Курсовая работа: Техническая эксплуатация и ремонт гидрогенераторов

В крупных быстроходных гидрогенераторах, когда по режимным условиям требуется пониженное значение синхронного индуктивного сопротивления, необходимо электромагнитное использование машин для сохранения МДС ротора    в допустимых пределах, определяемых возможностями охлаждения обмотки возбуждения.

МДС ротора на пару полюсов может быть с некоторым приближением рассчитана по формуле

Если плотность тока в обмотке возбуждения не обеспечивает требуемого уровня ее температуры, необходимо либо снизить МДС ротора, либо изыскать возможности по размещению на полюсах дополнительного объема меди обмотки, либо перейти на более эффективную систему охлаждения ротора.

 Размер воздушного зазора существенно влияет и на ряд других характеристик генераторов: на значения торцевых магнитных потоков и вызываемых ими потерь в крайних пакетах сердечников и нажимных плитах статора, на значение и распределение потерь на поверхности полюсов ротора. Таким образом, тепловое состояние генератора в целом и уровень местных нагревов в значительной мере определяются размером воздушного зазора.

Кроме того, области допустимых режимов работы генераторов (по условиям устойчивости, при недовозбуждении, при зарядке линии электропередачи) определяются также размером воздушного зазора.

2.         ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ

2.1 Система планово-предупредительного ремонта, планирование подготовка и проведение технического обслуживания и ремонта

На ГЭС в соответствии с [1, 2] проводится комплекс работ по планово-предупредительному ремонту (ППР) оборудования, в том числе и гидрогене-раторов. Этот комплекс включает планирование, подготовку и проведение технического обслуживания и ремонта (ТОНР) с заданной последовательностью и периодичностью, направленных на обеспечение надежной эксплуатации и дове-дение технико-экономических показателей гидрогенераторов до уровня утверж-денных нормативных характеристик, Система ППР базируется на изучении и анализе ресурса деталей и сборочных единиц гидрогенераторов с определением на этой основе технически и экономически обоснованных норм и нормативов их использования. Составными частями ППР оборудования ГЭС являются его техническое обслуживание, капитальный и текущий ремонты.

При техническом обслуживании гидрогенераторов выполняется комплекс работ (операций) по поддержанию работоспособности или исправности гидро-генераторов в период их эксплуатации и нахождения в резерве

При капитальном ремонте проводятся полная или частичная разборка гид-рогенератора, осмотр, измерения, устранение обнаруженных дефектов, восста-новление и замена изношенных деталей и составных частей, выполнение пла-новых мероприятий по модернизации и реконструкции, обеспечивающих повы-шение надежности, экономичности, ремонтопригодности и мощности гидрогенератора, сборку, наладку и испытания до и после ремонта, а также при сдаче гидрогенератора в эксплуатацию.

В результате капитального ремонта должна быть обеспечена надежная эксплуатация гидрогенератора в пределах установленного срока эксплуатации до следующего планового капитального ремонта с технико-экономическими пока-зателями, соответствующими или 61Н3КНМН к утвержденным нормативным характеристикам.

При текущем ремонте проводят технический осмотр и очистку деталей и сборочных единиц, замену или восстановление быстроизнашивающихся деталей, а также устранение дефектов, возникших в процессе эксплуатации В ходе текущего ремонта, предшествующего капитальному, максимально выявляется и уточняется объем работ, подлежащих выполнению в период последующего капитального ремонта. Текущие ремонты гидрогенераторов проводятся еже-годно.

Нормы простоя и периодичность капитальных ремонтов гидроагрегатов, в том числе и гидрогенераторов, приведены в табл. 1.1, в которой приведена также продолжительность капитальных ремонтов гидроагрегатов в зависимости от диаметра рабочего колеса турбин и их типов, так как объем их типового ремонта преобладает.

