесного гидрогенератора подпятник, располагаемый над ротором, опирается на верхнюю крестовину. Для не очень крупных машин подвесное исполнение предпочтительнее, так как обладает большей механической устойчивостью. С внешней стороны корпуса, напротив окон в обшивке статора, устанавливаются воздухоохладители.

С внутренней стороны сердечника по всей его окружности в сегментах статора предусмотрены пазы для укладки в них катушечной или стержневой обмотки, обычно двухслойной. Фундаментом вертикального гидрогенератора является верхняя часть шахты турбины. В монолитной конструкции фундамента предусматриваются: опоры статора, нижней крестовины, тормозов. Корпус статора крепится к фундаменту закладными болтами-шпильками. Опора статора выполняется либо сплошной, либо в виде отдельных колоны.

Гидрогенераторы из-за больших объемов и трудностей герметизации до мощности 250 МВт выполняются с воздушным охлаждением сердечника статора и обмоток. Мощные гидрогенераторы изготовляются с водяным охлаждением обмотки статора и воздушным форсированным охлаждением ротора. Гидрогенераторы с водяным охлаждением обмотки ротора широкого применения не получили.

Машины с воздушным охлаждением могут иметь разомкнутую и замкнутую системы вентиляции. При разомкнутой системе вентиляции в закрытую машину воздух подается извне обычно за счет вентиляторов на валу машины и, пройдя через нее, выбрасывается наружу. Такой вид вентиляции применяется только для машин мало мощности. При замкнутом цикле охлаждения в машине циркулирует один и тот же объем охлаждающего воздуха. При этом количество пыли, попадающей в машину сведено до минимума и имеет место только за счет присосов воздуха через неплотности вентиляционного тракта.

Генераторы Кондопожской ГЭС относятся к генераторам подвесного типа вертикального исполнения. Генераторы предназначены для непосредственного соединения с турбинами типа Френсиса. Гидрогенераторы №1 и №2 (таблица 1) представляют собой синхронные генераторы 3-х фазного тока частотой 50 Гц типа GS-2808 фирмы ASEA, закрытого исполнения, с циркулирующим воздушным охлаждением, с вертикальной осью, с соединительным фланцем для непосредственного соединения с водяной турбиной, вместе с верхним, комбинированным несущим и направляющим подшипником и нижним подшипником. Оба генератора изготовлены в Швеции в 1946 году.

Схема гидроагрегата и размещение средств технического контроля представлены на рисунке 1, параметры технологического контроля в таблице 1. Охлаждаются генераторы путем вентиляции по замкнутому циклу с раздельным подводом и отводом охлаждающего воздуха. Охлаждение нагретого воздуха осуществляется посредством воздухоохладителей, расположенных в нише возле генератора.

Охлаждение воздуха, циркулирующего в замкнутой системе вентиляции, производится в теплообменных аппаратах-воздухоохладителях, в которых отводимые воздухом потери передаются охлаждающей воде. Наибольшее распространение получили схемы разомкнутого водоснабжения специальных трубчатых воздухоохладителей, в которых охлаждающая вода забирается из циркуляционной системы водоснабжения электростанции или подстанции, посредством подъемных насосов поступает в воздухоохладители, а затем подогретой сливается в сбросной водовод. В воздухоохладители гидрогенераторов средненапорных ГЭС охлаждающая вода поступает самотеком из спиральных камер гидроагрегатов. Недостатками таких схем являются безвозвратная потеря теплоты, отводимой от машины, и опасность закупорки внутренних поверхностей трубок воздухоохладителей минеральными и биологическими отложениями.

Таблица 1 - Параметры технологического контроля

№ поз.	Наименование	Количество точек контроля
1	Контроль температуры масла на выходе маслоохладителя	2
2	Контроль циркуляции воды охлаждения	1
3	Контроль давления ТВС	1
4	Контроль температуры масла на входе маслоохладителя	2
5	Контроль температуры меди статора	4
6	Контроль давления в системе торможения	1
7	Контроль давления ВВД	1
8	Контроль давления в котле МНУ	1
9	Контроль уровня в котле МНУ	1
10	Контроль уровня в баке МНУ	2
11	Контроль перепада уровня на сороудерживающей решетке	2
12	Контроль уровня верхнего бъефа	1
13	Контроль уровня нижнего бъефа	1
14	Контроль давления в спиральной камере	1
15	Контроль циркуляции масла в ТП	1
16	Контроль состояния РЗА	288
17	Контроль уровня масла в ванне ПП	1
18	Контроль температуры сегментов ПП	7
19	Контроль температуры сегментов ВГП	8
20	Контроль виброперемещений (верхней крестовины в вертикальном и радиальном направлении со стороны НБ и радиальном со стороны ПБ)	3
21	Контроль биений вала (в направлении ВБ-НБ и ПБ-ЛБ)	4
22	Контроль температуры меди и железа статора	6 + 4
23	Контроль температуры холодного воздуха охлаждения статора	2
24	Контроль температуры горячего воздуха охлаждения статора	4
25	Контроль уровня масла в ванне НГП	1
26	Контроль температуры сегментов НГП	9
27	Контроль оборотов вала	1
28	Контроль уровня масла в ванне ТП	1
29	Контроль температуры сегментов ТП	2
30	Контроль положения НА	1
31	Контроль электрических параметров ГА	8
32	Контроль виброперемещений( нижней крестовины в радиальном направлении со стороны НБ и ПБ)	2
33	Контроль виброперемещений (крышки турбины в вертикальном направлении со стороны НБ)	1
34	Контроль виброперемещений (ТП в радиальном направлении со стороны ПБ и НБ)	2

