Кавітація в турбінах і вибір відмітки робочого колеса. Конструкція основних вузлів гідрогенераторів (стр. 2 из 3)

В залежності від параметрів і умов роботи, вертикальні генератори виконують трьох типів: підвісного, зонтичного і з опорою на кришку турбіни.

Основні системи та пристрої генератора такі:

- система збудження – призначена для живлення постійним струмом обмоток ротора, які створюють необхідне магнітне поле;

- гальмівна система – призначена для зменшення часу роботи з пониженою частотою обертів при зупинці агрегатів;

- система охолодження (буває повітряна, форсована і водяна);

- система контролю захисту управління - для повної автоматизації роботи гідроагрегатів і сигналізації про порушення умов нормальної роботи;

- протипожежні пристрої;

- система для відтиснення води – для видалення води з турбіни і верхнього конусу відсмоктувальної труби.

2.2 Підбір гідрогенераторів

Основними розмірами гідрогенератора є: діаметр розточки статора Di, довжина активної сталі la, діаметр активної сталі Da, число полюсів p.

Гідрогенератори ГЕС випускають, в основному, таких марок:

де букви, використані при маркуванні означають: С – синхронний, В – вертикальний, Г – горизонтальний, Ф – форсоване охолодження, К – капсульне виконання, В (остання літера) – вертикальне виконання капсульних агрегатів.

Повна потужність генератора визначається за залежністю:

де NГ – потужність генератора, МВт;

cosj - коефіцієнт потужності (cosj=0,8...0,9).

Діаметр розточки статора (Di, м) визначаємо за залежністю:

де n0 – синхронна частота обертів агрегату, об/хв;

К – коефіцієнт, що визначається механічною міцністю ротора при допустимій кільцевій розгінній швидкості uрозг£uдоп.

Для дискових роторів uдоп=180…185 м/с. Коефіцієнт К у формулі рекомендується приймати у межах К=1750...2300. Отримане значення Diнеобхідно заокруглити до стандартного.

Діаметр активної сталі (Dа) пов’язаний із діаметром розточки статора співвідношенням:

Dа=Dі + а,

де запас а=50...90 см для вертикальних гідромашин і а=30...40 см для горизонтальних, у тому числі і для капсульних агрегатів.

Довжина активної сталі 1а визначається за залежністю, яка пов’язує геометричні і енергетичні параметри гідрогенератора:

де Sг iNг – повна і активна потужності машини, відповідно кВА і кВт;

С – коефіцієнт використання активних матеріалів,

.

Таким чином

При використанні аналогів, у яких необхідні параметри не співпадають, довжина активної сталі 1а.необ. може бути визначена з умови електричної подібності машин (при однакових С, Di, cosj):

де індекс “необ.” означає необхідні параметри електричної машини, індекс “ан.” – параметри машини-аналога.

Після визначення параметрів laiDiуточнюємо тип конструкції електричної машини: при

рекомендується генератор підвісного виконання, при - зонтичного. При і n0>400¸500 об/хв. приймається підвісне виконання, а при n0£400¸500 об/хв – зонтичне.

Кількість полюсів генератора р=2П визначається із співвідношення:

де П – “пара полюсів”;

f– частота струму в енергосистемі, Гц.

В Україні прийнята частота f=50 Гц. Кількість полюсів приймається парною, а при великій кількості – кратна чотирьом, і узгоджується із допустимим питомим навантаженням на один полюс і розмірами дуги ободу ротора.

Крім того, при проектуванні ГЕС визначаються такі параметри генератора, як маховий момент (GD2, т·м2), маса ротора (Gp, т), загальна маса (G0, т), постійна механічної інерції агрегату (Та, с):

при повітряному охолодженні:G0=ylaDi,

Gp»(0,5...0,55)G0,

В залежностях приймаються такі позначення:j=4,9...5,1 – коефіцієнт для вертикальних агрегатів, для горизонтальних і капсульних j=2,6...2,8; y=44...50 і y=48...58 - коефіцієнти відповідно для зонтичних і підвісних генераторів.

Інші позначення пояснено раніше у тексті, причому laiDiу рівняння підставляються у метрах, активна потужність електромашини Nу кВт, повна потужність S – у кВА. Значення Та повинне бути більшим необхідного із умов гарантій регулювання. При невиконанні цієї вимоги потрібно відкоригувати значення laiDi.

