Эксплуатация электрических подстанций и распределительных устройств

Красник В. В.

Глава 3. Обслуживание синхронных компенсаторов

 

 

3.1. Понятие о реактивной мощности. Режимы работы синхронных компенсаторов

Синхронная машина — это бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, подключенной к обмотке якоря, не зависит от нагрузки в области допустимых нагрузок (ГОСТ 27471-87).

Синхронный компенсатор (СК) — это синхронная машина, работающая без механической нагрузки, предназначенная для выдачи или потребления реактивной мощности (СТ МЭК 50(411)—73).

Энергосистема вырабатывает активную и реактивную энергию, между которыми имеется существенное различие.

Активная электроэнергия преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т. д.), необходимые для выполнения полезной работы.

Реактивная же энергия в другие виды энергии не переходит, а связана лишь с ее переносом от электрических полей к магнитным и обратно. Она создает условия, при которых активная энергия совершает работу, например, создает вращающие моменты в асинхронных двигателях, обеспечивает требуемое реактивное сопротивление в коротких цепях (например, при электросварке) и т. д.

Многие электроприемники наряду с активной мощностью потребляют и реактивную, причем у некоторых из них (например, у сварочных трансформаторов) доля потребления реактивной мощности превосходит долю потребления активной. Это вызывает дополнительные потери электроэнергии и напряжения в сети, ухудшает пропускную способность сетей и требует значительных затрат на компенсацию реактивной мощности.

С одной стороны, реактивная мощность необходима потребителям электрической энергии, например, приводным асинхронным двигателям (для создания вращающего момента на их валу), сварочным трансформаторам (для получения крутопадающей внешней характеристики вторичного контура сварочного трансформатора с целью стабилизации сварочного тока), люминесцентным светильникам, реакторам и др.

С другой стороны, для обеспечения надлежащих технико-экономических показателей работы электрических сетей и повышения их пропускной способности величину реактивной мощности стремятся снизить за счет ее компенсации.

Передача реактивной мощности связана с потерями энергии (активной и реактивной) практически во всех элементах электросети: в ЛЭП, трансформаторах и распределительных сетях.

СК являются экономичным регулируемым источником реактивной мощности в энергосистемах, особенно на ПС дальних ЛЭП высоких и сверхвысоких напряжений. С помощью СК в зависимости от изменения нагрузок регулируют напряжение на шинах приемной и промежуточных ПС, компенсируют потоки реактивной мощности по линиям и обеспечивают повышение их пропускной способности. Кроме того, СК поддерживают динамическую устойчивость энергосистем при КЗ.

Кроме синхронных генераторов источниками реактивной мощности в электрических сетях являются емкостные элементы сети: силовые конденсаторные батареи, ЛЭП (особенно ЛЭП высших классов напряжения), перевозбужденные синхронные двигатели, СК и др., работающие параллельно с генераторами электростанций.

Отдача или получение реактивной мощности связана в основном с уровнем возбуждения синхронной машины, а именно:

увеличение тока возбуждения приводит к увеличению генерирования реактивной мощности;

снижение тока возбуждения приводит к противоположному результату.

СК может работать в режимах недовозбуждения или перевозбуждения.

Режим недовозбуждения характеризуется тем, что если ток возбуждения уменьшать, то в токе, потребляемом СК от сборных шин ПС, будет возрастать индуктивная составляющая, что вызовет потребление из сети реактивной мощности с соответствующим возрастанием потерь в сети.

В режиме перевозбуждения ток возбуждения превышает ток ХХ и СК потребляет из сети опережающий ток, что соответствует отдаче в сеть реактивной мощности.

Таким образом, по отношению к сети СК в зависимости от тока возбуждения ведет себя как индуктивность или как емкость, являясь, соответственно, потребителем или источником реактивной мощности.

 

3.2. Системы возбуждения синхронных компенсаторов

При эксплуатации СК должны быть обеспечены их бесперебойная работа в допустимых режимах, надежное действие систем возбуждения, охлаждения, водоснабжения, маслоснабжения, устройств РЗиА и т. д.

Установленный режим работы СК по разным причинам (от изменения напряжения сети, при КЗ и т. д.) может самопроизвольно изменяться. Во многих таких случаях с целью поддержания устойчивости параллельной работы электростанций и снижения колебаний напряжения на шинах потребителей необходима автоматическая или ручная форсировка возбуждения.

В настоящее время применяются следующие системы возбуждения: электромашинная система, тиристорная реверсивная система (вместо ионного возбуждения), система бесщеточного возбуждения.

Электромашинная система возбуждения. При этой системе возбуждения возбудительный агрегат состоит из возбудителя постоянного тока, приводного асинхронного двигателя и подвозбудителя постоянного тока с самовозбуждением. В схеме автоматического регулирования напряжения имеется устройство компаундирования, состоящее из промежуточного трансформатора и выпрямителей. Выпрямленный ток изменяется пропорционально току статора.

Если напряжение в сети, например, изменилось до 0,9Uном, то при постоянном токе ротора это приведет к увеличению тока статора. На выходе устройства компаундирования возрастает ток, посылаемый им в обмотку возбуждения возбудителя, что приводит к увеличению тока в роторе и частичному восстановлению напряжения на шинах. Поскольку устройство не обеспечивает точного поддержания напряжения на шинах ПС, то одновременно с регулированием по току статора применяется еще регулирование по напряжению на выводах статора. Оно выполняется корректором напряжения, вступающим в работу с некоторым опозданием, вносимым усилителем устройства. Корректор увеличивает возбуждение СК, изменяя ток в дополнительных обмотках возбудителя.

Ручное управление нагрузкой СК производится шунтовым реостатом при отключенном корректоре напряжения, если корректор включен его установочным трансформатором.

