Турбогенераторы

Вопросы, связанные с турбогенераторами можно разделить на следующие группы:

• Виды турбогенераторов, расчет, основные характеристики и паспортные данные
• Принцип работы - основные узлы, их взаимодействие

• Ремонт и диагностика - это уже про конструкцию и непосредственно “железо”
• Испытания турбогенераторов, характеристики и для чего они проводятся
• Вопросы эксплуатации - турбогенератор в работе, какие бывают ситуации

Выпускаются турбогенераторы различных серий и мощностей. Основные производители: Электросила, Лысьва, Элсиб. Популярные марки турбогенераторов:

• ТВФ
• ТВВ
• ТГВ
• Т3В
• ТВМ
• ТФ
• ТТК
• ТС

Виды турбогенераторов

Турбогенераторы по виду системы охлаждения:

• с косвенным охлаждением
• с непосредственным охлаждением

По охлаждающей среде:

• с воздушным охлаждением
• с водородным охлаждением
• с водяным охлаждением

Плюс комбинированные варианты с одним из видов охлаждения для статора, другим для ротора.

По типу системы возбуждения:

• система тиристорного самовозбуждения
• система тиристорного независимого возбуждения
• системы бесщеточные диодные
• системы диодные независимые
• системами тиристорными самовозбуждения реверсивные

Основные электрические характеристики

Номинальный режим работы - режим работы турбогенератора, который соответствует работе при номинальных значениях основных параметров. Номинальные параметры указаны на табличке на корпусе ТГ и в паспорте электрической машины.

• Полная мощность, МВА
• Активная мощность, МВт
• Напряжение статора, кВ
• Ток статора, кА
• Коэффициент мощности
• Напряжение ротора (расчетное), В
• Ток ротора (расчетный), А
• Частота вращения, об/мин
• Частота, Гц
• Соединение фаз статора
• x”d - сверхпереходное индуктивное сопротивление, если необходимо произвести расчет тока короткого замыкания (сопротивление турбогенератора)

В зависимости от числа пар полюсов, турбогенераторы могут иметь различную частоту вращения. Определяется по формуле n=60f/p. Чаще всего встречаются машины на 3000 и 1500 об/мин. 

Выпускаются турбогенераторы на разное напряжение обмотки статора и с различными схемами соединения обмоток. По номинальному напряжению статора ТГ бывают:

• 6,3 кВ
• 10,5 кВ
• 15,75 кВ
• 18 кВ
• 20 кВ
• 24 кВ

Кроме вышеописанных величин, которые используются в том числе и для расчетов, есть величины, которые используются при проведении опытов и измерений.

Так в паспорте некоторых ТГ указывается измеренное на заводе (или номинальное) значение сопротивления термосопротивлений, которые используются для контроля теплового состояния частей турбогенератора:

• температура охлаждающих сред на входе и на выходе
• температура обмотки статора
• температура стали статора

Паспортные значения термосопротивлений указаны в холодном состоянии ТГ и используются для определения нагрева при проведении испытаний турбогенератора на нагревание.

Кроме термосопротивлений важно знать значение сопротивления обмотки ротора в холодном состоянии и температуру при которой это значение было измерено.

Принцип работы

Принцип работы турбогенератора состоит в создании трехфазного переменного тока и напряжения в обмотке статора под воздействием вращающегося магнитного поля ротора. Вращение ротора, которое и приводит к преобразованию механической энергии в электрическую, происходит из-за действия системы возбуждения (возбудителя) и турбины. 

Установка выглядит так турбина - турбогенератор - возбудитель. Они находятся на одной линии. И роторы их связаны (с возбудителем не всегда). Когда происходит пуск, то турбоагрегат (турбина плюс турбогенератор) набирает обороты. Условно от 250 об/мин - 500 - 750 и так до 3000 (если номинальное значение для ТГ 3000). В это же время контролируются параметры, делаются замеры для определения характеристик. Далее происходит синхронизация с сетью и набор нагрузки. 

Затем, вырабатываемая электроэнергия от турбогенератора идет на повышающий трансформатор, с него на ЛЭП и по полям к людям. Если коротко…

Конструкция

ТГ состоит из следующих частей:

• Фундамент
• Статор
• Ротор
• Система возбуждения
• Система охлаждения
• Система маслоснабжения

Каждый из этих пунктов включает в себя другие системы и части. 

Статор состоит из корпуса и сердечника. Корпус цельный, по бокам щиты. Сердечник набирается из листов электротехнической стали. Листы стали изолированы друг от друга. Пакеты активной стали образуют “пакеты”, между пакетами есть вентиляционные каналы. В сердечник укладывается обмотка.  

Конструкция ротора турбогенератора представляет собой вал (бочка ротора), в который уложена обмотка возбуждения. Обмотка закреплена пазовыми клиньями. Лобовые части обмотки закрыты бандажными кольцами.

Щеточный аппарат - конструкция, которая служит для подачи постоянного тока от возбудителя. Подача происходит от щеток, которые закреплены на траверсе на контактные кольца ротора. Щетки съемные, подпружинены. Но есть и генераторы с бесщеточной системой возбуждения. 

Плюс, так как турбогенератор - ответственный и один из основных элементов в процессе выработки электроэнергии - предусмотрена система релейной защиты и автоматики ТГ для контроля электрических параметров, система контрольно-измерительных приборов для контроля за тепловым состоянием.

Ремонт и диагностика

Ремонт турбогенератора бывает следующих видов: капитальный, текущий. Ремонт может происходить с выемкой ротора из статора или без. 

Во время ремонта производят различные работы, среди которых:

• ремонт активной стали
• ремонт изоляции обмотки статора
• ремонт системы охлаждения
• ремонт соединительных шин
• ремонт обмотки статора с заменой стержней
• ремонт системы теплоконтроля
• шлифовка контактных колец турбогенератора

Если ротор вынимается, то происходит диагностика состояния узлов и элементов. Составляется перечень необходимых работ, работы выполняются по регламентам. Продолжительность ремонта может достигать нескольких месяцев. 

Может и дольше, если, например, обнаружится дефект бандажных колец ротора и будет необходимо их заменить. А это обращение на завод, изготовление и последующая замена. Или, например результаты испытаний покажут, что обмотка статора сильно перегревается и необходимо заменять пакеты активной стали.

Электрические испытания и измерения

После вывода ротора и перед заводкой проводят электрические измерения и испытания, которые позволяют оценить состояние узлов и качество ремонта. Некоторые можно производить и просто на отключенном генераторе, некоторые только на работающем генераторе.

Виды испытаний и измерений:

• Испытание турбогенератора на нагрев активной стали
• Диагностика прессовки активной стали статора
• Измерение сопротивления изоляции
• Испытание  изоляции  обмотки  статора  повышенным выпрямленным напряжением с измерением тока утечки
• Испытание повышенным напряжением частотой 50 Гц
• Измерение сопротивления обмоток постоянному току
• Измерение сопротивления обмотки ротора переменному току 
• Измерение воздушного зазора
• Снятие характеристики трехфазного короткого замыкания (КЗ) 
• Снятие характеристики холостого хода (XX)
• Испытание межвитковой изоляции обмотки статора
• Определение характеристик коллекторного возбудителя
• Испытание на нагревание
• Контроль состояния изоляции обмотки статора методом измерения интенсивности частичных разрядов