2.3 Компонування гідроагрегатів

Найбільш вагомими факторами в компонуванні гідроагрегатів є тип турбіни і розміщення осі гідроагрегата (вертикальне або горизонтальне). Вибір того чи іншого варіанту повинен обґрунтовуватися техніко-економічним розрахунком.

У вертикальних гідроагрегатів ГЕС генератор завжди розміщується над турбіною. Робоче колесо і ротор генератора жорстко закріплені на окремих валах, з’єднаних між собою. Вертикальне положення гідроагрегатів забезпечується підп’ятниками та радіальними опорами.

Горизонтальні агрегати використовуються у випадку застосування горизонтальних капсульних або прямоточних агрегатів .

При застосуванні ковшових турбін при потужності агрегату до 120 МВт застосовується вертикальне компонування із 6¸7 соплами, які подають воду до ковшової турбіни, а при потужності агрегату меншій 120 МВт застосовується вертикальне компонування із 2¸4 соплами, або горизонтальне із 1¸2 соплами.

2.4 Трансформатори ГЕС

Для передачі енергії від ГЕС в енергосистему, напруга, що надходить від генератора, з метою зменшення її втрат у ЛЕП, повинна бути збільшена. Електричні апарати, які перетворюють електричний струм однієї напруги у іншу, називаються трансформаторами.

На ГЕС в основному використовуються підвищувальні трансформатори (трифазові або група однофазових). Трансформатори потрібно розташовувати якомога ближче до гідроагрегатів біля машинної зали ГЕС: при русловому компонуванні – зі сторони нижнього б’єфу, при пригреблевому – між машинною залою і греблею на спеціальному майданчику.

Від трансформаторів електричний струм поступає на підвищуючу підстанцію до розподільчих пристроїв (відкритих /ВРП/ або закритих /ЗРП/), звідти – на лінію електропередач високої напруги, і далі – до споживачів.

При маркуванні трансформаторів використовуються такі літерні позначення: А – автотрансформатор, О – однофазовий, Т – трифазовий, М – із масляним охолодженням, Д – із охолодженням дуттям повітря, Ц – примусова циркуляція масла через охолоджувач, Ф – форсоване охолодження, Т (в середині марки) – триобмотковий, С – сухий, Г – грозотривкий, Т (остання літера марки) – тропічне виконання.

Наприклад, марка АТДЦТГ 240000/330 розшифровується, як: автотрансформатор трифазовий, з примусовою циркуляцією повітря і масла через охолоджувач, триобмотковий, грозотривкий, потужністю 240 тис. кВт із напругою на виході 330 кВ.

При великих потужностях агрегатів (Na>200 MBт) використовується з'єднання електричної схеми одного генератора з одним трансформатором і з одним виводом високої напруги (1Г-1Т-1В), або з'єднання одного генератора з одним трансформатором і з двома виводами високої напруги (1Г-1Т-2В).

При необхідності отримання різних напруг на виводах: 1Г-2Т-2В.

При кількості агрегатів Za>10 і потужності агрегатів 60<Na<150 MBт – спарений блок 2Г-2Т-1В.

При кількості агрегатів Za>10 і потужності агрегатів Na<60 MBт – збільшений блок 2Г-1Т-1В.

Підбираються трансформатори по каталогах за необхідною потужністю (Sтр) і високою напругою (Uвн):

де zг – кількість генераторів;

Nго – потужність одного генератора, МВт;

сosj - коефіцієнт потужності (для трансформаторів сosj=0,9).

Крім того, слід пам’ятати, що трансформатори допускають тимчасове перевантаження 5¸10 %, або короткочасне аварійне до 20¸40 % при форсованому охолодженні.

2.5 Механічне та допоміжне обладнання ГЕС, вантажопідйомні механізми

До механічного обладнання ГЕС відносять:

- затвори для перекривання проточного тракту водоприймачів, водоскидів, відсмоктувальних труб;

- затвори на напірних станційних трубопроводах;

- сміттєзатримуючі решітки у водоприймачах;

- підйомно-транспортні механізми (козлові, напівкозлові і мостові крани, підвісні однорельсові тельфери та ін.);

- стаціонарні підйомні механізми (лебідки, гідропідйомники для обслуговування затворів і т.п.);