Испытание на нагрев железа активной стали турбогенератора

11 января 2024

Испытания активной стали турбогенератора проводят после капитальных ремонтов и в эксплуатации. Вокруг статора наматывается кабель и железо нагревают индукцией величиной 1 или 1,4 Тл на протяжении времени, установленного паспортом или нормами.

Испытание на нагрев железа активной стали турбогенератора

Порой еще их называют испытания на нагрев стали статора. И путают с испытаниями на нагревание. Хотя это совершенно разные испытания. Испытания на нагревание производятся на работающей машине при различных нагрузках по активной и реактивной мощности. А вот испытания на нагрев происходят на статоре турбогенератора, из которого вынут ротор и который не находится под напряжением. Целью испытаний является определение активных потерь в стали статора и определение превышения температуры.

Данный вид испытаний описан в нормах стран СНГ. Например, ниже ссылки на данный вид испытаний для РБ и РФ:

Ниже опишем, что написано в нормах про испытания стали статора

Тут основное различие в мощности генераторов, которые для данного типа испытаний классифицируются на два вида: до 12МВт и выше 12МВт. С чем связано это различие? Жду ваших ответов в комментариях.

Для генераторов ниже 12МВт:

Если мощность ТГ выше 12МВт:

Далее генераторы можно разделить еще на два типа:

Возможно, вы подскажете в комментариях, что значит дата 01.07.1977 ?

Если добиться указанной индукции не получается, то возникает интересный момент - в российских нормах допускается испытывать при отклонении не более ±0,1 Тл, а в нормах РБ этого ограничения нету и испытывать получается проще.

Методика испытаний стали статора турбогенератора

Приведем схему, которую собирают для испытания стали статора

схема испытания стали статора

У нас есть контрольная и намагничивающая обмотки. Контрольная тонкая, намагничивающая - это кабель обычно. Между обмотками желательно соблюдать девяносто градусов. Контрольной обмотки у нас один виток - на концы этого витка подключается вольтметр и два вольтовых конца ваттметра. На намагничивающую обмотку вешается бублик (ТТ) и от него питается амперметр и амперная обмотка ваттметра.

Для определения индукции существует формула:

\[ B_{\text{оп}} = \frac{U_k \times 10^4}{4.44 \times f \times w_k \times Q} = \frac{45 \times U_k}{w_k \times Q}\]

В вышеприведенной формуле:

Иногда в эту формулу вставляют число витков намагничивающей обмотки, но это неправильно. Ниже в форме таблиц приведем справочные данные из различных источников в помощь при расчетах.

Турбогенератор Напряжение на виток, В М.Д.С., А Q, см2 G, тонн
Т2-3,5-2 44 715 1970 5.17
Т2-6-2 58 1050 2600 7.8
Т2-12-2 88 1150 3970 13.1
Т2-25-2 138 1270 6200 22.7
Т2-50-2 206 1560 9300 42
Т2-100-2 410 1650 18500 89.2
ТГВ-25 131 1275 5900 21.2
ТВС-30 Э310 123 850 5550 20.2
ТВС-30 Э42 131 1275 5900 21.2
ТВ-2-30-2 138 1270 6300 23
ТВ-2-50-2, ТВ-50-2 206 1560 9300 42
ТВ-60-2 206 1156 9300 42
ТВ2-100-2 340 1650 15350 73
ТВ2-150-2 445 1860 20000 102
ТВФ-60-2 6,3кВ 163 1135 7440 31.7
ТВФ-60-2 10,5кВ 185 1110 8270 35
ТВФ-100-2 214 1240 9560 46.7
ТВВ-165-2 271 740 12200 61.8
ТВФ-200-2 392 740 17650 88.5
ТВВ-200-2 328 740 14800 74.6
ТГВ-200 354 1015 15950 82.5
ТГВ-300 396 825 17850 97.9
ТВВ-320-2 483 740 21700 115

А вот еще табличка из более старинного источника

Тип ТГ Марка стали Qa, м2 G, кг Bmax.p U2/w2, В/виток F, A*
ТВФ-63-2 6,3кВ 3413 0.7225 31200 1.4 225.6 2800
ТВФ-63-2 10,5кВ 3413 0.827 35000 1.4 257 280
ТВФ-63-2Е 6,3-10,5кВ 3413 0.651 26180 1.4 202.3 1800
ТВФ-120-2 3413 0.965 45500 1.4 300 1500
ТВФ-110-2Е 3413 0.8939 42149 1.4 278 1000
ТВВ-500-2Е 3414 2.142 113900 1 475.5 2400
ТВМ-500 3413 2.36 125140 1.4 733.5 4000
ТВМ-160 3414 1.405 72360 1.4 437 2600
ТВМ-110 3414 1.02 50860 1.4 317 2500

Намагничивающую обмотку мы будем учитывать в формуле активной мощности.

Число витков контрольной обмотки обычно 1, раньше мотали и больше, чтобы показания приборов выходили за середину шкалы, но сейчас есть приборы, которые переключают предел, так что можно обойтись и числом витков равным 1.

Если мы в РФ, то мы знаем индукцию (1 и 1,4) и можем “играть” с wк и Uк. Или например, берем один виток и определяем требуемое напряжение.

