Синхронный турбогенератор трехфазного переменного тока Советский патент 1991 года по МПК H02K19/36 

Изобретение относится к синхронным электрическим машинам трехфазного переменного тока промышленной частоты, в частности к крупным синхронным электрическим машинам, и может быть использовано на мощных тепловых электростанциях в качестве синхронного турбогенератора трехфазного переменного тока для промышленного производства электрической энергии.

Целью изобретения является увеличение единичной мощности турбогенератора и повышение его надежности путем расширения пределов передаваемой мощности и динамической устойчивости при внешних коротких замыканиях или резких сбросах нагрузки.

На фиг.1 приведены графики переходного реактивного сопротивления по продольной оси генератора Xd и суммарного

индуктивного сопротивления рассеяния Хсг в функции от номинальной мощности генератора; на фиг.2 - предлагаемый турбогенератор, продольный разрез; на фиг.З - схема электрических соединений обмоток предлагаемого турбогенератора; на фиг.4 - приведены графики зависимости во времени (04 момента короткого замыкания) угла между продольной осью ротора турбогенератора и вектором ЭДС электрической системы, характеризующие электродинамическую устойчивость турбогенераторов при внешних коротких замыканиях.

Турбогенератор (фиг.2) содержит ротор 1 паровой турбины, вал 2 турбины, соединительные муфты 3, ротор 4 одного генератора с обмоткой 5 возбуждения, статоо б одного генератора с обмоткой 7 статора, ротор 8 другого генератора с обмоткой 9

ON СО

СЬ О Ы 4

возбуждения, статор 10 другого генератора с обмоткой 11 статора и возбудитель 12.

На схеме электрических соединений (фиг.З) обмотка 7 статора содержит три фазы с нулевыми Х1, Y1,Z1 и фазными А-1, В1, и С1 выводами. Нулевые выводы соединены между собой. Обмотка 11 статора также содержит три фазы с нулевыми Х2, Y2 и Z2 и фазными А2, В2 и С2 выводами соответственно.

Фазные выводы А1, В1 и С1 обмотки 7 статора одного генератора соединены с нулевыми выводами Х2,-Y2 и Z2 обмотки 11 статоре другого генератора (на фиг.З - А1 с Х2, В1 с Y2, С1 с Z2. Фазные выводы А2, В2 и С2 другого генератора становятся электрическим выходом турбогенератора, а обмотка 5 возбуждения одного генератора включается последовательно с обмоткой 9 возбуждения другого генератора, и обе обмотки 5 и 9 возбуждения подключаются к возбудителю 12.

Турбогенератор работает следующим образом.

От возбудителя 12 на обмотки 5 и 9 возбуждения обоих генераторов подают ток возбуждения, одинаковый для обеих обмоток 5 и 9 ввиду их последовательного соеди-- нения. Обмотки 5 и 9 создают в зазорах между роторами 4 и 8 и статорами 6 и 10 соответственно обоих генераторов одинаковые по величине магнитного поля, поскольку токи возбуждения одинаковые для них и однаковые по фазе магнитные поля, так как роторы 4 и 8 генераторов жестко связаны между собой и одинаково ориентированы относительно обмоток 7 и 11 статоров 6 и 10. В обмотках 7 и 11 статоров 6 и 10 наводится ЭДС, равные по величине и фазе. Благодаря последовательному соединению обмоток 7 и 11 статоров 6 и 10 эти ЭДС складываются между собой, и с выводов А2, В2 и С2 обмотки 11 статора 10 снимается суммарная мощность обоих генераторов при том же токе обмотки статора, что и у каждого генератора.

Таким образом, мощность предлагаемого турбогенератора в два раза больше предельной достижимой мощности известного генератора в два раза больше предельной достижимой мощности генератора, механическая постоянная времени т$ остается такой же (а не уменьшается), как у известного генератора с мощностью, в два раза меньшей, относительные индуктивные сопротивления Хст nXd1 остаются такими же

(а не увеличиваются), как у известного генератора с мощностью в два раза меньшей.

Возможность доведения единичной мощности предлагаемого двухполюсного

турбогенератора до величины, например, 2400 МВт в рамках существующей технологии турбогенераторостроения дает следующий технический эффект.

В плане увеличения предела передаваемой мощности во время эксплуатации предлагаемого турбогенератора. Сравним два варианта. В первом варианте известный турбогенератор имеет мощность 2400 МВт. На основании экстраполяции графика

(фиг. 1) его Ха1(1)-0,73 о.е.

