Физические условия работы бесщеточного возбудительного устройства на примере гидрогенератора Майнской ГЭС

ВВЕДЕНИЕ 11
1 Опыт разработки, производства и эксплуатации бесщеточных систем возбуждения гидрогенераторов 15
1.1 Отечественные разработки, производство и применение бесщеточных систем возбуждения гидрогенераторов 15
1.2 Зарубежный опыт эксплуатации, существующие тенденции в области бесщеточного возбуждения гидрогенераторов гидроэлектростанций 19
1.3 Принцип действия, простота конструкции бесщеточной системы возбуждения для гидрогенератора ГЭС 23
2 Физические условия работы бесщеточного возбудительного устройства на примере гидрогенератора Майнской ГЭС 28
2.1 Система возбуждения гидрогенератора, установленная на Майнской ГЭС 28
2.2 Конструктивные особенности бесщеточного возбудительного устройства на гидрогенераторе 29
2.3 Сравнение существующей статической и предлагаемой бесщеточной системы возбуждения гидрогенератора Майнской ГЭС 33
2.4 Оценка целесообразности применения бесщеточных возбудителей для гидрогенераторов ГЭС 39
2.5 Пути реализации бесщеточного возбуждения крупного тихоходного гидрогенератора 41
2.6 Новые возможности в управлении и диагностике вращающихся элементов системы бесщеточного возбуждения 42
2.7 Внедрение современной силовой электроники 45
2.8 Методы снятия возбуждения 46
3 Модель явнополюсного синхронного обращенного возбудителя для гидрогенератора СВ 1500/152-104 УХЛ4 в ANSYS Maxwell, и Ansys Motor-CAD 49
3.1 Алгоритм и результаты моделирования возбудителя 50
3.1.1 Номинальный режим 52
3.1.2 Режим форсирования 54
3.1.3 Режим холостого хода (нет нагрузки) 56
3.1.4 Данные по обмотке возбуждения 58
3.1.5 Роторная обмотка 59
3.1.6 Потери в стали 63
3.1.7 Увеличение сечения обмотки возбуждения 64
4 Электромагнитный расчёт 67
4.1 Основные данные возбудителя 67
4.2 Данные обмотки статора 68
4.3 Воздушный зазор, полюс и обмотка возбуждения 70
4.4 Расчет магнитной цепи 71
4.4.1 Параметры обмотки статора для установившегося режима работы 75
4.5 Определение работы возбудителя при нагрузке 78
4.6 Расчет характеристики холостого хода 80
4.7 Масса активных материалов 81
4.8 Потери и КПД 82
4.9 Характеристики возбудителя 83
4.10 Тепловой расчет обмотки статора для установившегося режима работы 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 89
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 90

Весь текст будет доступен после покупки

На протяжении всего времени разработки и эксплуатации гидротехнического оборудования требуется интенсивная модернизация, совершенствование систем, появляется необходимость в развитии научных разработок и развитии науки в целом. Внешне и внутриполитическая обстановка приводит к необходимости развития отечественных разработок в науке. С учетом современных тенденций в отечественной науке, которые связаны с достижениями цифровой отрасли, необходимо постоянное развитие возможностей ученых нашей страны и дружественных государств. В современном оборудовании всего комплекса гидроэлектростанций сложно выделить критерии надежности происхождения электрической энергии, тем не менее отмечается особая зависимость энергетического объекта и энергосистемы в целом от качества системы возбуждения генераторов. Огромное количество требований сегодня предъявляется к системам возбуждения генераторов, среди них меньшее количество оборудования, простота в эксплуатации, безотказность в действии, ремонтопригодность, возможность быстрого восстановления после сбоя в работе, минимальный износ деталей в максимально длительных сроках эксплуатации. Каждая часть системы как по отдельности, так и в общем составе должна разрабатываться с учетом этих и возможных дополнительных требований. Возникает необходимость в разработке максимально автономных – независимых систем, позволяющих развивать большую скорость реакции при изменении параметров и передаче возбуждения на обмотку генератора. Не менее важным является способность обратной реакции на постороннее вмешательство со стороны внешних факторов.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Опыт разработки, производства и эксплуатации бесщеточных систем возбуждения гидрогенераторов

1.1 Отечественные разработки, производство и применение бесщеточных систем возбуждения гидрогенераторов

