CC BY
16УДК 639.2.081.117.21
И.С. Меньшенин, С.Ю. Труднев
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: i.menshenin@bk.ru
ГЕНЕРАТОР УДАРНОЙ МОЩНОСТИ
Материал посвящен исследованию работы генератора ударной мощности. Произведен обзор режима генератора, рассмотрен принцип работы. Разработана структурная схема подключения к высоковольтному оборудованию. Дано математическое описание работы холостого хода и нагрузки.
Ключевые слова: генератор, трансформатор, напряжение, обратная мощность, возбуждение.
I.S. Menshenin, S.Y. Trudnev
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: i.menshenin@bk.ru
GENERATOR IMPACT OF POWER
The study of the shock power generator operation is described in the article. The generator mode is reviewed and the operating principle is considered. A block diagram of connection to a high-voltage equipment has been developed. A mathematical description of the idle and load operation is given.
Key words: generator, transformer, voltage, reverse power, excitation.
Конструирование высоковольтных аппаратов с новыми, повышенными параметрами основывается в значительной мере на результатах испытаний выполненных образцов.
Одним из источников мощности для испытания высоковольтных аппаратов является специальный синхронный генератор, так называемый генератор ударной мощности, или кратко -ударный генератор. Последний работает в схеме, представленной на рисунке. Испытуемый объект включается либо через трансформатор, как это показано на рисунке, либо на него непосредственно подается напряжение ударного генератора. Иногда в цепь статора машины включается активное сопротивление для регулирования коэффициента мощности. При наличии двух или более ударных генераторов, работающих в испытательной лаборатории, практикуется их параллельная работа. Синхронизацию машин обычно производят на холостом ходу.
Схема включения ударного генератора: 1 - ударный генератор, 2 - токоограничивающий реактор, 3 - защитный выключатель, 4 - короткозамыкатель, 5 - трансформатор, 6 - испытуемый аппарат
Следует отметить, что в настоящее время применяются и синтетические схемы для испытания аппаратов: ударный генератор в таких схемах является источником тока, а в качестве источника напряжения используется колебательный контур.
Наиболее тяжелые режимы работы высоковольтных аппаратов - отключение цепи при внезапном коротком замыкании и повторное ее включение - характеризуются весьма большими
Природные ресурсы, их современное состояние, охрана., промысловое и техническое использование
токами и малой продолжительностью. Поэтому при испытании высоковольтного аппарата на включающую и отключающую способность и электродинамическую устойчивость ударный генератор должен создать огромные токи в течение лишь нескольких периодов промышленной частоты (обычно не более 3-8 периодов). Для этого в схеме, приведенной на рисунке, генератор в режиме холостого хода возбуждают до номинального напряжения, а затем в цепи его статора устраивают внезапное короткое замыкание, которое отключается через указанный выше весьма малый промежуток времени [1-3].
Другой возможный режим, когда цепь статора невозбужденного генератора предварительно замыкается через испытательный аппарат, а затем форсируется возбуждение генератора, применяется редко из-за ряда присущих ему недостатков.
При внезапном коротком замыкании ударного генератора в цепи статора появляются периодическая и апериодическая составляющие тока. При испытании аппаратов наибольшую роль играет первая из них. Вместе с тем наличие апериодической составляющей в токе значительно увеличивает и без того огромные механические усилия, испытываемые обмоткой статора генератора. Поэтому наиболее тяжелые режимы рекомендуется проводить без апериодической составляющей тока. Ударный генератор выполняется трехфазным, поэтому он позволяет проводить испытания как в условиях пофазного питания, так и трехфазного короткого замыкания, происходящего на холостом ходу генератора. При отсутствии затухания:
4 , (1)
+ Хвн
где и - напряжение генератора в исходном режиме холостого хода; хл, хвн - индуктивные сопротивления соответственно генератора и всей цепи между зажимами генератора и испытуемого объекта.
При трехфазном коротком замыкании непосредственно на зажимах ударного генератора вместо (1):
1к = ^ (2)
Мощность ударного генератора условно определяется током Л (1), напряжением перед коротким замыканием и (мощность включения):
Я = ти01к. (3)
Принято также указывать мощность обычного генератора с такой же охлаждающей средой и такими же основными размерами (диаметр расточки статора и его длина) и скоростью вращения, какими обладает ударный генератор. Это так называемая типовая мощность ударного генератора, по которой вычисляют относительные значения его параметров.