Техническое обслуживание (ТО) гидрогенераторов и их вспомогательного оборудовании осуществляется ремонтным персоналом ГЭС и должно обеспечивать установленную (нормативную) периодичность ремонта, сокращение пла-новых остановив гидрогенераторов и сохранение экономичности и надежности использования оборудования. Техническое обслуживание включает проведение осмотров оборудования по установленному графику для проверки состояния и выявления отклонений от нормы. Сроки и объем регулярно выполняемых работ по ТО и осмотру работающего и остановленного в резерв оборудования устанавливаются руководством ГЭС, Сведения о выявленных дефектах записываются в ремонтный журнал.

Капитальные и текущие ремонты, а также ТО гидрогенераторов проводятся, как правила, ремонтным персоналом ГЭС. При планировании работ по модернизации и реконструкции дополнительно привлекается персонал ремонтных предприятий энергосистем и (или) специализированных ремонтных и монтажных организаций.

Модернизация и реконструкция гидрогенераторов, а также работы, опре-деляемые директивными указаниями. направленными на повышение надежности и экономичности, увеличение мощности и длительности непрерывной работы оборудования, его ремонтопригодности, работы по замене деталей и сбороч-ных единиц, отработавших расчетный ресурс или достигших предельного со-стояния, и другие, как правило, совмещаются с проведением капитального ре-монта.

Условия участия ремонтных и других подрядных организаций в ремонтных работах определяются договорами, заключаемыми ГЭС и подрядными организациями, и положением о взаимоотношениях между энергопредприятиями и подрядными организациями при ремонте оборудования. Техническое обслуживание и ремонт гидрогенераторов должны выполняться по разработанной и утвержденной в установленном порядке ремонтно-конструкторской и (или) нор-мативно-технической н технологической документации.

Планирование капитальных и текущих ремонтов гидроагрегатов, в том числе и гидрогенераторов ГЭС, осуществляется путем составления перспективных, годовых и месячных планов. Годовые и месячные планы ГЭС составляются соответственно до 1 марта года и до 10 числа каждого месяца, предшествующих планируемым ремонтам. При планировании ремонтов определяются их периодичность, плановая продолжительность простоя в ремонте в соответ-ствии с нормами, приведенными в табл. 1.1, а также фактическое состояние гидроагрегатов, трудовые, материальные затраты и стоимость ремонта.

Для обеспечения подготовки персонала ГЭС и ремонтного (монтажного) предприятия к проведению ремонта согласование номенклатуры и объема ремонтных работ проводится не позднее следующих сроков: ГЭС выдает ре-монтному предприятию или другому подрядчику для согласования укрупнен-ный объем ремонтных работ, включая модернизацию, па всем гидрогенераторам до 15 июля, а уточненный перечень рабат — до 1 декабря года, предшеству-ющего году проведения ремонта; уточненный объем работ и утвержденную ведомость работ — за 2 мес. до начала ремонта.

2.2 Номенклатура и объем типовых работ при капитальном ремонте

Основой для планирования ремонтов гидрогенераторов являются установленные [21 нормы продолжительности простоя гидроагрегатов (в том числе гидрогенераторов) в ремонте и нормативы продолжительности эксплуатации гидроагрегатов между капитальными ремонтами.

Другой составляющей продолжительности простоя гидрогенераторов в капитальном ремонте является время, необходимое для выполнения сверхтиповых работ, если они не могут быть произведены в нормативную продолжительность ремонта гидроагрегата и дополнительные работы лежат на критическом пути сетевого графика, работы, находящиеся на критическом пути и определяющие продолжительность простоя, организуются в две-три смены.

3.   РАЗБОРКА И СБОРКА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ

Объем разборки гидрогенератора зависит от вида ремонта и может изменяться в широких пределах. Наиболее полная разборка генератора, обеспечи-вающая возможность осмотра и проверки основных деталей и сборочных еди-ниц, выполняется при капитальном ремонте. Проектом организации работ пред-усматриваются подготовка рабочего места, оснастки, оборудования, инструмента, материалов, энергоразводок, освещения; ознакомление с конструкторской и технологической документацией; проведение инструктажей по организации работ, технике безопасности и противопожарной безопасности. Последовательность разборки генератора зависит от его конструкции и указывается в заводских инструкциях на монтаж и технологической документации, разработанной для конкретного вида ремонта. При капитальном ремонте разборке подлежат перекрытия, лестницы, узлы и детали систем возбуждения, регулирования, охлаждения, трубопроводы, болтовые контактные соединения, кабельные и шин-ные токоподводы систем возбуждения, измерения, регулирования, освещения, а также подшипники, подпятники.

