Под нормальным режимом работы подразумевается такой режим, в котором Г может длительно работать без ограничений. Это, например, номинальный режим, при этом все параметры номинальные, и температуры обмоток ротора, статора, стали статора не выходят за допустимые нормированные пределы:
- обмотки ротора – 100-130 * (измерена термометром),
- обмотки статора – 95-105* (измерена методом термосопротивлений),
- активной стали – 105* (методом термометра).
При номинальных параметрах генератор может работать в течение всего срока службы.
К нормальным режимам относятся также режимы с неполной (частичной) нагрузкой и изменяющейся нагрузкой при условии, что в процессе изменения основные параметры Г не выходят за допустимые пределы.
Изменение активной нагрузки производят за счет турбины, изменяя впуск рабочего тела, изменение реактивной нагрузки – изменяя ток возбуждения. Режим считается неизменным, если параметры изменились в следующих пределах: J обм считается неизменной, если изменилась на 1* в течение часа, *охл. ср –на 1* в час для газа, на 1,5* в час для жидкости, *U и *I – на *3*, *iвозб, *f – на * 1%. Отклонения возможны в процессе эксплуатации и большие: меняется нагрузка, изменяются условия охлаждения, меняется U и f в сети. При этом необходимо ответить на вопрос, какие режимы являются нормальными, длительно допустимыми.
Одновременно могут меняться ряд параметров. Примем сначала для анализа, что *охл, U, f =const, рассмотрим изменение только активной и реактивной нагрузки, cos*. Для этого построим диаграмму мощности ненасыщенного генератора (xd =const).
Способ построения диаграммы будет ясен из вспомогательной диаграммы (рис.1).
Так как Uг =const, xd =const, то можно умножить все векторы этой диаграммы на величину Uг / xd.
Достроим треугольник НОА (рис.2) до прямоугольного, получим АС=I*U*cos * =Р активная мощность генератора, ОC реактивная мощность генератора, также из диаграммы можем получить другие известные выражения для активной и реактивной мощности Г через угол d
AC=P=Eq U sind / xd ; ОС=Q=Eq U cos d /xd – U 2/xd .
За счет снижения Р, получили большее значение Q. Однако при этом ЭДС генератора больше номинального значения, ток возбуждения должен быть больше номинального, что недопустимо по условиям нагрева обмотки возбуждения. Проведем окружность радиусом НА, которая будет ограничивать режим работы генератора в области cosj < cosi ном. В точке А2, например, получим Q > Qном, за счет P < Pном, но при этом S < Sном. Таким образом, режим с cosj < cosj ном возможен, но при этом полная мощность генератора ограничена, в этом режиме необходимо следить за выполнением условия iвозб < iвозб ном.
Можно принять cos = 0, т.е., где будет работать в режиме синхронного компенсатора. При этом Р= 0, но Q< Sном. Можно получить реально
Q=0.8 S ном (точка режима А3), а с учетом насыщения генератора – 0.7 S ном.
Чисто компенсаторный режим обычно для турбогенераторов не может быть длительным: ограничен условиями охлаждения паровой турбины (техническим минимумом) или для блочных станций – техническим минимумом котлов.
Рассмотрим несколько подробнее режим СК турбо- и гидрогенераторов.
ТГ используют в режиме СК в следующих случаях:
- при низких технико-экономических показателях агрегатов,
- в период наименьших нагрузок в энергосистеме,
- при продолжительных ремонтах турбины. В последнем случае ТГ отсоединяется от турбины путем расцепления соединительной муфты. В перых двух случаях, особенно если необходим вращающийся резерв, Г от турбины не отсоединяется, при этом дается небольшой впуск пара (технический минимум).
Гидрогенераторы чаще используются как синхронные компенсаторы, особенно в период маловодья. Вертикальные ГГ работают в режиме СК совместно с турбиной. Для покрытия электромагнитных и механических потерь потребляется небольшая мощность из сети. Для уменьшения по-терь, а значит и активной мощности, необходимо, чтобы лопатки турбины вращались не в воде, а в воздухе (опасности перегрева здесь не возникает). Воду из камеры ГГ отжимают сжатым воздухом. С этой целью на ГЭС предусматривают специальную установку со сжатым воздухом. В течение всего времени работы ГГ в режиме СК в камере поддерживается избыточное давление.