При КЗ, когда напряжение в сети резко снижается (до 0,85Uном и ниже), вступает в действие форсировка возбуждения. При ее срабатывании закорачивается шунтовой реостат в цепи возбуждения возбудителя. В результате ток ротора увеличивается до максимального и возбуждение СК достигает предельного значения.

Персоналу запрещается вмешиваться в работу устройства автоматического регулирования возбуждения, если время форсировки не превышает допустимое.

После отключения КЗ или по истечении установленного времени форсировки СК должен автоматически разгружаться и переводиться в номинальный режим работы.

Энергия магнитного поля СК при отключении его от сети превращается в электрическую энергию. Переходный процесс может привести к появлению опасных для изоляции обмотки ротора и контактных колец перенапряжений. Если отключение СК вызвано еще и повреждением внутри машины, то ток в обмотке возбуждения будет длительно индуктировать в статорной обмотке ЭДС, что приведет к устойчивому горению дуги и увеличению степени повреждения.

Поэтому при внутренних КЗ необходимо не только отключение СК от сети, но и по возможности плавное гашение магнитного поля возбуждения .

Отключение обмотки ротора СК от возбудителя и одновременное гашение магнитного поля выполняются быстродействующим автоматом гашения поля (АГП).

АГП состоит из дугогасительной решетки, шунтирующего резистора и двух пар контактов. При отключении АГП сначала размыкаются рабочие, а затем дугогасительные контакты. Электрическая дуга, возникающая между дугогасительными контактами, под действием магнитного поля втягивается в дугогасительную решетку, состоящую из набора металлических пластин. Решетка разбивает дугу на ряд коротких дуг, горение которых рассеивает энергию магнитного поля ротора. С уменьшением запаса магнитной энергии дуги гаснут; при этом сопротивление шунтирующего резистора обеспечивает плавное снижение тока в цепи ротора до нуля. Следует знать, что внезапные обрывы цепи тока сопровождаются перенапряжениями в цепи ротора.

Надежное гашение дуги АГП с дугогасительной решеткой обеспечивается в том случае, если ток ХХ компенсатора не менее 200 А. При меньшем значении тока дуга между пластинами АГП горит неустойчиво и возможен обрыв цепи тока.

Тиристорная реверсивная система возбуждения. Тиристоры, соединенные по трехфазной мостиковой схеме, питаются от выпрямительного трансформатора напряжением 11/0,63 кВ и управляются от АРВ. Выпрямленное напряжение подается на обмотку возбуждения ротора через переключатели полярности возбуждения, которые изменяют направление тока в обмотке возбуждения в системе реверсивного регулирования.

Для защиты обмотки ротора от перенапряжений применяются ОПН, собранные из двух групп встречно включенных полупроводниковых элементов. Регулирование возбуждения СК выполняется АРВ, воздействующим на управляющие электроды тиристоров. Питание АРВ и системы сеточного управления тиристорами осуществляется от трансформатора собственных нужд.

Исправность тиристоров контролируется с помощью неоновых ламп, включенных параллельно каждому тиристору. В случае пробоя тиристора его лампа перестает светиться, а остальные лампы на последовательно включенных тиристорах горят ярче.

Измерение токов возбуждения осуществляется следующим образом:

выпрямленного тока возбуждения — с помощью амперметра, включенного на шунт;

тока возбуждения ротора для АРВ — с помощью трансформатора постоянного тока и вспомогательного устройства измерения.

Тиристоры охлаждаются циркулирующей по замкнутому контуру дистиллированной водой, которая в свою очередь охлаждается технической водой в теплообменнике. Дистиллят для охлаждения поступает из бака, уровень воды в котором контролируется специальным реле. Пополнение бака водой обеспечивается автоматически от дистилляторной установки.

Колебания температуры охлаждающей воды на входе в преобразователь допускаются в пределах от 5 до 40 °C.

Нижний предел температуры установлен по условию предотвращения конденсации влаги на охладителях тиристоров и связанного с этим понижения уровня изоляции.

Превышение верхнего предела температуры грозит выходом из строя тиристоров.

Поддержание температуры воды осуществляется автоматически с помощью регулятора температуры (например, РТ-40) или вручную с помощью обходного вентиля.

Управление возбуждением осуществляется следующим образом. При пуске СК напряжение на трансформатор, преобразователь и систему управления тиристорами подается одновременно с включением пускового выключателя. Управляющие импульсы на тиристоры подаются после включения рабочего выключателя, в момент включения которого ток возбуждения равен нулю, что соответствует уставке смещения. Устройство АРВ включается лишь после автоматической подстройки его уставки к напряжению на шинах СК, то есть через несколько секунд после включения рабочего выключателя. Дальнейшее регулирование возбуждения осуществляется оперативным персоналом путем воздействия на уставку АРВ. При неисправности АРВ регулирование возбуждения производится при помощи блока ручного управления.

При нарушении в работе тиристорного возбудителя выпадает соответствующий блинкер на панели управления возбудителем и срабатывает реле сигнализации, контакты которого блокируют пуск СК.

Гашение поля ротора в случае аварийного отключения СК производится АГП с одновременным переводом тиристоров в инверторный режим, то есть в режим преобразования постоянного тока в переменный.

Система бесщеточного возбуждения. Данная система возбуждения с применением реверсивной системы с двумя обмотками на роторе используется для СК мощностью 50-160 МВА, в которой основная обмотка служит для положительного возбуждения, а дополнительная обмотка создает поток.

Для обслуживания таких систем возбуждения действуют специальные инструкции, например, «Инструкция по эксплуатации реверсивных бесщеточных систем возбуждения синхронных компенсаторов КСВБО50-11У1» (РД 34.45.503). Данная инструкция предназначена для эксплуатационного персонала ПС, на которых установлены СК серий КСВБ или КСВБО50-11У1.

