Аналіз доцільності використання турбогенератора в режимі синхронного компенсатора

Застосування в турбогенераторах типу АСТГ двох обмоток на роторі, осі МДС яких зрушені на 90 °, дозволило суттєво підвищити споживання реактивної потужності в режимах недозбудження зі стійким використанням негативного збудження при зміні полярності основної в цьому режимі обмотки [1,4]. Разом з тим зниження загальної МДС ротора з ортогональними обмотками в разів у порівнянні з МДС однообмоточного ротора (з колинеарна обмотками полюсів) привело до необхідності обмеження величини видаваної реактивної потужності в режимах перезбудження.

Модернізація турбогенераторів типу ТГВ-200Д з переводом конструкції їх роторів з одноосного на двовісне виконання передбачає зняття вищевказаного обмеження при роботі в режимах видачі реактивної потужності. При цьому дуже важливо здійснити модернізацію зі збереженням поперечної геометрії вала ротора з наявними профрезерованими на бочці ротора пазами, включаючи додаткові пази, виконані в зонах великих зубців, а також обмотувальної міді серійного турбогенератора [5]. Додаткові пази у вихідній конструкції призначені для зменшення різної жорсткості ротора в поперечному перерізі по поздовжній і поперечній осях.

Особливістю запропонованої нової схеми модернізованої конструкції є застосування на роторі двох обмоток збудження, осі МДС яких зрушені в просторі на кут, близький до б?(1-г) р / 2, де г = Z₂ / Z₂ґ (Z₂ - кількість обмотаних пазів базового ротора, Z₂ґ -число пазових поділів) [5].Число пазів модернізованого ротора при розміщенні на ньому (без зміни геометрії зубцової зони) двох неортогональних обмоток збудження складає:

Z₂₂= Z₂+Z_д, (3.1)

де Z₂ - кількість обмотаних пазів штатного (серійного) ротора; Z_д - кількість додаткових пазів на більших зубцях ротора, які обмотуються при модернізації.

Кількість витків в котушках обмоток А і В модернізованого ротора:

S_a ? S_в =S₂/2=ціле число. (3.2)

S_a + S_в =S₂ (3.3)

Рис. 3.1. Криві МДС і їх перші гармонічні обмоток ротора А, В і результуючої (Fv).

Криві розподілу на полюсному розподілі МДС обмоток А і В з різними числами витків, зміщених на кут б, а також результуюча МДС при послідовному згодному включенні обмоток, показані на рис. 3.1

При сьомивиткових котушках початкового ротора в запропонованому варіанті малозатратної модернізації по чотири витка включених в котушки «верхньої» обмотки, тобто обмотки, розташованої у верхніх частинах пазів ротора, і по три витка - в котушці «нижньої» обмотки.Всі витки «верхньої» обмотки А розташовані у тих же пазах, що і обмотка штатного ротора. Витки ж «нижної» обмотки В вкладені зі зміщенням котушок (переміщенням) за годинниковою стрілкою з частковим (по п'ять котушок) їх розміщенням у п'яти пазах більших зубців ротора.

При цьому новий модернізований ротор буде характеризуватися наступними обмотувальні даними :- «нижня» обмотка В з трьома витками в котушках розташовується в нижній частині пазів, в яких розташовані котушки обох обмоток, і у верхній частині п'яти пазів кожного великого зубця. «Нижня» обмотка містить 56 витків;- « Верхня »обмотка А з чотирма витками в котушках розташована вгорі тільки тих пазів, в яких розташовані котушки обох обмоток.« Верхня »обмотка містить 72 витка;- зрушення початків обмоток (наприклад, за великими котушками) становить 27°41'32 .3 ";- зсув осей МДС обмоток складає кут, рівний а = 33°13 ';- в пазах великих зубців, у верхній частині яких розташовані трьохліткові котушки фази В, в їх нижній частині встановлені магнітні вставки (бруски з магнітною сталлю) для зменшення магнітного опору магнітної системи ротора;- в чотирьох робочих обмотаних пазах, розташованих за годинниковою стрілкою від більших зубців, вгорі розташовані четирьохвиткові котушки фази А, а нижній частини цих чотирьох пазів, не зайняті обмотками, також заповнюються магнітними вставками для зменшення магнітного опору бочки ротора.

Таким чином, новий модернізований ротор з двома обмотками містить 128 витків на відміну від вихідного ротора, який містить 126 витків в одноосній обмотці.Однообмоточний ротор традиційного базового двополюсного турбогенератора для зручності порівняння з новим двохобмотковим можна розглядати як окремий випадок двохобмоткового ротора з двома умовними колінеарними обмотками, кожна з яких розташована на одному з полюсів.