Во втором варианте предлагаемый турбогенератор имеет такую же мощность. Его индуктивные параметры такие же, как у известного генератора, мощность 1200 МВт и

его Xd1(2) - 0,43 о.е.

Оба турбогенератора должны передать мощность 2400 МВт, каждый в электрическую систему. Это аналитически определя- ется равенством пределов передаваемой мощности по сравниваемым вариантам:

Е -Uc

Е -Uc

.0)

Xd(i)+Xc(i) Xd(2) +ХС(2)

где Хс(1) и Хс(2) - внешние, относительно турбогенератора тока, сопротивления системы соответственно по первому и второму вари- антам.

Из (1) определяют, на сколько следует уменьшить внешнее сопротивление для передачи мощности известного генератора в систему:

4 ti /

ДХс ХС(2) - ХС(1) Xd(i)-Xd(2) e

0,73 - 0,43 - 0,3 (о.е.)

(2)

45 или, например, в именованных единицах при напряжении системы 500 кВ

U п„ - u,J

5002 0,9

ST

2400

28 (Ом).

(3)

Если принять удельное сопротивление ЛЭП-500 равным 0,35 Ом/км, то уменьше- ние внешнего сопротивления на 280 Ом можно достичь дополнительным введением на каждый генератор-прототип линии электропередачи длиной 80 км. Таким образом, каждый предлагаемый турбогенератор в

плане предела передаваемой мощности дает экономию линии электропередачи длиной 80 км,

В плане увеличения динамической устойчивости технический эффект можно показать поведением ротора турбогератора при различных видах повреждений (фиг.4) для турбогенератора-прототипа (кривая а) и предлагаемого турбогенератора (кривая б) единичной мощностью 1600 МВт каждый. Вид повреждения - двухфазное короткое замыкание на землю на выводах обмотки высокого напряжения трансформатора блока предлагаемого турбогенератора, как и наиболее вероятное из тяжелых видов повреждений.

Из графиков видно, что известный турбогенератор выходит из синхронизма (угол д непрерывно возрастает), а предлагаемый турбогенератор сохраняет устойчивость, достигнув максимального угла качания ротора 116° через 0,23 с. Отсюда видно, что эксплуатация гипотетического известного генератора невозможна, а предлагаемый генератор работает устойчиво.

Формула изобретения Синхронный турбогенератор трехфазного переменного тока преимущественно предельной мощности, содержащий паровую турбину, возбудитель и генератор, включающий статор с трехфазной обмоткой и ротор с обмоткой возбуждения, причем валы турбины, ротора и возбудителя соосны и жестко соединены между собой, отличающ и и с я тем, что. с целью увеличения единичной мощности турбогенератора и повышения его надежности путем расширения пределов передаваемой мощности и динамической устойчивости при внешних коротких замыканиях или резких сбросах нагрузки, в него дополнительно введен по крайней мере один генератор, аналогичный упомянутому, причем обмотки возбуждения роторов генераторов включены между собой последовательно и подключены к возбудителю, фазные выводы обмотки статора одного из генераторов соединены с нулевыми выводами соответствующих фаз другого генератора, а фазные выводы другого генератора являются электрическим выходом турбогенератора.

Изобретение относится к электромаши-. построению и может быть использовано на мощных тепловых электрических станциях для промышленного производства электроэнергии. Целью изобретения является увеличение единичной мощности турбогенератора и повышение его надежности путем расширения пределов передаваемой мощности и динамической устойчивости при внешних коротких замыканиях или резких сбросах нагрузки. Указанная цель достигается тем что в турбогенератор дополнительно введен по крайней мере еще один генератор, причем обмотки возбуждения роторов генераторов включены между собой последовательно и подключены к возбудителю, фазные выводы обмотки статора одного генератора соединены с нулевыми выводами соответствующих фаз другого генератора, а фазные выводы другого генератора являются электрическим выходом турбогенератора. 4 ил. (Л С

04S 0.10 03f

aw

0,25 0.2

aif о/о

OQS

SOO SOU 700 BOO 900 1000 IZQQ IVOO 1600

$ui,i Рмн МВт

Xf

Фиг.З

//

Фиг. 2

А2 ,

//

Т

К

2-s

f град.

0,03 0.09 0,15

Фиг. 4

0,21

Q2 0.33

i.C