Достоинством системы бесщеточного возбуждения является отсутствие в ее конструкции щеточно-контактного узла для подвода тока к обмотке ротора, что значительно повышает надежность системы.

Система бесщеточного возбуждения может быть:

положительной , обеспечивающей регулирование нагрузки СК в емкостном режиме;

реверсивной , служащей для регулирования нагрузки СК в емкостном и индуктивном режимах.

Положительное бесщеточное возбуждение применяется в случае, когда не требуется автоматическое регулирование в режиме индуктивной нагрузки. Однако при малых нагрузках (например, в ночные часы или нерабочие дни) возникает необходимость автоматического регулирования режима работы СК в режиме индуктивной нагрузки. В этом случае применяется система реверсивного регулирования, в состав которой входят бесщеточные возбудители для обеих систем возбуждения (положительной и реверсивной).

Принципиальная схема бесщеточного положительного возбуждения СК мощностью 50 МВА приведена на рис. 3.1.

Возбудитель состоит из трехфазного генератора 10 и вращающегося вместе с ротором выпрямителя 12. Генератор имеет неподвижную обмотку возбуждения возбудителя, прикрепленную к торцевому щиту компенсатора, и вращающийся трехфазный якорь, закрепленный на валу компенсатора. Обмотка якоря соединена с вращающимся выпрямителем 12. Для выпрямления применяются кремниевые диоды типа В2-500-20, которые размещают на стальных кольцах, изолированных друг от друга и от вала. Выпрямитель собирают по мостовой схеме. Выпрямленный ток от вращающегося выпрямителя подается к обмотке ротора 13 через токопровод, расположенный внутри вала ротора. Защитный пусковой резистор 14, сопротивление которого в 15 раз превышает активное сопротивление обмотки возбуждения, подключен параллельно этой обмотке. Он защищает обмотку ротора от перенапряжений при асинхронном пуске и в переходных режимах, а также обеспечивает гашение поля ротора. При бесщеточном возбуждении АГП не применяются.

Для контроля сопротивления изоляции цепи возбуждения установлено токосъемное устройство 15 с электромагнитным приводом. При контроле сопротивления изоляции на вентильное кольцо опускают две щетки и производят измерение напряжения полюса постоянного тока относительно земли.

Возбуждение компенсатора регулируется при помощи АРВ. В шкафах АРВ размещены тиристорный преобразователь, электронная система управления 9, устройства защиты и магнитные усилители. Напряжение возбуждения возбудителя регулируется изменением фазы импульсов, отпирающих тиристоры, относительно анодного напряжения. Фаза управляющих импульсов может изменяться автоматически и вручную. Основной режим регулирования автоматический. В случае неисправности АРВ переходят на ручное управление.

Защита бесщеточного возбуждения от КЗ осуществляется устройством защиты, на вход которого подается напряжение от измерительной катушки 11 , расположенной между полюсами магнитной системы обращенного синхронного генератора 10, и от измерительного преобразователя тока тиристорного преобразователя. При повреждении вентилей в измерительной катушке резко возрастает ЭДС и устройство защиты подает команду на отключение возбудителя.

Возбудители охлаждаются водородом по замкнутому циклу через газоохладители.

 

3.3. Система охлаждения

В процессе работы СК в нем выделяется теплота, обусловленная нагревом обмоток статора и ротора электрическим током, электромагнитными потерями в стали, потерями на вентиляцию и трение. Для нормальной работы СК необходим отвод тепла охлаждающей средой — воздухом или водородом.

В СК применяется так называемая косвенная (поверхностная) система охлаждения, передающая тепло охлаждающему газу внешней поверхностью активных частей машины.

По сравнению с воздухом водородное охлаждение имеет преимущества в связи с особыми свойствами водорода, а именно:

теплопроводность водорода в 7 раз превышает теплопроводность воздуха;

водород легче воздуха в 14,3 раза, что способствует уменьшению вентиляционных потерь почти в 10 раз;

в окружении водорода изоляция работает лучше, так как на нее не оказывает влияние кислород (озон);

уменьшается опасность развития пожара в машине, так как водород не поддерживает горение.

Однако водородное охлаждение более сложно в обслуживании по сравнению с воздушным. Кроме того, водород в соединении с воздухом образует взрывоопасную смесь, в связи с чем машины с водородным охлаждением должны быть газоплотными. Чтобы воздух не попал в корпус машины, в них постоянно должно поддерживаться избыточное давление водорода. Оптимальным для СК средней мощности принято рабочее давление водорода 0,1 МПа (1 кгс/см2). С уменьшением давления мощность СК падает.

Если водород в системе охлаждения заменить воздухом, то допустимая нагрузка СК должна быть не выше 60–70 % его номинальной мощности.

СК серии КСВ имеют замкнутую систему вентиляции. У СК наружной установки газоохладители размещаются вертикально внутри корпуса вблизи торцевых щитов. Они состоят из стальных трубных досок, между которыми проходят латунные трубки. Внутри трубок циркулирует вода, снаружи — охлаждаемый водой газ. Перемещение газа в машине обеспечивается двумя вентиляторами, расположенными по торцам ротора. Вентиляторы прогоняют газ по замкнутому пути: зона торцевых щитов — радиальные вентиляционные каналы в стали статора и лобовые части обмоток статора — камера горячего воздуха — газоохладители. Ротор под действием эффекта самовентиляции охлаждается газом, проходящим по радиальным каналам остова. Из камеры контактных колец охлаждающий газ возвращается в корпус СК через маслогазовый фильтр, очищающий газ от угольной пыли.