Впервые о возможности бесщеточного возбуждения генератора упомянул в своей работе О. Ирион в 1927 г. В 30-40-х дальнейшее развитие его мыслей продолжено в работах Е.Г. Комар и Е.А. Ватсон [3, с 33-43]. В конце прошлого столетия в нашей стране активно велись разработки по направлению бесщеточной в возбуждения гидрогенератора. У истоков развития этого направления в СССР стоял НИИ Электромаш. Впервые в 1993 г., совместно с УЭТМ «Уралэлектротяжмаш» были изготовлены многофункциональные бесщеточные возбудители типа ВМБ-58/-10 для генераторов, не имеющие аналогов в мировой практике.
В середине 90-х гг., прошлого века совместно с УЭТМ были произведены гидрогенераторы в вертикальном исполнении для Быстринской гидроэлектростанции на Камчатке [4, с 293–294 ]. На базе вращающегося возбудителя гидрогенераторов Быстринской гидроэлектростанции были выполнены вертикальные возбудители без щеток типа ВВБ-99/9-22, дальнейшее использование которых предназначалось на гидрогенераторах как в вертикальном так и в горизонтальном исполнении с диапазоном мощности от 150 кВт до 8900 кВт с частотой вращения от 200 до 800 оборотов в мин, в последствии установленные на Сергиевской и Толмачевских гидроэлектростанциях.
Помимо разработанных и реализованных проектов, в связи с развитием данного направления и опытом практического применения УЭТМ совместно с НИИ Электротяжмаш и Уральским политехническим институтом дополнительно спроектировал и выпустил несколько вариантов систем возбуждения без использования скользящих контактов и контактных колец. Это были новые бесконтактные возбудители для гидрогенераторов малых гидроэлектростанций. Процесс эксплуатации указанных выше систем бесщеточного возбуждения гидрогенераторов гидроэлектростанций требовал дальнейшего развития и увеличения объемов мощности. Различные вариации возбудителей разрабатывались в стенах крупнейшего научно-исследовательского института и завода УЭТМ, что привело к достижениям в области бесщеточного возбуждения применительно к более крупным гидрогенераторам, это был не только опыт научной и производственной деятельности, но и надежной эксплуатации указанных систем, в том числе и гибридного действия. Уже в начале 2000-х гг., был произведен и установлен гидрогенератор мощностью уже 16 МВт с использованием системы возбуждения без скользящего контакта. Пуск гидрогенератора состоялся в 2001 году в Швеции на гидроэлектростанции Роттен. Несколько позже в нашей стране было выполнено еще несколько более крупных гидрогенераторов с бесщеточными возбудителями на гидроэлектростанцию в Башкирии. На сегодняшний день указанные гидрогенераторы продолжают успешно работать на бесконтактных системах возбуждения, помимо этого в ноябре 2023 года проведена дополнительная модернизации, реализовано двухканальное управление и более четкое резервирование диагностики вращающихся элементов на валу гидрогенератора. Сегодня три гидрогенератора успешно эксплуатируются на ГЭС (см. рис. 1.1).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Расчет электромагнитных параметров нетрадиционно совмещенных возбудительных устройств с учетом несимметрии магнитной системы и двусторонней зубчатости / В. Денисенко [и др.] // Fourth international conference onunconventional electromechanica land electrical systems : тез. докл. St Petersburrg, 1999. C. 323–328.
2. Денисенко В.И. Анализ и синтез нетрадиционно совмещенных бесщеточных возбудительных устройств с несимметричными полями возбуждения (развитие теории, расчет и проектирование) : дис.д-ра техн. наук / В. И. Денисенко. Свердловск : УПИ, 1999. 802 с
3. А.А. Карачев. Российские и зарубежные системы возбуждения синхронных генераторов [Текст]/ Н.Д. Поляхов, И.А. Приходько, А.А. Карачев и др. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (Известия государственного электротехнического университета), Сер. «Электротехника». -СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. –Вып.1. -С.33-43.
4. Генераторы для дизельных и газотурбинных энергетических установок и гидрогенераторы для малых ГЭС с бесщеточными системами возбуждения / О.Л. Вербер [и др.] // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: тр. IV Международ. конф. (Россия, Клязьма, 18–22 сентября 2000 г.). Клязьма, 2000. С. 293–294.
5. А.А. Карачев. Разработка и исследование интеллектуальных систем возбуждения бесщеточного синхронного генератора [Текст]/ А.А. Карачев, Н.Д. Поляхов // Материалы XII междунар. научно-технич. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2-3 марта 2006 г. -М: МЭИ, 2006. -Т.3., -С.336-337.
6. А.А. Карачев. Нечеткие регуляторы системы возбуждения бесщеточного синхронного генератора [Текст]/ А.А. Карачев // Технические и естественные науки, ISSN 1684-2626, 2006. -№5. -C.195-199.

Весь текст будет доступен после покупки