Для підведення струму збудження до другої обмотки на модернізованому роторі потрібна установка додатково двох контактних кілець, що конструктивно опрацьовано і не викликає ускладнень. Розміщення додаткової пари контактних кілець на хвостовику вала ротора показано на рис 3.2.

Рис. 3.2. Розміщення чотирьох контактних кілець на хвостику вала модернізованого ротора.

Для серійного (однообмоточного) ротора F_а + F_в = 1.0 + 1.0 = 2.0. Отже, сумарна МДС нового модернізованого двохобмоткового ротора всього лише в 2/1.949 = 1.026 рази менше, ніж сумарна МДС базового однообмоточного ротора.

У зв'язку з цим при роботі нового модернізованого турбогенератора типу ТГВ-200Д-2ППВ (ППВ - з поздовжньо-поперечним збудженням) в режимах з видачею реактивної потужності, які лімітуються допустимої (номінальною) величиною струму ротора, допустиме навантаження по активній та реактивній потужності буде практично такою ж, як і для турбогенератора типу ТГВ-200Д з базової конструкції з традиційним одноосьовим ротором.Наявність же двох неколінеарних і неортогональних обмоток збудження дозволить значно збільшити межі допустимого навантаження турбогенератора типу ТГВ-200Д-2ППВ в режимах зі споживанням реактивної потужності.

При роботі з глибоким споживанням реактивної потужності фаза. А, ротора може бути використана як основна поздовжня обмотка з орієнтацією по осі «d», а фаза В - як чисто поперечна моментна обмотка, яка живиться спеціальною системою збудження в режимі переривчастих струмів і забезпечуюча стійкість роботи в цих зонах, які є зонами нестійких режимів для конструкції з традиційною одноосною обмоткою.

Дослідження з поздовжньо-поперечним збудженням синхронних машин показує, що для успішного вирішення проблеми стійкості роботи турбогенератора з двохобмоткоим ротором в режимах глибокого споживання реактивної потужності достатньо забезпечити складову МДС в поперечній осі (q), що дорівнює 10-20% від сумарної МДС ротора.

Запропонована конструктивна схема модернізації ротора забезпечує достатні температурні запаси як в номінальних, так і в перехідних режимах з дворазовою форсировкою струму в одній з обмоток протягом 20 с [б]. Розрахункова оцінка динамічної стійкості модернізованого за такою конструктивною схемою турбогенератора ТГВ-200Д показує, що, наприклад, при трифазному КЗ за блоковим трансформатором такий турбогенератор має запас стійкості приблизно на 25-45% вище (залежно від вихідного режиму роботи), ніж серійний ТГВ-200Д [7]. З урахуванням результатів досліджень, а також виконаних електромагнітних розрахунків турбогенератора ТГВ-200Д-2ППВ в режимах перезбудження при різних значеннях cos ц і при збереженні номінального значення струму ротора, визначена верхня гілка діаграми допустимих навантажень (PQ - діаграми) від cos ц = 0 до cos ц_н = 0.8.

Допустимі навантаження в режимах споживання реактивної потужності в основному будуть обмежуватися нагріванням торцевих зон сердечника статора, обумовленим помітним посиленням магнітних потоків розсіювання обмоток в цих режимах, коли МДС обмоток статора і ротора підсумовуються, а не віднімаються, як це має місце в режимах роботи з видачею реактивної потужності.Для зниження шкідливого впливу магнітних потоків розсіювання на підвищення нагріву кінцевих пакетів сердечника статора, з урахуванням досвіду створення і досліджень асинхронізованого турбогенератора типу АСТГ-200-2, в новому модернізованому турбогенераторі потрібно також модернізація сердечника статора з впровадженням низки спеціальних заходів, а саме:

- застосування мідних електромагнітних екранів, розташованих під нажимними фланцями, з їх відгином в осьовому напрямку на горизонтальну циліндричну поверхню на внутрішньому діаметрі фланця (див. рис. 3.3);

- виконання розтинів в зубцях на висоту всього зубця із заходом в область ярма;

- забезпечення монолітності кінцевих пакетів сердечника їх склейкою;

- застосування косих ділянок розтинів в зонах коронок зубців, що дозволяють при шихтовці забезпечити перекрій розсічених ділянок та підвищити їх монолітність і міцність;

- застосування розтинів під дном пазів сердечника статора в торцевих пакетах із заходом на глибину 40-50 мм в радіальному напрямку в область ярма;

- застосування силових пружинних акумуляторів (тарілчастих пружин), що встановлюються під гайками стяжних призм на натискних фланцях з обох сторін сердечника, що дозволяють зберегти зусилля запресовування сердечника статора при його усадці в процесі тривалої експлуатації.