Для вытеснения воздуха в СК используется диоксид углерода. Подача диоксида углерода производится через нижний коллектор СК и через нижний газопровод камеры контактных колец. Воздух, как более легкий газ, удаляется из верхних точек этих объемов. Баллоны с диоксидом углерода подсоединяют к коллектору без редукторов. Одновременно разряжают несколько баллонов.

В процессе разрядки баллонов могут замерзнуть вентили на них и на коллекторе из-за того, что расширение диоксида углерода при переходе его из жидкого состояния в газообразное связано с поглощением теплоты. Если скорость истечения диоксида углерода превысит 3 кг/ч, подводимой снаружи теплоты окажется недостаточно и диоксид углерода замерзнет в арматуре и даже в баллонах. Поэтому вентили на баллонах и общий вентиль на коллекторе необходимо периодически закрывать и открывать. Замерзшие баллоны отсоединяют от рампы и располагают в теплом помещении или подогревают до полного размораживания. Затем их снова используют.

Эффективным способом опорожнения баллонов с диоксидом углерода является установка их в опрокинутом положении. В этом случае жидкий диоксид углерода выливается из баллонов. Во избежание замерзания при дросселировании вентилем вентиль подогревают электронагревательными элементами.

Контроль за сменой воздуха производится путем химического анализа вытесняемого воздуха. Его вытеснение считается законченным, если содержание диоксида углерода в смеси составит не менее 85 %. После этого закрывают вентиль выпуска из корпуса и все вентили коллектора.

Замена газовой среды возможна как на работающем СК, так и на остановленном.

Процесс вытеснения диоксида углерода водородом осуществляется следующим образом. Перед вытеснением продувают все импульсные трубки открытием их вентилей. Водород подают в верхний коллектор СК, а диоксид углерода удаляется через нижний коллектор. Заполнение СК водородом производится при избыточном давлении 10–20 кПа. Давление регулируют открытием вентиля, через который диоксид углерода вытесняется в атмосферу. Заполнение СК водородом считается законченным, когда химический анализ газа покажет, что в нем содержится 95–96 % водорода. Повышение давления водорода в СК до рабочего производится лишь после окончательного вытеснения диоксида углерода после закрытия выходного вентиля.

Контроль за вытеснением диоксида углерода на работающем СК ведется по дифференциальному манометру, а электрический газоанализатор должен быть отключен. Включение его производится в случае необходимости при чистоте водорода не ниже 90 %. Тогда же отбирается и первая проба газа для химического анализа.

Перевод СК с водородного на воздушное охлаждение производится следующим образом. Перед началом операции нагрузка СК снижается до 60–70 % его номинальной мощности — до значения, допустимого при работе с воздушным охлаждением. Порядок операций по вытеснению водорода диоксидом углерода такой же, как и при вытеснении воздуха диоксидом углерода. В корпусе СК поддерживается давление 10–20 кПа.

Вытеснение водорода диоксидом углерода заканчивается при содержании диоксида углерода в смеси, взятой из отборника на водородном коллекторе, не менее 95 % при остановленном СК и не менее 85 % на работающем СК.

Водород из СК должен выпускаться в атмосферу только через огнепреграждающее устройство.

Затем осуществляется вытеснение из корпуса СК диоксида углерода воздухом, подаваемым из ресивера по газопроводу через редуктор. Воздух подается до тех пор, пока диоксид углерода не удалится из СК полностью, то есть при условии содержания его в пробе не более 1 %.

Подготовка камеры контактных колец для работы внутри камеры (чистка, осмотр, замена щеток и др.) выполняется только при отключенном СК и остановленном роторе. Для последующего вскрытия камеры не обязательно вытеснение водорода из корпуса СК. Достаточно перекрыть вентили газопроводов, соединяющих камеру с корпусом, и отделить камеру от остального объема специальным (электромагнитным или механическим) уплотняющим устройством. Затем в камеру подается из баллона диоксид углерода. Время заполнения камеры диоксидом углерода, как правило, не превышает 10–15 мин.

Для вытеснения диоксида углерода воздух подается в камеру через верхний вентиль, а диоксид углерода выходит в атмосферу через нижний продувочный вентиль.

По окончании ремонта люк камеры закрывают, и воздух из нее сразу вытесняют диоксидом углерода, а затем диоксид углерода вытесняется водородом. Продувка камеры продолжается до тех пор, пока содержание водорода не станет таким же, как и в корпусе. После этого объемы камеры и корпуса соединяют открытием уплотнений и вентилей.

При контроле давления и чистоты водорода в СК с водородным охлаждением должны контролироваться давление и чистота водорода в корпусе машины. Давление водорода в СК поддерживается автоматически механическим регулятором давления или вручную при малой утечке водорода. Отклонение давления водорода от номинального значения допускается не более чем на 10 кПа для СК, работающих с избыточным давлением 50 кПа и выше, и не более чем на 1 кПа для СК с избыточным давлением 5 кПа.

Контроль за давлением ведется по манометру. При достаточной газоплотности корпуса суточная утечка водорода не превышает 2 % общего объема газа в СК.

Чистота водорода в СК при рабочем давлении 50 кПа должна быть не ниже 95 %, а при давлении 50 кПа и выше — не ниже 97 %. Снижение этих показателей повышает вероятность возникновения взрывоопасных смесей газов и приводит к дополнительному нагреву активных частей машины в среднем на 1 °C на каждые 1,5 % понижения чистоты водорода.

Помимо автоматического контроля чистоты водорода производится контрольный химический анализ газа. Показания электрического газоанализатора сверяются с результатами химического анализа.

