Работа генератора и качество электроэнергии
Вопросы улучшения качества продукции неотделимы от повышения эффективности производства, поэтому поскольку «продуктом», «выпускаемым» электростанцией, является электрическая энергия, следует рассмотреть основные факторы, влияющие на ее качество. Основными показателями, по которым оценивается качество электроэнергии, являются значение и синусоидальность напряжения и постоянство частоты, которая не должнf отличаться от 50 Гц более чем на 0,2%. Дополнительным показателем качества является симметрия напряжения во всех трех фазах сети.
Воздействие на частоту осуществляется изменением генерируемой активной мощности. Напряжение регулируется изменением реактивной мощности. Отклонение частоты в системе от номинальной приводит к изменению частоты вращения асинхронных и синхронных двигателей, что вызывает изменение производительности механизмов, которые они вращают. Так, снижение частоты вызывает уменьшение выпуска продукции промышленными предприятиями. При снижении частоты вращения резко падает производительность механизмов собственных нужд станции (например, питательных насосов). Снижение частоты характеризуется обычно увеличением потребляемой реактивной мощности, вызывающим переток последней по линиям электропередачи системы, что связано с увеличением потерь в линиях и потерь напряжения. Повышение частоты в системе, сопровождающееся увеличением потребления активной мощности, приводит к пережогу топлива на электростанции. Соответствующее ему увеличенное потребление мощности является малопроизводительным, так как работа оборудования промышленных предприятий рассчитана на нормальную частоту вращения двигателей, соответствующую частоте сети 50 Гц. В ряде случаев отклонение частоты от номинального значения может явиться причиной нарушения технологического процесса и появления брака продукции. В самом генераторе изменение частоты в широких пределах приводит к незначительному изменению потерь и температуры охлаждающего газа.
При симметричной нагрузке магнитное поле генератора неподвижно относительно ротора и вращается вместе с частотой 3000 об/мин. При несимметричной нагрузке прявляется поле, вращающееся в обратном направлении с той же частотой, а относительно ротора — с двойной частотой. Это обратное магнитное поле индуктирует в роторе ЭДС двойной частоты 100 Гц. Соответствующие ей магнитный поток и ток не могут глубоко проникать в массив ротора, и все электромагнитные процессы, связанные с наличием обратно вращающегося поля, совершаются во внешнем слое бочки и деталей ротора.
Генераторы типов ТВ, ТВ2, ТВФ и ТВВ-320-2 первых выпусков изготавливались с роторами, бандажные кольца которых имели две посадки — на вал и на бочку ротора, причем вторая посадка выполнялась через изоляционный слой стеклотекстолита. В этих роторах основная часть тока, вызванного несимметричной нагрузкой фаз, замыкается в самой бочке ротора по его торцевой зоне (не заходя в бандаж), проходя последовательно через зубцы и клинья у места выхода обмотка из паза. Роторы генераторов ТВВ-320-2 последующих выпусков и ТГВ-25, ТГВ-200, ТГВ-200М и ТГВ-300 снабжены роторными бандажами в консольном исполнении с посадкой носиком бандажа на бочку ротора, обеспечивающей плотный металлический контакт между бочкой ротора и бандажом (роторы некоторых машин снабжены также успокоительной обмоткой). В этих роторах (даже снабженных успокоительной системой) половина тока, вызванного несимметричной нагрузкой, замыкается через торец ротора, а половина проходит через место посадки носика бандажа на бочку ротора и замыкается в самом бандаже. Всегда существует потенциальная опасность ожога посадных поверхностей бочки ротора и носика бандажа при увеличении этого тока более предельного значения, поскольку надежность контакта в существующих конструкциях консольных бандажей зависит от тщательности обработки и качества сборки бандажного узла.
Допускается длительная работа турбогенераторов с косвенным и непосредственным охлаждением при неравенстве токов в фазах, не превышающем 10% номинального тока статора, что соответствует току обратной последовательности, равному приблизительно 5—7% номинального тока статора. Работа в несимметричное режиме (даже в разрешенных пределах), при котором появляются токи обратной последовательности, замыкающиеся в самом теле ротора, вызывает рост потерь, снижающий эффективность эксплуатации, а при плохом состоянии контакта посадочных поверхностей и опасность ожога.
Например, для турбогенератора мощностью 25 МВт указанные потери при 10% неравенства тока в различных фазах составляют около 15 кВт. При несимметрии нагрузки более 15—20% эти потери стремительно растут и, например, при несимметрии 50% достигают 330 кВт, более чем в 4 раза повышает потери на возбуждение ротора при этой же нагрузке. Основная часть потерь будет выделяться в местах плохого контакта на участках с повышенным сопротивлением, вызывая ожоги и повреждения посадочных поверхностей. Поэтому инструкция по эксплуатации и ремонту генераторов предусматривает необходимость принятия срочных мер к ликвидации или уменьшению несимметрии, превышающей допустимую, с одновременным тщательным контролем теплового состояния обмоток, сердечника статора и охлаждающего газа и жидкости. При невозможности уменьшить несимметрию генератор отключают от сети.
Азбукин Ю. И., Повышение эффективности эксплуатации турбогенераторов. — М.: Энергеатомиздат, 1983
