Книга адресована специалистам-гидроэнергетикам, персоналу гаэс, проектировщикам, преподавателям и студентам гидроэнергетических специальностей. Может быть полезна также специалистамэнергетикам

Рис. 15.1. Принципиальная конструктивная схема и эпюры механических напряжений в сердечнике статора:
а – разъемный, предварительно сжатый сердечник; б – неразъемный, предва-
рительно растянутый сердечник
Кроме того, в процессе растяжки может быть скорректирована форма сердечника статора и обеспечен более равномерный зазор между статором и ротором.
В России эксплуатируются в общей сложности около 70 гидрогенераторов, имеющих кольцевой сердечник, в том числе на СаяноШушенской и Красноярской ГЭС, Загорской ГАЭС и др. Массовое обследование состояния статоров этих генераторов силами ОРГРЭС показало, что применение бессекционной сборки сердечников статора позволило в значительной степени решить проблемы, связанные с наличием стыков, в том числе практически снята проблема повышенной полюсной вибрации.
Однако реальные возможности предварительной растяжки сердечника пока не могут гарантировать равномерность и стабильность зазора в процессе эксплуатации электрической машины. Дело в том, что в реальных условиях монтажной площадки строящегося объекта невозможно обеспечить высокую равномерность прессовки пакетов сердечника. Поэтому при периодических изменениях усилий растяжки-сжатия происходит выборка «слабины» и выравнивание усилий в зависимости от качества и равномерности прессовки пакетов, выполненной при монтаже сердечника.
При всем разнообразии типов гидрогенераторов с кольцевым сердечником статора разновидностей технологии предварительной растяжки сердечника, применяемой в России, немного. Растяжка производится либо механическим (Волжская ГЭС им. Ленина, Загорская ГАЭС), либо комбинированным способом – механическая растяжка с нагревом сердечника (Саяно-Шушенская ГЭС). Практика показала, что определяющим является не столько способ растяжки, сколько качество контроля параметров растяжки.
На большинстве гидрогенераторов с кольцевым сердечником статора при предварительной растяжке контроль осуществлялся, как правило, по увеличению диаметра расточки статора при практическом отсутствии объективного инструментального контроля за величиной растягивающих усилий. Опыт эксплуатации таких генераторов показал, что на большинстве из них наблюдается радиальная подвижка корпусов статоров на фундаментных плитах, достигавшая, например, на Волжской ГЭС им. Ленина 4–6 мм на сторону. При этом величина подвижки распределена по окружности статора неравномерно с соответствующим неравномерным изменением воздушных зазоров между статором и ротором. Основными причинами неравномерности подвижки корпусов являются неравномерность растяжки сердечников статора по окружности и неравномерность усилий крепления корпусов статора к фундаменту.
На генераторах-двигателях Загорской ГАЭС была применена тех нология растяжки завода-изготовителя «Уралэлектротяжмаш», предусматривающая инструментальный контроль не только за увеличением диаметра расточки статора при растяжке, но и за величиной перемещений сердечника относительно корпуса и величиной растягивающих усилий в устройствах для механической растяжки.
Роторы синхронных электромашин обратимых агрегатов конструктивно выполняются шихтованными или дисковыми. Первая конструкция проще в изготовлении и эксплуатации, но она применяется только на тихоходных агрегатах при диаметрах ротора более 4,5 м. Использование высококачественных и прочных сталей позволило применять шихтованные роторы при угонной линейной окружной скорости до 160 м/с, а дисковые – до 180 м/с.
Полюсы роторов электромашин обратимых агрегатов выполняются, как правило, шихтованными. Стержни успокоительной (демпферной) обмотки укладываются в полюсные башмаки. В случае применения асинхронного пуска в насосный режим эта обмотка используется в качестве пусковой. Иногда для обеспечения термической устойчивости электромашины в случае применения прямого асинхронного пуска (прямое асинхронное включение на полное напряжение сети) полюсы ротора выполняются цельнострогаными из поковки жаропрочной стали. Такие полюсы электрически соединяются между собой и являются частью демпферной (пусковой) обмотки. В таких случаях применяются дополнительные мероприятия для ограничения пускового тока при прямом асинхронном пуске агрегата в насосный режим, например, укладка магнитных шунтов в пазы обмотки статора для увеличения реактивного сопротивления обмотки.