Водород в СК должен быть сухим, с относительной влажностью не более 85 % при рабочем давлении и любой температуре холодного газа. Наличие влажности водорода вызывает конденсацию влаги внутри СК, снижает сопротивление изоляции обмоток, способствует повышенной коррозии стальных конструкций.

Влажность водорода контролируется по психрометру не реже 1 раза в неделю. Если влажность водорода повышается, то ее замеры производятся ежедневно.

Кроме того, проверяется отсутствие влаги в указателе уровня жидкости и у дренажных вентилей газовой системы. Причиной повышения влажности может быть как применение водорода с повышенным содержанием влаги, так и течь в газоохладителях.

В первом случае уменьшить содержание влаги можно путем продувки системы чистым сухим водородом, во втором случае — обнаружением поврежденного газоохладителя.

Необходимость строгого соблюдения требований безопасности при обслуживании систем водородного охлаждения обусловлена опасностью работы с водородом из-за возможного образования взрывоопасных смесей водорода с воздухом (если водорода содержится от 4 до 75 % по объему) или кислородом.

Взрывоопасная смесь образуется в корпусе СК по следующим причинам:

при понижении в нем давления водорода и подсосе воздуха;

при неполной продувке инертным газом во время замены охлаждающей среды;

при попадании водорода в СК через неплотно закрытые вентили, если отсутствует видимый разрыв по пути подачи водорода к коллектору.

Причинами взрыва могут быть местный нагрев, быстрое истечение газа, детонация, открытый огонь.

На случай внезапного повреждения водородной системы и загорания струи водорода вблизи СК должен находиться баллон с диоксидом углерода и шланги, которые позволят ликвидировать загорание на любом участке водородной системы.

 

3.4. Система водоснабжения

Источником технической воды, как правило, служат артезианские скважины или магистрали городского водопровода. При карбонатной жесткости артезианской воды более 3 мг-экв/кг в системах охлаждения СК устанавливают электромагнитные аппараты противонакипной обработки воды. Эти аппараты безреагентной водоподготовки не удаляют из воды образователи накипи, но создают условия, при которых ослабляется их кристаллизация на поверхности охладителей. После магнитной обработки в воде приостанавливается рост крупных кристаллов карбоната кальция. Мелкие же кристаллы в условиях движущегося потока жидкости не оседают на поверхностях охлаждения. В схеме водоснабжения предусматриваются электробойлеры для нагрева масла подшипников при пуске СК в зимнее время.

При обслуживании установок водоснабжения необходимо придерживаться следующих положений.

С целью повышения надежности пуска и работы электродвигателей циркуляционных насосов их питание должно осуществляться от разных секций собственных нужд ПС. В схеме должно быть предусмотрено включение резервного насоса при отключении любого рабочего насоса. Насос в схеме автоматического пуска должен быть заполнен, и его задвижки должны находиться в положении пуска.

При недостаточном уровне воды во всасывающем патрубке насоса его пуск не будет успешным. В применяемых схемах пуск циркуляционных насосов производится как при закрытых, так и при открытых задвижках на напорном трубопроводе. При пуске с закрытыми задвижками на них устанавливается электропривод, открывающий их после достижения двигателем номинальной частоты вращения. Такой кратковременный пусковой режим не опасен для электродвигателя и насоса.

На включенном СК должна быть сигнализация понижения давления воды в напорном трубопроводе, при срабатывании которой персонал обязан осмотреть работающие насосы и устранить причину понижения давления. При полном прекращении циркуляции воды в охладителях СК работать не может, поэтому он автоматически отключается от сети.

Газоохладители СК эффективно работают при протекании воды по всем их трубкам и полном заполнении их водой. Для этого расход воды через газоохладители регулируется не напорными, а сливными задвижками. Напорные задвижки необходимо держать полностью открытыми.

Водород или воздух, заполняющий корпус СК, содержит влагу в виде водяного пара. Количество водяного пара, находящегося в смеси с газом, зависит от температуры смеси. При понижении температуры содержание взвешенной влаги уменьшается. Сильное охлаждение трубок газоохладителей вызывает выпадение на поверхности трубок избытка влаги в виде капель росы.

Для предотвращения конденсации влаги на трубках газоохладителей температура поступающей в них воды не должна быть ниже 5-10 °C. Внешним признаком конденсации влаги на трубках газоохладителей служит ее конденсация на трубопроводах, подающих холодную воду. Если поверхность трубопроводов покрылась влагой, то вероятность конденсации влаги на трубках газоохладителей велика.

Для предотвращения конденсации влаги на трубках газоохладителей в зимнее время необходимо снижение интенсивности охлаждения воды в брызгальном бассейне. С этой целью на данной трубе полностью открывают задвижки зимнего сброса и прикрывают вентили разбрызгивателей. Полностью закрывать вентили части разбрызгивателей не следует, поскольку вода может замерзнуть в трубах. Чтобы избежать замораживания, вода должна непрерывно протекать через патрубки всех разбрызгивателей.

На практике часто имеют место течи газоохладителей, которые представляют собой серьезную опасность для изоляции обмоток и выводов СК, поскольку при этом в машину вносится большое количество влаги. Вода, скопившаяся в дренажном приямке, поступает в указатель жидкости, подающий сигнал о повреждении. На работающем СК повреждение отыскивают поочередным перекрытием газоохладителей задвижками на входе и выходе, наблюдая при этом за поступлением воды в указатель жидкости. Одновременно перекрывать оба газоохладителя, расположенных с одного торца СК, не следует, так как это может вызвать повышение температуры активных частей машины. Поиск отдельных поврежденных трубок в газоохладителе производится на отключенном от сети СК.