Перед разборкой конкретных деталей, сборочных единиц, электрических контактов, трубопроводов выполняется их маркировка. Маркировка съемных деталей наносится краской и должна однозначно определять либо порядковый номер детали, либо ее положение относительно базовой. Маркировка электрических контактов выполняется бирками, цифры на которых определяют взаимную принадлежность соответствующих пар. Маркировка фланцев трубопроводов выполняется на нерабочей части труб или фланцев, Одинаковым по форме съемным деталям при маркировке присваивается порядковый номер от выбран-ной точки отсчета относительно поперечной или продольной осей машинного зала ГЭС.

В процессе разборки (сборки) генератора производится измерение зазоров между базовыми и съемными (или вращающимися) деталями и их относительных положений. Зазоры измеряются пластинчатыми или клиновыми щупами, относительные положения масштабной линейкой, угольником, штангенциркулем, индикаторами. Линии валов проверяются индикаторами часового типа, за-крепленными на магнитных или иных подставках при поворотах ротора. Результаты измерений заносятся в формуляры. По результатам измерений оценивается состояние сборочных единиц и определяется необходимость выполнения тех или иных ремонтных операций.

В объеме капитального ремонта генератора измерение зазоров производится для следующих сборочных единиц и деталей между полюсами роторов и сердечниками статоров главного генератора, вспомогательного генератора, углов измерительного генератора, между полюсами магнитной системы и якорями возбудителей и регуляторного генератора, в подшипниках (рис. З.1), между полюсами ротора и статором при проверке формы ротора и статора, в стыках секторов сердечника статора при замене прокладки, между фундаментными плитами и фланцем корпуса статора при исправлении положения статора. Проверка относительных положений и установочных размеров производится для следующих деталей и сборочных единиц: щеткодержателей относительно якоря возбудителя и контактных колец в осевом и радиальном направлениях, воздухоразделяющих щитов относительно лопаток вентиляторов (рис. 3.2), полюсов роторов относительно сердечников статоров главного и вспомогательного генераторов, полю-сов относительно якоря возбудителя, полюсов относительно обода ротора глав-ное о генератора, пакетов сердечника статора со стороны спинки для определения волны и деформации пакетов в стыках (рис. 3.3), относительное перемещение шеек и фланцев валов при центровке, нажимных пальцев гребенок относительно зубцов статора (рис. З.1), внутренней расточки остова крестовины относительно оси вала и основании относительно горизонтальной плоскости, крестовины относительно распорных домкратов (рис. 3.5).

Строповка основных деталей при разборке генератора производится с использованием штатных и съемных грузозахватных приспособлений (траверс, рым-болтов, восьмерок, серег, рымов) соответствующей грузоподъемности. Схемы строповки указываются в монтажной документации и технологических инструкциях. Правила строповки, размещение стропов на крюке крана, требо-вания к стропам, угол между ветвями стропов, требования к съемным грузозахватным приспособлениям, подъем и перемещение деталей, размещение и скла-дирование деталей определяются проектом организации работ и должны обеспечивать безопасность разборки и целостность разбираемых деталей генератора.

4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ

4.1      Общие положения

В процессе эксплуатации гидрогенераторов неизбежны отклонения от номинальных условий их работы: по напряжению, частоте, току статора, коэффициенту мощности, температуре охлаждающего агента и др. Кроме того, в условиях эксплуатации имеют место переходные и аварийные режимы работы различной длительности .

Чтобы отклонения от номинальных условий работы и возможные анормальные режимы не приводили к выходу из строя преждевременному износу гидрогенераторов, необходимо учитывать их уже при проектировании, а в эксплуатации не превышать допустимых пределов. Необходимо также учитывать и такие процессы, как пуск, синхронизация, останов, режимы, и особые условия работы подпятника, систем возбуждения и охлаждения, других вспомогательных систем.