В РБ же просто подключаем схему к сети, измеряем напряжение и высчитываем индукцию. Далее по формуле, которая будет приведена ниже, определяем требуемое время испытаний для данной величины индукции.

\[ t_{\text{исп}} = 90 \left( \frac{1.0}{B_{\text{оп}}} \right)^2 \] \[ t_{\text{исп}} = 45 \left( \frac{1.4}{B_{\text{оп}}} \right)^2 \]

С числом витков намагничивающей обмотки, как я понимаю, ситуация следующая. Есть сила тока, которая протекает во время испытаний. Её можно определить по формуле I=F/wн. Значение F - известно или же его можно рассчитать.

\[ F = \pi \cdot D_{\text{ср}} \cdot H \]

в этой формуле:

Расчетная индукция, Тл Сталь марки
1411, 1412
Сталь марки
1511, 1512, 1513, 1514
Сталь марки
2411, 2412
3411, 3412, 3413, 3414
вдоль проката
3411, 3412, 3413, 3414
поперек проката
1 240 270 85 160-200 250-300
1.4 900 800 420 200-500 2500-3500

То есть регулируя количество витков намагничивающей обмотки, мы определяем ток, который будет в ней течь. А зная ток, мы можем прикинуть и допустимое  сечение кабеля по диаметру. При этом изоляция кабеля должна выдерживать две величины подаваемого напряжения как минимум.

Но чаще, у нас имеется определенный кабель, который мы используем для данного вида испытаний. И зная допустимый ток нашего кабеля, мы подгоняем количество витков намагничивающей обмотки на него.

Существует понятие напряжения на один виток обмотки при расчетной индукции:

\[ U_{\text{витка}} = 4.44 \cdot f \cdot B_{\text{оп}} \cdot Q_a \]

\[ U_{\text{н}} = U_{\text{витка}} \cdot w_{\text{н}} \cdot 1.05 \]

\[ U_{\text{к}} = U_{\text{витка}} \cdot w_{\text{к}} \]

Чтобы получить требуемое напряжение для испытаний, можно использовать:

Предпочтительнее выступает питание, при котором не будет искажаться форма кривой (трансформатор, индукционный регулятор, питаемые от сети).

Получается с числом витков определились. На верхнем рисунке у нас есть трансформатор тока, вольтметр, амперметр и ваттметр. При испытаниях класс точности измерительных приборов должен быть не ниже 0,5.

Основной этап

Кроме приборов и обмоток, при испытаниях стали следует следить за величиной нагревов пакетов стали. Для этих целей удобно использовать тепловизор, но можно обойтись и показаниями термопар.

Вначале испытаний необходимо замерить температуры статора в холодном состоянии. От этих температур дальше и будем плясать.

К этому этапу уже намотаны обмотки, подключены приборы, высчитано время проведения испытаний - осталось лишь включить источник питания. И он включается, засекается время. Проверяется напряжение обмотки и в случае отличия от расчетной пересчитывается время проведения испытаний.

Показания температур снимаются каждые 10-15 минут. Следует следить за перегревом и разницей нагревов (про эти параметры написано ниже). Записывается значение тока, напряжения, мощности, пределы на которых производится измерение ваттметра, коэффициент трансформатора тока.

По окончании испытаний данные будут анализироваться.

Определение разницы нагрева зубцов статора и потерь в спинке

На данном этапе анализируются полученные данные.

Анализируя полученные термограммы или величины сопротивлений термопар, следим за следующим: разница между начальной температурой и конечной температурой самого нагретого зубца в конце испытаний (перегрев), разница между самым холодным и самым нагретым зубцами в конце испытаний (разница нагревов). Нормы следующие:

В самой большой книге про генераторы также следующая величина: для генераторов до 1958 года перегрев- <45, разность нагревов <30 градусов Цельсия

В общем, в каждой стране свои нормы и следуйте за ними.

С температурами понятно, а вот с показаниями приборов предстоит сделать следующее.

Определение потерь в спинке, измеренных в опыте

Значит, если мы делали испытания ваттметром, вольтметром, амперметром и трансформатором тока, то формула приобретет следующий вид:

\[ P = (П_I \cdot П_U / D_W) \cdot p \cdot k_{\text{тт}} \cdot \cos\phi \cdot \left(\frac{w_{\text{н}}}{w_{\text{к}}}\right) \]

В формуле выше:

Далее полученные потери необходимо привести к требуемой величине индукции.

\[ P_{1.0} = P_{\text{оп}} \cdot \left(\frac{1.0}{B_{\text{оп}}}\right)^2 \]

\[ P_{1.4} = P_{\text{оп}} \cdot \left(\frac{1.4}{B_{\text{оп}}}\right)^2 \]

Раньше еще потери приводили к частоте сети и форме синусоидальной кривой, сейчас вроде таким не занимаются.

Затем полученные потери делим на массу железа и получаем удельные потери в Вт/кг.

\[ △P = \frac{P}{G} \]

Полученные удельные потери, приведенные к индукции 1,0 или 1,4Тл сравниваем с данными из таблички ниже (взята из норм).

Марка стали Допустимые удельные потери, Вт/кг, при
Новое обозначение Старое обозначение В=1,0 Тл В=1,4 Тл
1511 Э41 2,0 4,0
1512 Э42 1,8 3,6
1513 Э43 1,6 3,2
1514 Э43А 1,5 2,9
Направление проката стали сегментов вдоль спинки сердечника (поперек зубцов)
Э412 Э320 1,4 2,7
Э413 Э330 1,2 2,3
Направление проката стали сегментов вдоль спинки сердечника (вдоль зубцов)
Э412 Э320 1,7 3,3
Э413 Э330 2 3,9

В случае, если витки обматывают кроме железа еще и корпус машины, то полученные потери можно увеличивать на 10%.

Рейтинг: 5/5 - 3 голосов

2024 Electricalblog - блог инженера-электрика письмо автору сайта