 

3.5. Система маслоснабжения

В соответствии с ПУЭ, на ПС с СК должны сооружаться два стационарных резервуара турбинного масла вне зависимости от количества и объема резервуаров изоляционного масла. Системы турбинного и изоляционного масла должны быть независимыми. Объем каждого резервуара должен быть не менее 110 % объема масляной системы наибольшего СК, устанавливаемого на данной ПС.

Маслоснабжение подшипников СК с водородным охлаждением осуществляется по следующей схеме.

Непрерывная циркуляция масла через подшипники и масляные уплотнители у СК мощностью 100 МВ-А и выше обеспечивается маслонасосом по замкнутому циклу. Нагретое масло охлаждается в маслоохладителе, встроенном в сливной бак.

Подача масла в подшипники контролируется двумя струйными реле, которые срабатывают при обрыве струи масла, а также при отключении маслонасоса. При этом струйное реле подает импульс на включение резервного маслонасоса, электродвигатель которого питается от шин постоянного тока.

Если циркуляция масла не восстанавливается, СК по истечении заданной выдержки времени (8-10 с) отключается от сети. Помимо струйных реле работа системы маслоснабжения контролируется манометрами, подключенными к напорным маслопроводам и индукционным реле уровня масла, вмонтированным в бак маслоохладителя и контролирующим уровень масла в нем. Температура масла измеряется термометром сопротивления и термометрическим сигнализатором.

Для систем маслосмазки применяется очищенное турбинное масло марки Т30 или Тп30.

Обслуживание системы маслоснабжения заключается в контроле за нормальной циркуляцией масла и давлением его в маслопроводах, а также за температурой охлаждающего масла и подшипников.

Давление масла в уплотнениях при вращающемся и неподвижном роторе СК должно превышать давление водорода в корпусе машины.

Нормальной температурой охлаждающего масла считается температура 25 °C с допустимыми отклонениями в пределах 20–40 °C.

В зимнее время перед пуском СК холодное масло в системе маслоснабжения подогревается подачей в маслоохладитель охлаждающей воды, нагретой до 60 °C, с помощью электробойлерной установки. Можно использовать также и горячую воду из системы отопления.

Температура подшипников в нормальных условиях не должна превышать 65 °C. Если температура повысится до 70 °C, термометрический сигнализатор подаст сигнал о возрастании температуры. Предельной считается температура 80 °C, при которой СК отключается от сети.

 

3.6. Порядок действий персонала при пуске и останове СК и выводе его в ремонт

В соответствии с требованиями ПТЭ, при пуске и во время эксплуатации СК должен осуществляться контроль электрических параметров статора, ротора и системы возбуждения; температуры обмотки и стали статора, охлаждающих сред (в том числе и оборудования системы возбуждения), уплотнений вала, подшипников и подпятников; давления, в том числе перепада давлений на фильтрах, давления и температуры масла, герметичности систем жидкостного охлаждения и др.

Перед пуском СК необходимо проверить работоспособность его масляной и газовой систем и системы водоснабжения, а также произвести внешний осмотр СК и его агрегата возбуждения. Одновременно необходимо произвести пусковые измерения сопротивления изоляции обмоток и подшипников.

В холодное время года включение СК допускается при температуре статора не ниже 5 °C. При более низкой температуре СК необходимо прогреть путем подачи в обмотку ротора тока от возбудителя.

Температура холодного масла для смазки подшипников при пуске должна быть не ниже 20 °C, вследствие чего в зимнее время масло подогревается, например, водой из системы отопления.

По маслоуказателю проверяется уровень масла в баках маслоснабжения, а после включения масляного насоса проверяется циркуляция и давление масла в подшипниках. Проверяется работоспособность автоматического включения резервного насоса при обрыве струи масла.

При пуске СК на водородном охлаждении сверяется положение каждого вентиля газовой системы со схемой, соответствующей режиму пуска. Одновременно проверяется чистота водорода в корпусе СК и работа автоматического газоанализатора.

Затем включается циркуляционный насос и проверяется циркуляция воды через газоохладители, а также действия автоматики включения резервного насоса. В работе остается любой насос.

После этого мегаомметром 500-1000 В измеряется сопротивление изоляции обмоток ротора и статора, допустимое сопротивление которых должно быть не менее 0,5 МОм. Сопротивление изоляции обмотки статора СК, как правило, не нормируется. Однако результаты измерений сравниваются с результатами предыдущих измерений. Уменьшение сопротивления изоляции в 3–5 раз указывает на появление в изоляции слабых мест, которые необходимо обнаружить и устранить. Сопротивление изоляции подшипников СК, измеренное мегаомметром 1000 В, должно быть не менее 1 МОм.

Перед пуском СК шунтовой реостат в цепи возбуждения устанавливается в положение ХХ, а АГП должен быть отключен.

Применяемый реакторный пуск СК с водородным охлаждением почти полностью автоматизирован. Цепь управления пуском создается лишь при соответствующем положении выключателей, аппаратов и оборудования, необходимых для нормального разворота ротора и включения СК в сеть. Готовность к пуску сигнализируется на световом табло.

После проведения указанных подготовительных операций включают агрегат возбуждения, подают оперативный ток на схему автоматического управления пуском и ключом автоматического пуска включают СК. В процессе пуска сигнальными устройствами контролируют последовательность пусковых операций, а именно: включение пускового выключателя и АГП, включение рабочего и отключение пускового выключателей.

Продолжительность пуска составляет 40–50 с; за это время ток в цепи изменяется от 2–2,5-кратного значения номинального тока до установившегося значения. При этом ротор втягивается в синхронизм и начинает вращаться с синхронной частотой, а реактор сначала шунтируется включением рабочего выключателя, затем выводится из схемы отключением пускового выключателя и двух его разъединителей, имеющих автоматический привод.

Для набора реактивной нагрузки после окончания пусковых операций на АВР устанавливают требуемую уставку, и СК автоматически загружается в зависимости от напряжения сети.