Установившиеся нормы допустимых отклонений от номинальных режимов являются исходными данными для проектирования гидрогенераторов, выбора релейных защит, а также для действий эксплуатационного персонала гидроэлектростанций.

Ниже приводятся и анализируются эти нормы, а также излагаются некоторые методы расчетов по определению областей допустимых режимов работы гидрогенераторов.

4.2      Изменение напряжения

Обычно гидрогенераторы рассчитывают так, чтобы при изменении напряжения на выводах обмотки статора в пределах 5% номинального они могли длительно развивать номинальную мощность при номинальных значениях частоты и коэффициента мощности. Это достигается тем, что индукции в различных участках магнитопровода машины и плотности тока в обмотках выбираются с учетом возможного их повышения в указанных пределах.

Со снижением напряжения повышение нагрева от потерь в меди обмотки статора вследствие увеличения в ней тока компенсируется снижением нагрева из-за уменьшения потерь в сердечнике статора. При уменьшении напряжения ниже 95% номинального увеличения тока статора свыше 105% номинального обычно не допускается, даже если при этом температура обмотки статора остается ниже предельно допустимого значения. Это объясняется тем, что в машинах с косвенным воздушным охлаждением перепад температуры в изоляции обмотки статора пропорционален квадрату тока и чрезмерное увеличение градиента этого перепада может привести к необратимым относительным смещениям слоев корпусной изоляции с изоляцией элементарных проводников стержней и в результате к снижению срока службы изоляции.

Гидрогенераторы обычно рассчитываются также из условия их длительной работы при повышении напряжения до 110% номинального включительно. Однако ввиду увеличения потерь в стали, вызываемых ими местных нагревов, а также роста тока и нагрева обмотки возбуждения сохранить при этом номинальную мощность не удается. Обычно при повышении напряжения свыше 105% номинального кажущаяся мощность гидрогенератора снижается примерно на 2% с каждым процентом повышения. Работа при напряжении более 110% номинального не допускается. Сказанное выше иллюстрируется в таблице 4-1.

В некоторых случаях при проектировании гидрогенераторов могут быть иные требования по отклонениям напряжения от номинального значения: большой диапазон изменений напряжения, в том числе и с сохранением номинальной  мощности, возможность работы с номинальной или весьма близкой к ней мощностью при достаточно большом снижении напряжения и т.д. Эти требования обуславливаются специфически условиями энергосистем  в различных районах, не имеющих, порой, необходимых резервов мощности и обладающих слабыми связями с другими энергосистемами. В этих случаях требуются внесение коррективов  в выбор электромагнитных нагрузок активной зоны гидрогенераторов и расчет сердечников и обмоток статора  и ротора на экстремальные длительные значения токов и напряжений.

В тех случаях, когда требуется предусмотреть продолжительную работу гидрогенератора с напряжением выше 110% номинального, необходимо соответственно увеличить толщину корпусной изоляции обмотки статора против нормативного значения, выбранного из условий длительной работы с напряжением до 110% и кратковременных эпизодических повышений напряжения до 150% номинального.

4.3      Изменение частоты

Гидрогенераторы как и большинство других типов электрических машин, рассчитываются, как правило, из условия их работы с номинальной мощностью при изменении частоты в пределах ±2,5% номинальной. Однако  при уменьшении частоты относительно номинальной повышение напряжения сверх номинального не допускается. Это обусловлено тем, что для поддержания постоянного значения напряжения при снижении частоты приходится увеличивать магнитный поток, а также ток ротора. Если при этом и повысить напряжение, т.е. еще более увеличить рабочий магнитный поток в машине, то нагревы сердечника и обмотки статора и температура обмотки ротора могут превысить допустимые пределы.