З урахуванням застосування вище перелічених заходів, впроваджених в асинхронізованих турбогенераторах типу АСТГ-200-2, на основі експериментальних досліджень нагрівання торцевих зон сердечника статора синхронних турбогенераторів, визначена нижня гілка PQ діаграми в режимах недозбудження для модернізованого турбогенератора типу ТГВ-200Д.

Як випливає з отриманої PQ діаграми, модернізований турбогенератор забезпечує в 2-3 рази розширення меж споживання реактивної потужності в залежності від величини активного навантаження в порівнянні з серійним турбогенератором ТГВ-200Д і ті ж робочі діапазони в режимах видачі реактивної потужності.

Енергоблоки з такими модернізованими турбогенераторами зможуть виконати функції маневрених блоків по реактивній потужності. При цьому інші, паралельно працюючі турбогенератори електростанції працюватимуть в базовому режимі перезбудження.

Найбільш актуальними об'єктами для впровадження нових модернізованих турбогенераторів є ТЕС, де спостерігаються режими зі значною маневреністю по реактивній потужності.

Висновки

Із проведеного аналізу конструктивних змін в генераторі ТТВ-200Д для подальшої експлуатації в режимі синхронного компенсатора було виявлено, що доцільніше використовувати турбогенератор зі зміненою конструкцією ротора.

Запропонована схема мало витратної модернізації турбогенератора ТГВ-200Д, яка передбачає розміщення в наявних пазах штатного ротора двох концентричних неколінеарних і неортогональних обмоток; установку додатково пари контактних кілець; реконструкцію крайніх пакетів сердечника статора з установкою немагнітного екрану.

Модернізований за запропонованою конструктивною схемою турбогенератор типу ТГВ-200Д забезпечить значне розширення меж сталого споживання реактивної потужності і збереження тих же робочих діапазонів навантажень в режимах видачі реактивної потужності.

Новий модернізований турбогенератор є одним із засобів вирішення проблеми маневрених режимів і стійкості енергоблоків, що підвищують результуючу енергоефективність ТЕС.

По запропонованій технології доцільно модернізувати більшість установлених на ТЕС України турбогенераторів потужністю до 200 МВт, для забезпечення базового номінального режима по реактивному навантаженні іншими паралельно працюючими синхронними турбогенераторами.

Висновки та пропозиції

Для розуміння необхідності переводу турбогенератора у синхронний компенсатор було встановлено:

- Що маючі великі надлишки реактивної потужності, для покращення показників якості електроенергії необхідно встановлювати пристрої з компенсації реактивної потужності.

- Використання турбогенератора з виробленим ресурсом, якщо вал ротора ще не вичерпав свій остаточний ресурс, допустиме. А так як більшість турбогенераторів на ТЕС, із-за високої ціни сировини знаходяться в резерві є просто необхідним, бо таке використання дозволить не тільки уникнути простою обладнання, але й ще принесе можливість зекономити значну частину коштів, на встановлення пристроїв для компенсації реактивної потужності.

- Проведені розрахунки допомогли встановити практичним шляхом, що турбогенератор ТГВ-200Д може працювати із значним споживанням реактивної потужності.

- Модернізація турбогенератора шляхом встановлення двохобмоткового ротора, дозволила не витрачаючи значних коштів працювати, як в режимі недозбудження так і перезбудження при видачі реактивної потужності. Також встановлення двохобмоткового ротора дозволить значно збільшити маневреність роботи турбогенератора в режимі синхронного компенсатора.

У методичній частині дипломного проекту була розглянуто інформаційно-методичне забезпечення з теми “ Монтаж кабелів в інсталяційних системах ” курсу «Виробниче навчання». В цій частині був складений план проведення 4-ох часового уроку виробничого навчання.

У частині інтелектуальної власності був розроблений об'єкт, а саме корисна модель - двохобмотковий ротор турбогенератора. В цьому розділі була розглянута економічність цього винаходу, та вирахувана його ринкова ціна. Також в цьому розділі була розроблена заявка на корисну модель - двохобмо-тковий ротор турбогенератора.

В розділі охорони праці були розглянуті усі можливі небезпечні для людини ситуації при обслуговуванні турбогенератора в машинному залі станції.