Теперь рассмотрим возможные режимы Г при cos j > cos jном . В этом режиме существуют ограничения по току статора Г, он не должен превышать номинальный, и S = S ном . Точка режима А3: cos j > сos jном , S = S ном , P > P ном , Q < Q ном.
За счет уменьшения реактивной мощности получили увеличение активной. Ограничения могут определяться турбиной, тогда линия режима -дуга АА3 окажется замененной горизонтальной прямой АВ . Если турбина способна повышать свою мощность сверх номинальной ( справедливо для теплофикационных турбин с отборами пара КО и КОО), то в области АА3 генератор работает при полной номинальной мощности, а P > P ном. Для многих Г работа с cos j, близким к 1, может оказаться неприемлемой с точки зрения устойчивости параллельной работы с энергосистемой из-за большого угла d и уменьшенным, по сравнению с номинальным, током возбуждения.
Помимо этого на участке АВ и дальше возникают ограничения электромагнитного характера, связанные с величиной местных потерь и местного нагрева зоны лобовых частей обмоток статора и ротора, крайних пакетов активной стали статора. Этот дополнительный нагрев обусловлен повышенной результирующей индукцией в торцевых зонах, что объясняется слабой магнитной связью обмоток ротора и статора в этих зонах и недостаточной компенсацией потока реакции статора потоком ротора. Магнитная связь этих обмоток здесь слабее, потому что поля, образованные лобовыми частями обмоток статора и ротора в торцевых зонах, вынуждены замыкаться по путям, проходящим большей частью по воздуху.
В номинальном режиме, являющемся расчетным, нагрев допустимый. В режимах с cosj > cos j ном увеличивается активная мощность и уменьшается реактивная, а ток возбуждения становится меньше. Результирующая индукция возрастает, потери и нагрев возрас-тают. Поэтому, например, ТГВ-200 при Р =200 МВт должен иметь Q ? 20 МВАр, но ТГВ-300 допускает работу с cos j =1.
Рассмотрим режим с недовозбуждением: выдачи активной мощности в сеть и потребления реактивной мощности.
Использование Г в этом режиме, в режиме потребления реактивной мощности, вызывается необходимостью снижения напряжения в сети, например, при малой нагрузке электростанции, связанной с ЛЭП высокого напряжения, когда из-за большой зарядной мощности ЛЭП напряжение на шинах станции чрезмерно высоко. Для его снижения приходится снижать ток в обмотке возбуждения. При этом условия для крайних пакетов активной стали становятся весьма неблагоприятными. Для уменьшения нагрева нагрузку приходится снижать. На диаграмме мощности участок, ограниченный нагревом, обозначен буквами BG и B1G1. Как получают эту часть характеристики?
Интенсивность результирующего магнитного поля и уровень нагрева крайних пакетов зависит от конструктивного выполнения торцевых зон, от типа генератора. Ограничения определяются экспериментально для каждого типа генератора. Например, ТГВ-2000 не допускает работу в режиме потребления реактивной мощности при активной нагрузке, составляющей 95% номинальной и выше.
В режиме недовозбуждения имеем дело со значительными углами d . Поэтому активная мощность генератора ограничивается устойчивостью его работы (участок BМ диаграммы). Если d =90 ° , то можно получить Р г макс, обычно работают с Рпред =0.9 Рмакс (10 % запас). На прямой d =90 ° откладываем НК, пропорциональный Eq и Рмакс. Этим радиусом проводим часть окружности; откладываем НЕ =0,9 НК – это предельная активная мощность, пересечение горизонтали и дуги окружности дает точку N на диаграмме режимов. Точки на участке B1М получаются аналогично. Таким образом, в режиме недовозбуждения нагрузки генератора значительно снижены по сравнению с номинальными.
В устройстве АРВ необходимо иметь специальный элемент, ограничивающий минимальный ток возбуждения.
Диаграмма мощности Г дает представление о допустимых режимах работы Г. На практике пользуются, однако, картой допустимых нагрузок, они составлены для каждого типа Г на основании специальных испытаний. В карте также оценивается влияние на режим работы Г изменения U, f, параметров охлаждающей среды.