Для остановки СК производится отключение его рабочего выключателя после отключения автоматического регулирования напряжения и снятия нагрузки. Все остальные операции (останов насосов смазки и охлаждения и др.), как правило, выполняются автоматически, без участия персонала.

Во время останова СК персоналу следует проконтролировать отключение рабочего выключателя, выключателя электродвигателя агрегата возбуждения и АГП. Если при отключении СК будет обнаружена неисправность АГП, то она должна быть немедленно устранена. Масляный насос должен отключаться только после полной остановки ротора.

Для вывода СК в ремонт необходимо:

проверить отключенное положение рабочего выключателя;

отключить его шинные разъединители;

проверить отключенное положение пускового выключателя и его разъединителей;

отключить ТН со стороны НН и ВН;

проверить отключенное положение выключателя двигателя агрегата возбуждения;

выкатить тележку выключателя в шкафу КРУ.

При длительном ремонте прекращается подача охлаждающей воды в газовые и масляные охладители. Если на время ремонта СК он остается заполненным водородом, газоанализатор на нем не отключается и за водородом осуществляется такой же контроль, как и на работающем агрегате. Следует иметь в виду, что на отключенном СК давление водорода резко падает из-за снижения его температуры.

 

3.7. Осмотры СК и контроль за его работой

Особое внимание при осмотрах и контроле за работой СК следует обращать на недопустимость длительных перегрузок. Кратковременные перегрузки СК по току статора допускаются в пределах, указанных в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Внешний осмотр СК должен вестись в строго установленные периоды, а именно:

осмотр работающего СК дежурным персоналом производится не реже 1 раза в смену;

периодические осмотры должны производиться инженерно-техническим персоналом соответствующих участков и служб ПС.

При осмотре проверяются:

режим работы СК и температура его активных частей;

сопротивление изоляции цепи возбуждения и подшипников;

вибрация подшипников;

работа систем охлаждения и смазки;

внешнее состояние СК и системы возбуждения.

Контроль за режимом работы и температурой активных частей машины ведется по измерительным приборам. При логометрах с переключателями должны быть таблицы максимальных значений измеряемых температур. Показания приборов записываются в щитовой журнал (ведомость) не реже 2 раз за смену.

При отклонении теплового режима СК от номинального после проверки показаний приборов убеждаются в нормальном поступлении охлаждающей воды, открытии задвижек газоохладителей; проверяют напряжение, величину и симметрию тока нагрузки СК. Если причину повышения температуры выявить не удается, необходимо разгрузить СК и проконтролировать снижение температуры. В случае отсутствия эффекта принятых мер СК отключают от сети.

Мощность СК при работе в емкостном и индуктивном режимах различна. В режиме перевозбуждения (индуктивный квадрант) мощность СК составляет не более 50 % его номинальной мощности при постоянных температуре и давлении охлаждающего газа. При работе в индуктивном квадранте мощность ограничивается из-за появления местных нагревов лобовых частей обмотки и магнитный частей машины.

Температура обмоток с изоляцией класса В и стали СК в установившемся режиме не должна превышать следующих значений, °С:

обмотка статора при охлаждении:

воздушном — 105;

водородном при избыточном давлении, кПа:

5 — 105;

50 — 100;

100 — 95;

200 — 90;

обмотка ротора (независимо от вида охлаждающей среды и давления) — 130;

сердечник статора (независимо от вида охлаждающей среды и давления) — 105.

Температура воды, поступающей в охладитель СК, не должна превышать 30 °C, а охлажденного газа — 40 °C. Перепад температур охлаждающего газа, а также воды в газоохладителях при номинальной мощности СК должен быть в пределах 6,5–9,5 °C.

По условиям нагрева активной стали работа СК с напряжением более чем 1,1Uном не допускается.

При напряжении менее 0,95Uном СК не может длительно работать с номинальной мощностью, так как для этого необходимо увеличить ток статора, который не должен быть выше 1,05Iном. Лишь в аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка СК по току статора и ротора. Длительность кратковременной перегрузки в зависимости от кратности тока статора, отнесенного к его длительно допустимому значению при данной температуре и давлении, не должна превышать значений, указанных в табл. 3.1.

Ток ротора при перегрузке устанавливается соответствующим токовой нагрузке статора.

При контроле изоляции цепи возбуждения необходимо учитывать следующее:

запрещается работа СК с замыканием на землю в цепи возбуждения. Причиной такого строгого требования является опасность появления второго замыкания на землю, из-за чего часть витков и даже отдельные катушки могут оказаться зашунтированными, что может привести к тяжелым повреждениям СК;

цепи напряжения обмотки возбуждения для измерения и подключения устройства АВР должны выполняться отдельным кабелем с повышенным уровнем изоляции без захода через обычные ряды зажимов.

Для выявления дефектов изоляции систематически (не реже 1 раза в смену) контролируется состояние изоляции цепей возбуждения относительно земли. При этом измеряются напряжение U между контактными кольцами, а также напряжения U1 и U2 между каждым контактным кольцом и валом ротора.

Сопротивление изоляции Rиз определяется по следующей формуле:

Rиз = RвU/(U1 + U2), (3.1)

где Rв — внутренне сопротивление вольтметра (80-100 кОм).

При хорошей изоляции цепей возбуждения U1 и U2 близки к нулю. Если одно из них окажется равным нулю, а другое — полному напряжению возбуждения, то это является признаком наличия замыкания на землю. В этом случае СК необходимо отключить от сети с дальнейшим выводом в ремонт.

Контроль изоляции подшипников необходим, поскольку нарушение изоляции приводит к образованию пути для прохождения через подшипники, вал и станину токов, появляющихся в стали ротора вследствие несимметрии магнитной системы машины. Эти токи могут привести к повреждению шейки вала и поверхности вкладышей подшипников.