Література:

1. Алексеев Б.А., Мамиконянц Л.Г., Шакарян Ю.Г, Регулирование режимов работы электроэнергетических систем с помощью асинхронизиро- ванных синхронных машин// Электрические станции. -- 1998. -- № 12. -- С.48-56.

2. Facts 2008 Energy and Water Resources in Norway, The Ministry of Petroleum and Energy, Energy and Water Resources Department. Перевід статті.

3. Компенсация реактивной мощности. Константинов Б. А. Зайцев Г. 3. Компенсация реактивной мощности. Л., "Энергия", 1976. 104 с.

4. Здановський В.Г., Крисюк JI.M. Випробування та досвід промислової експлуатації турбогенераторів АСТГ-200 // Энергетика и электрификация. -- 1997. -- №3. -- С. 1-4.

5. Малозатратная модернизация турбогенераторов типа ТГВ-300 на основе внедрения d-q технологии / Федоренко Г.М., Саратов В.А., Кузьмин В.В., Зозулин Ю.В., Черемисов И..Я. // Новини енергетики. -- 1998. -- №1. -- С. 41-48.

6. Теплове навантаження ротора ТГВ- 300, що модернізується на основі малоаитратної d- q технології / Г.М. Федоренко, Ю.М. Васьковский, В.О. Саратов, В.В. Кузьмін, Ю.В. Зозулін // Новини енегетики. -- 1998. -- №6. -- с. 41-47.

7. Федоренко Г.М., Васъковсъкий Ю.М., Саратов В. О. Підвищення динамічної стійкості потужних трбогенераторів при їх модернізації по d- q технології // Новини енергетики. -- 1999. -- №11. -- С. 40-44.

8. Development and utilization of synchronized turbine generators/ V. A. Chevichelov, V.V. Kuzmin, I. A. Labimets and at. -CIGRE,-1992 Session, -№11-101, s.1-5. Перевід статті.

9. Тимощенко В.Г., Кузьмин В.В., Федоренко Г.М. Эффективное генерирование и электроснабжение в условиях рыночных преобразований в энергетике Украины // Регіональний Європейський Енергетичний Форум ВЕР "Київ-2000". Ринкові перетворення в енергетиці. Перспективи на початок ІІІ-го тисячоліття. Доповіді. - Київ, 16-19 травня 2000.

10. Розпорядження Кабінету Міністрів України вiд 15.03.2006 № 145-р «Енергетична стратегія України на період до 2030 року».

11. Согомонян С.В. Располагаемая реактивная мощность синхронного двигателя при различных режимах его работы. Труды ВНИИЭ, вып. 30, 1967.

12. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематического сб. рабочей группы Исследовательского Комитета №38 СИГРЭ / Под ред. И.И. Карташева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 174с.

13. Коновалова Л.А., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528с.

14. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебник для учащихся техникумов. - М.: Высшая школа, 1981. - 376с.

15. Хуторецкий Г.М, Токов М.І., Толвинская Е.В Проектирование турбогенераторов. - Энергоиздат, Ленинградское отделение ,1987. - 256 с.

16. Розробка об'єкту інтелектуальної власності в дипломному проектуванні: Навчальний посібник / М.І. Лазарєв, В.В. Чапліна, П.Ю. Баранов, В.М. Тіманюк, О.М. Дубовець, В.В. Рубашка - Харків:УІПА, 2009. - 110с.

17. Коваленко О. Е. Методика професійного навчання: Підруч. для інженерів-педагогів, викладачів спецдисциплін системи проф.-тех. та вищ. Освіти. - Харків: Видавництво НУА, 2005.

18. ГОСТ 12.4.026-76 «ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности».

19. ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредніе вещества. Классификация и общие требования безопасности. - М.: Изд-во стандартов, 1982.

20. ГОСТ 12.4.103-83 ССБТ. Одежда специальная, защитная, средства индивидуальной защиты ног и рук.

21. ДНАОП 0.01-1.01-95. Правила пожежної безпеки в Україні. - К.: Укрархстройинформ. 1996.

22. Пожарная безопасность в строительстве: Справочник / Денисенко В.В., Точилкина В.Г. - К.: Будівельник, 1987.

23. Кобевник В.Ф. Охрана труда. - К.: Вища школа, 1990.

24. Жидецкий В.Ц., Джигерей В.С., Мельников А.В. Основы охраны труда. Учебник. - Изд. 2-е, дополненное. - Львов: Афиша, 2000.

Размещено на Allbest.ru