Роторы генераторов-двигателей во многих случаях имеют безвальное исполнение. Например, на крупнейших по габаритам обратимых гидроагрегатах ГАЭС Ладингтон (США) единичной мощностью 315 МВт звездообразный остов ротора состоит из восьми спиц, соединяемых с массивным ободом и ступицей, которая конструктивно объединена с подпятником агрегата. Для уменьшения веса ступицы и увеличения ее жесткости спицы ротора выполнены коробчатой конструкции. К ступице ротора при помощи шпилек присоединен верхний фланец вала электромашины. Обод ротора выполнен из высокопрочных на разрыв стальных пластин, и в нем предусмотрены вентиляционные каналы.
Ротор генератора-двигателя Загорской ГАЭС также имеет безвальное исполнение: к цилиндрической части втулки ротора радиальными шпильками крепятся пять сдвоенных спиц, образующих звездообразный остов ротора. На спицах остова собран шихтованный обод, который закреплен с помощью встречных клиньев, закладываемых в пазы остова и обода, и стяжных шпилек. Посадка обода на остов ротора осуществляется с натягом посредством горячей расклиновки. Полюсы ротора крепятся к ободу ротора Т-образными хвостовиками и встречными клиньями. Функции демпферной обмотки выполняют массивные сердечники полюсов вместе с приваренными к их башмакам медными шинами, соединенными между собой специальными перемычками. Такая конструкция демпферной обмотки генераторов-двигателей Загорской ГАЭС обусловлена необходимостью обеспечения надежности электрических машин при условии прямых асинхронных пусков в двигательный режим.
В обычных гидрогенераторах, в том числе генераторов-двигате- лей ГАЭС, не рассчитанных на прямой асинхронный пуск, демпферная обмотка представляет собой «беличье колесо», то есть короткозамкнутую обмотку из медных стержней, пропущенных через отверстия полюсных башмаков и по торцам запаянных на короткозамыкающие кольца. Сердечники полюсов в этом случае выполняются шихтованными из отдельных листов электротехнической стали толщиной 4 мм.
Система возбуждения обратимой электрической машины ГАЭС отличается от аналогичной системы гидрогенераторов ГЭС тем, что она должна обеспечить стандартный набор режимов и параметров возбуждения генератора-двигателя в режимах генераторном, двигательном и СК, и, кроме того, режим пуска в двигательный режим и электродинамическое торможение гидроагрегата при его остановке. Поэтому в системах возбуждения генераторов-двигателей ГАЭС применяется специальный тип АРВ.
У подавляющего большинства генераторов-двигателей мощностью до 400 МВ·А, установленных на ГАЭС, применена воздушная система охлаждения: Динорвиг (330 МВ·А), Охира (265 МВ·А), Загорская (236 МВ·А), Нумаппара (250 МВ·А), Окутатараги (320 МВ·А), Ладингтон (388 МВ·А) и др.
Вместе с тем зарубежными фирмами освоено изготовление ге- нераторов-двигателей с непосредственным водяным охлаждением элементов конструкции. Например, фирмой «Сименс Шуккерт» изготовлены машины для ГАЭС Реккун Маунтин мощностью 475 МВ·А (300 об/мин) и ГАЭС Родунд-II мощностью 310 МВ·А (375 об/мин) с охлаждением водой обмоток статора и ротора, а также для ГАЭС Горнберг мощностью 290 МВ·А (600 об/мин) с водяным охлаждением обмотки статора. Полное водяное охлаждение обмоток статора, ротора и демпферной, а также стали сердечника статора применено этой же фирмой на машине ГАЭС Бремм мощностью 825 МВ·А (125/150 об/мин), а фирмой «Альстом» – на одной машине для ГАЭС Ревен мощностью 200 МВ·А (300 об/мин).
Уровень технологической сложности изготовления гидрогенера торов характеризуется величинами мощности на полюс S/2р и произведения мощности на частоту вращения S·n. Возрастание технологической сложности изготовления генераторов-двигателей для ГАЭС наглядно иллюстрируется рис. 15.2 и 15.3.