Существенное значение в работе обмоток электрических машин и их изоляции имеет температура в процессе эксплуатации. Температура обмотки и стали машины зависит не только от электрического режима (тока, напряжения), но и от температуры охлаждающей среды. Поэтому во время работы генераторов и синхронных компенсаторов необходимо вести контроль как за температурой обмотки и стали статора, так и температурой охлаждающей среды. Температура обмотки и стали статора контролируется с помощью заложенных заводом температурных индикаторов, в качестве которых в настоящее время используются, в основном, термопреобразователи сопротивления. Термосопротивления в виде плоских элементов из бифилярно намотанной медной проволоки закладываются заводом изготовителем при изготовлении машины на дно паза (для измерения температуры стали) и между стержнями (для измерения температуры обмотки), в местах предполагаемого наибольшего нагрева машины не менее чем по одному в каждую фазу между стержнями и на дно паза.

Рисунок 1 - Схема гидроагрегата и размещение технических средств

У машин с непосредственным охлаждением обмотки статора водой термометры сопротивления устанавливаются под клин всех тех стержней, которые являются последними в цепи данной ветви водяного охлаждения, предусматривается также установка термосопротивлений на боковой поверхности каждого нижнего стержня в районе выхода его из сердечника.

Температура охлаждающей среды контролируется непосредственно перед входом и на выходе из машины. Для машины с воздушным охлаждением используются ртутные термосопротивления, устанавливаемые перед вентилятором или в специальных карманах торцевых щитов. Разность температур охлаждающей среды на входе и выходе из генератора позволяет судить о состоянии машины и своевременно обнаружить отклонение от нормального режима работы.

Воздушное давление создается вращающимися выступающими полюсами ротора, а также лопастными вентиляторами, расположенными с нижней стороны ротора.

Лопасти расположены таким образом, что воздух при вращении ротора направляется между соседними полюсами. Проходя между полюсами и охлаждая обмотку возбуждения, воздух попадает в вентиляционные каналы статора. Далее через отверстия в корпусе статора и щель между корпусом статора и основанием воздухоохладителя, воздух поступает в воздухоохладитель и затем направляется обратно к нижней стороне генератора. Воздухоохладитель состоит из 4-х секций соединенных параллельно. Охлаждение производится протекающей водой из системы технического водоснабжения (ТВС). Для контроля температуры обмоток статора генератора используются термопреобразователи медные и платиновые.

С понижением температуры охлаждающей среды ниже определенного уровня возможна конденсация влаги на трубопроводах, охладителе и т.п., температура, при которой имеет место конденсация влаги, зависит от местных условий и, как правило, ниже 20 °С.

Существенное значение также имеет контроль за температурой воды, подаваемой в газоохладители. По разнице температур газа на выходе из газоохладителя и охлаждающей воды на входе в газоохладитель судят о загрязненности трубок последнего или о недостатке охлаждающей воды. Контроль температуры воды на выходе газоохладителей позволяет оценить правильность раздачи воды по охладителям.

Работа с температурой воздуха внутри шкафа преобразователей и охлаждающего дистиллята выше установленных заводом недопустима, и в этом случае предусматривается автоматическое отключение установки. Таким образом, для надежной работы генератора или синхронного компенсатора необходим тщательный контроль за температурой охлаждающей среды устройств системы возбуждения.

Важными показателями работы уплотнений вала являются температура вкладышей и масла на сливе из уплотнений в сторону воздуха, которые характеризуют состояние баббитовой заливки вкладышей. Повышение указанных температур свидетельствует об износе несущих поверхностей вкладышей, приводящем к уменьшению толщины масляной пленки, снижению расхода масла и ухудшению теплоотвода.

При пусках и во время эксплуатации гидрогенераторов для обеспечения нормальных условий работы подшипников и подпятников, кроме наблюдения за нагреванием необходимо контролировать также температуру и уровень масла в их масляных ваннах.

Литература

1 Коломиец Н.В. Электрическая часть электростанций и подстанций: учебное пособие / Н.В. Коломиец, Н.Р. Пономарчук, В.В. Шестакова Томский политехнический университет. - Томск : Изд-во ТПУ, 2007. - 143 с.

2 Щавелев Д.С. Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции). - Л., 1981.

3 Акопян Р. Е. Тепловая диагностика гидрогенераторов //Атореферат дис. ... доктора технических наук : 05.09.01.- Ереван, 1996.- 43 с.

Код для цитирования: Скопировать