В отдельных случаях могут быть также ограничения при работе гидрогенератора с повышенной против номинальной частоты и одновременно с большим напряжением. При повышении частоты несколько увеличиваются добавочные потери в проводниках обмотки статора и на поверхности полюсных наконечников: потери в сердечнике статора изменяются незначительно: они несколько возрастают из-за увеличения частоты, но одновременно снижаются благодаря уменьшению магнитного потока. В результате общий нагрев обмотки статора не выходит из допустимых пределов. Однако при повышении и напряжения из-за роста потерь в стали сердечника статора в напряженных в тепловом отношении гидрогенераторах может возрасти температура обмотки статора выше допустимой. По этой причине для отдельных типов гидрогенераторов не допускается работа при повышенной частоте с одновременно увеличенным напряжением по сравнению с номинальным.

4.4      Изменение коэффициента мощности

Работа гидрогенератора при коэффициенте мощности выше номинального допускается с сохранением номинальной полной мощности. Таким образом, при  гидрогенератор может нести активную нагрузку, равную его полной мощности. При этом вращающий момент на валу генератора больше номинального, что всегда учитывается при проектировании.

При понижении   по сравнению с номинальным и перевозбуждении полную мощность сохранить не удается, так как ток ротора выше номинального. Исключение составляют те случаи, когда обмотка возбуждения и возбудитель имеют достаточные запасы по нагреву.

При работе гидрогенераторов с пониженным  и недовозбуждении (емкостная и смешанная активно-емкостная нагрузка) допустимая реактивная мощность ограничивается нагревом крайних пакетов сердечника статора, а также условиями устойчивой работы линии электропередачи.

На практике наиболее удобно определять область допустимых нагрузок гидрогенераторов, включая и работу при недовозбуждении, с помощью графического метода.

4.5      Изменение температуры воды и воздуха

При номинальной мощности гидрогенератора температура входящего охлаждающего воздуха предусматривается в отечественной практике не выше 35ºС при замкнутом цикле вентиляции и не выше 40ºС при разомкнутом цикле вентиляции. Воздухоохладители обеспечивают охлаждение поступающего в генератор воздуха во всех длительных эксплуатационных режимах, включая номинальный, до 35ºС при температуре поступающей технической воды не выше 28ºС.

В отдельных случаях, при установке в районах с жарким тропическим климатом, гидрогенераторы рассчитываются для условий работы при более высокой температуре входящего воздуха (например 40 или 45ºС), которая превышает температуру поступающей в воздухоохладители воды обычно на 10ºС и минимум на 7ºС. Наоборот, при установке в районах холодного климата разница в температуре воды и воздуха принимается, с целью экономии расхода технической воды на гидроэлектростанции, большей и достигает 15ºС и более.

В зимнее время года снижение температуры охлаждающей воды позволяет уменьшить температуру воздуха, что, в свою очередь, дает возможность повысить в известных пределах мощность гидрогенератора, сохраняя температуру его обмоток неизменной. Однако увеличение мощности ограничивается и в этом случае перепадом температуры в изоляции обмотки статора.

Расчетами и опытом эксплуатации установлены следующие нормы повышения мощности при снижении температуры воздуха с 35 до 30ºС допустимо увеличение мощности на 0,75% на каждый градус понижения температуры воздуха. При дальнейшем понижении температуры охлаждающего воздуха против ее номинального значения на 10ºС и более общее повышение мощности гидрогенераторов достигает 5%.

Работа гидрогенератора при температуре входящего воздуха ниже +15ºС не рекомендуется, а ниже +10ºС не допускается, так как это грозит опасностью нарушения изоляции обмотки статора.

В зимнее время года не следует также переохлаждать воздухоохладители во избежание конденсации на них влаги (“отпотевания”). По этой причине обычно осуществляется сезонное регулирование расхода охлаждающей воды через воздухоохладители и уменьшается расход воды в зимний период.

4.6      Несимметричная нагрузка

В практике эксплуатации гидрогенераторов возможны более или менее продолжительные режимы работы, когда фазные токи образуют несимметричную систему, т.е. имеют неодинаковую амплитуду и различный фазовый сдвиг относительно напряжения. В общем случае фазные напряжения также могут представлять собой несимметричную систему. Если иметь в виду внешнюю несимметрию, то она может возникнуть, например, при несимметричной нагрузки или при обрыве одной из фаз линии.