Состояние изоляции проверяется измерением и сравнением между собой двух напряжений: между концами вала ротора и на изоляционной прокладке стойки. При таких измерениях масляные пленки в подшипниках должны шунтироваться временной перемычкой, присоединяемой с помощью контактных щупов к валу и стойке подшипника.

При хорошей изоляции оба напряжения должны быть равны. Если изоляция неисправна, напряжение на прокладке будет меньше напряжения на валу ротора. Для контроля изоляции подшипников СК применяются специальные схемы измерения.

Проверка вибрации . Вибрация СК возникает как по причине механической неуравновешенности ротора, так и из-за несимметрии электромагнитных сил в машине.

Вибрация из-за механических причин практически не зависит от изменения нагрузки СК и появляется уже на ХХ.

Несимметрия электромагнитных сил, действующих на ротор, может возникнуть из-за нарушения равномерности воздушного зазора в машине или вследствие виткового замыкания в обмотке ротора. Вибрация из-за такого вида несимметрии зависит от нагрузки СК и возрастает с увеличением тока возбуждения.

Вибрация приводит к форсированному износу отдельных деталей с последующим выходом СК из строя.

При осмотре СК его вибрационное состояние проверяется обычно на ощупь. При резком повышении вибрации СК разгружают и отключают от сети.

Проверка работы систем охлаждения и смазки. В первую очередь при осмотре следует проверить положение вентилей водяной и газовой систем охлаждения, которое должно соответствовать режиму работы системы.

Все вентили и краны должны быть пронумерованы, и на них перед номером вентиля и крана должны быть нанесены индексы:

М — в системе смазки;

В — в газовой системе, заполненной водородом;

У — в системе, заполненной диоксидом углерода.

Проверке подлежат уровень воды в брызгальных бассейнах, работа сопел, давление и температура воды в напорном и сливном коллекторах СК. На ощупь проверяется температура электродвигателей циркуляционных насосов и уровень масла в подшипниках, а также температура полупроводниковых выпрямителей.

При наличии установок противонакипной магнитной обработки воды проверяют соответствие значений напряжения и выпрямленного тока испытательным наладочным параметрам.

На ощупь и на слух при осмотре масляной системы проверяются работа маслонасоса, давление и температура циркулирующего масла и уровень его в маслобаке. Снижение уровня масла в баке до уровня сливного маслопровода вызовет подсос воздуха в маслосистему, срыв струи масла и отключение СК.

Состояние газовой системы проверяется по давлению водорода и отсутствию утечек водорода на слух, а также путем контрольных замеров давления по манометру, проводимых через 1 ч при постоянной температуре СК. Отбирается проба газа из СК и производится ее химический анализ. По результатам анализа проверяют правильность работы автоматического газоанализатора. При его неисправности он отключается, а состав газа контролируется химическим анализом, проводимым не реже 1 раза в смену.

Проверка состояния СК и оборудования систем возбуждения производятся разными способами, например такими, как прослушивание (при исправно работающем СК характер его шума не изменяется), осмотр щеточного аппарата на кольцах ротора и коллекторе, которые не должны иметь искрение, способное привести к появлению огня или к КЗ.

Вероятность возникновения кругового огня и перекрытия коллекторных пластин возрастает в режиме форсировки возбуждения. Причинами искрения щеток на кольцах коллектора могут явиться недостаточное нажатие щеток, их плохая подгонка к кольцам, заклинивание щеток в щеткодержателе, вибрация щеток и др. Работе щеток без возникновения искр способствуют винтовые канавки на их рабочей поверхности, а при отсутствии канавок — диагональные прорези, наносимые ножовочным полотном на глубину 6–8 мм. При работе электрических машин поверхности их коллекторов и колец покрываются тонким слоем темной политуры, представляющей собой пленку закиси меди, покрытую частицами графита. Такие поверхности изнашиваются медленнее по сравнению со свежеотполированной медью.

При проверке нагрева возбудителя следует знать, что допустимая температура нагрева их обмоток составляет 70 °C, стали и коллектора — 80 °C.

При тиристорной системе возбуждения при осмотре следует обращать внимание на положения ключей, переключателей, накладок, автоматических выключателей, указателей реле, сигнальных устройств и сигнальных ламп. Исправность тиристоров контролируется горением неоновых ламп, а перегорание всех тиристоров приводит к срабатыванию быстродействующих предохранителей.

Кроме того, при осмотре необходимо следить за отсутствием течей в системе охлаждения тиристоров, проверять температуру охлаждающей дистиллированной воды и поддерживать ее в пределах 15–35 °C, контролировать перепад давления дистиллята (должен быть не менее 0,2 МПа), а также протекание воды через охладители.

Поскольку все устройства и оборудование в шкафах тиристорного возбуждения находятся под напряжением 380 В, то работы в цепях преобразователя без отключения напряжения запрещаются.

Контроль за работой системы бесщеточного возбуждения ведется по измерительным приборам и сигнальной аппаратуре, размещенной на панели АРВ. При осмотре проверяется положение сигнальных устройств, реле, переключателей, а также состояние и охлаждение тиристоров.

Система бесщеточного возбуждения снабжена защитой от внутренних КЗ в цепях ротора и защитой тиристорного преобразователя от сверхтока. При получении со щита управления сигнала о неисправности в системе возбуждения персонал обязан принять меры по выяснению причин и устранению неисправностей. В случае потери и неуспешных попыток восстановления возбуждения СК он должен быть отключен от сети, так как потребляя реактивную мощность, СК увеличивает потери в сети и понижает напряжение на шинах ПС.