Системы обеспечения функционирования синхронного генератора

1.2.1. Особенности систем охлаждения генераторов.

Для того чтобы температура генераторов во время их работы оставалась в допустимых пределах, необходим непрерывный интенсивный отвод теплоты от них, который и выполняется при помощи системы охлаждения.

В настоящее время применяются следующие системы охлаждения: воздушная косвенного охлаждения, воздушно-жидкостная, водородно-водяная и полностью водяная с охлаждением стали статора водородом или воздухом.

В качестве охлаждающей среды в современных генераторах применяют газы (воздух, водород) и жидкости (вода, масло). Их сравнительные теплоотводящие свойства приведены в табл. 1-2.

Охлаждающая среда	Давление, МПа	Физические свойства в долях показателей воздуха
		Тепло­проводность	Плотность	Теплоотводящая способность
Воздух	0,100	1,0	1,0	1,0
Смесь водорода (97 %) и воздуха (3 %)	0,103	5,9	0,098	1,33
Водород	0,103	7,1	0,070	1,44
	0,200	7,1	0,140	2,75
	0,300	7,1	0,210	3,00
	0,400	7,1	0,280	4,00
Трансформаторное масло	0,100	5,3	848,0	21,0
Вода	0,100	23,0	1000,0	50,0

 Таблица 1

 

Температура охлаждающей среды установлена стандартами равной 40°С, и при изменении по каким-либо причинам этой температуры допускаются соответствующие изменения q _доп, а сле­довательно, и нагрузки генератора.

Турбогенераторы выполняются с воздушным, водородным, водородно-жидкостным или чисто жидкостным охлаждением. Ги­дрогенераторы имеют воздушное или воздушно-жидкостное охлаж­дение.

По способу отвода теплоты от меди обмоток системы охлажде­ния подразделяются на косвенные (поверхностные) и непосред­ственны е.

а) Косвенные системы охлажде­ния. Исторически первой системой охлаждения генераторов была система косвенного воздушного охлаждения, при которой циркуляция воздуха в машине осуществляется вентиляторами, насаженными на вал с обоих ее торцов. Газ (воздух или водород) циркулирует в зазоре между ротором и статором, а также в вентиляционных каналах сердечника статора. Поэтому тепло, выделяемое в проводниках обмоток ротора и статора, поглощается охлаждающим газом лишь после того, как оно пройдёт через пазовую изоляцию и сталь ротора или статора. При этом в изоляции, активной стали и на поверхности каналов имеют место перепады температур, сумма которых равна превышению температуры меди обмотки над температурой охлаждающей среды. Основная доля превышения температур приходится на изоляцию, поэтому номинальная мощность генератора заданных размеров в значительной мере ограничена тепловыми характеристиками изоляции.

При косвенном охлаждении (оно применяется только при газах) охлаждающий газ не соприкасается с проводником обмоток, а теплота, выделяемая в них, передаётся газу через изоляцию, которая таким образом оказывается перегруженной в тепловом отношении и значительно ухудшает теплопередачу.

Косвенная воздушная система охлаждения может быть проточной и замкнутой. При проточной системе воздух, пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу. Такая вентиляция применяется только для генераторов небольшой мощности, так как, несмотря на наличие фильтров, с воздухом в машину попадает и пыль.

Для более крупных генераторов, требующих большого количества воздуха, во избежание их загрязнения применяют замкнутую вентиляцию, при которой в машине циркулирует одно и то же количество воздуха; нагретый воздух охлаждается в воздухоохладителях и снова поступает к активным частям машины.

Рис. 1.13. Замкнутая система косвенного воздушного охлаждения

Нагретый в машине воздух выбрасы­вается через горячие камеры в воздухоохладитель, расположен­ный под генератором, а оттуда через общие камеры холодного воздуха поступает обратно в генератор (рис. 1.13, 1.14).

 

 

Рис. 1.14. Схемы циркуляции воздуха в замкнутой системе вентиляции

В зависимости от распо­ложения вентиляционных каналов и направления движения воз­духа в машине различают осевую (рис. 1.15. а) и радиальную (рис. 1.15. б) вентиляцию.

                а)                                                           б)

Рис. 1.15. Распо­ложение вентиляционных каналов и направления движения воз­духа в машине: а - осевая вентиляция, б - радиальная вентиляция.

 

Увеличение мощности генераторов в единице требует такого повышения электромагнитных нагрузок, при которых воздух не обеспечивает необходимый отвод тепла. В настоящее время косвенное воздушное охлаждение приме­няют ограниченно, в турбогенераторах только до 12 МВт и в ги­дрогенераторах до 150÷160 МВт. Поэтому в системах охлаждения крупных турбогенераторов и синхронных компенсаторов воздух заменён водородом. Косвенная водородная система охлаждения может быть только замкнутой.

Водород в качестве хладагента имеет по сравнению с воздухом следующие преимущества: плотность водорода в 14,3 раза меньше воздуха (при 3% примеси воздуха - в 10 раз) и потери на трение вращающегося ротора генератора в водороде в 10 раз меньше, чем в воздухе, теплоемкость водорода в 14 раз больше, чем воздуха, теплоотдача в 3,6 раза больше, водород пожаробезопасен (не поддерживает горение), КПД машины с водородным охлаждением на 1% больше, чем с воздушной системой (данные для избыточного давления водорода 0,294 МПа (3 кгс/см²).