Из (1)-(3) видно, что мощность данного ударного генератора тем больше, чем меньше величина сопротивления Хвн. По этой причине стремятся обойтись без трансформатора в схеме, изображенной на рисунке. Для этого ударный генератор проектируется с возможно большим числом значений напряжений статора, получаемых комбинированием включения параллельных ветвей и сопряжения фазных обмоток, так как понижение напряжения за счет потока возбуждения связано с уменьшением мощности генератора. Поэтому понятно стремление выполнить ударный генератор на наиболее высокое напряжение, достигающее в отдельных машинах 20-22 кВ. Вместе с тем запас прочности изоляции у рассматриваемых генераторов должен быть выше, чем у нормальных машин, из-за больших механических усилий, испытываемых обмоткой статора. Обычно рабочее напряжение ударного генератора составляет 6-16 кВ.
Учитывая кратковременность работы ударного генератора, допускают повышенные значения его электромагнитных нагрузок: плотность рабочего тока в статоре доходит до 80-100 а/мм2, а поток возбуждения на 20% и более повышен по сравнению с нормальной машиной. Вследствие этого ударный генератор может находиться в возбужденном состоянии 1-2 мин, а после короткого замыкания возбуждение его уменьшается.
Ударные генераторы выполняются в виде трёхфазных, двух-, реже четырехполюсных турбогенераторов. (Известен ударный генератор явнополюсного типа мощностью 4300 МВ-А с вось-
миполюсным исполнением). У нормальных турбогенераторов xd « 0,1. При такой величине сопротивления x" относительное значение мощности ударного генератора, равное, как это видно из (2) и (3), S / SH = S = U04 = U02/ X", а при номинальном напряжении 1 / xd недостаточно велико. Поэтому с помощью специальных мер доводят сопротивление xd до значений 0,025-0,03 (насыщенное значение), а мощность S - до 33-40. Уменьшение сопротивления xd достигается за счет: а) повышения основного потока в машине; б) уменьшения высоты паза статора (в 1,7-2,5 раза по сравнению с нормальными машинами); в) уменьшения полей рассеяния лобовых частей обмотки статора на 25-30%. Последнее осуществляется путем установки массивных деталей, изготовленных из меди и латуни, закрепляющих обмотку статора в лобовых частях и экранирующих потоки рассеяния.
На роторе ударного генератора, помимо обмотки возбуждения, укладывается достаточно мощная демпферная обмотка: она размещается в пазах обмотки возбуждения, а также в специальных пазах, находящихся в большом зубе ротора. Такая обмотка увеличивает постоянную времени затухания сверхпереходной составляющей тока в статоре и тем самым способствует увеличению мощности генератора при отключении короткого замыкания.
Обмотка статора весьма прочно крепится в лобовой части. Несмотря на это, деформация ее при внезапных коротких замыканиях приводит с течением времени к нарушению целостности изоляции в месте выхода обмотки из пазов статора. В настоящее время эта часть обмотки статора выполняется с повышенной изоляцией.
Возбуждение ударного генератора обычно осуществляется от отдельного агрегата, состоящего из асинхронного двигателя и одного или двух генераторов постоянного тока. На валу агрегата располагается маховик, ограничивающий снижение скорости вращения возбудителя при форсировании возбуждения ударного генератора.
Применение ударного генератора позволяет производить диагностику оборудования, работающего на высоком напряжении. Проведенный обзор работы генератора в специфическом режиме дает возможность не только более глубоко изучить принцип работы генераторного агрегата, но и рассмотреть его работу под другим углом.
Литература
1. Важное А.И. Основы теории переходных процессов синхронной машины / А.И. Важ-нов. - М.: Госэнергоиздат, 1960. - 362 с.
2. ГоревА.А. Переходные процессы синхронной машины. - Л.: Наука, 1985. - 502 с.
3. Справочник по расчетам судовых автоматических систем. - Л.: Судостроение, 1989. -408 с.
4. Марченко А.А., Онищенко О.А., Труднее С.Ю. Исследование модели асинхронного двигателя // Вестник АГТУ. Морская техника и технология. - 2014. - № 29. - С. 17-24.
